專利名稱：組裝式變尺寸試樣盒套件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種室內(nèi)外巖土體直剪、壓縮試驗(yàn)所使用的放樣裝置。
背景技術(shù)：
在巖土工程領(lǐng)域，通過試驗(yàn)獲取目標(biāo)工程區(qū)域內(nèi)巖土體的力學(xué)參數(shù)指標(biāo)常常是必不可少的途徑。目前主要通過室內(nèi)試驗(yàn)得出巖土體的力學(xué)指標(biāo)。室內(nèi)試驗(yàn)包括大、小三軸試驗(yàn)，直剪試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)等。室內(nèi)試驗(yàn)包括標(biāo)準(zhǔn)環(huán)刀樣與大尺寸的方盒樣。這些試驗(yàn)都是在固定試樣尺寸下對(duì)試樣進(jìn)行試驗(yàn)，不能實(shí)現(xiàn)試樣尺寸上的變化。為了能研究同一巖土體試樣力學(xué)指標(biāo)的尺寸效應(yīng)，能將不同尺寸與形狀試樣的剪切與壓縮試驗(yàn)集于一身，并能在野外開展試驗(yàn)，有必要開發(fā)一套能夠進(jìn)行尺寸變換的放樣
直ο

發(fā)明內(nèi)容
為了克服目前的放樣裝置只適用于固定尺寸試樣的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種組裝式變尺寸試樣盒套件，它能夠用于組成多種尺寸巖土試樣的放樣裝置。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是組裝式變尺寸試樣盒套件，所述組裝式變尺寸試樣盒套件由至少兩套可相互層疊連接的試樣盒剛性組件組成，每一套試樣盒剛性組件包括至少兩個(gè)相互嵌套的裝樣環(huán)，各相鄰兩個(gè)裝樣環(huán)中，位于內(nèi)側(cè)的裝樣環(huán)的外緣與位于外側(cè)的裝樣環(huán)的內(nèi)緣相貼合，位于內(nèi)側(cè)的裝樣環(huán)被位于外側(cè)的裝樣環(huán)軸向單向限位。所述各相鄰兩個(gè)裝樣環(huán)中，位于內(nèi)側(cè)的裝樣環(huán)外緣設(shè)置有定位止口，位于外側(cè)的裝樣環(huán)內(nèi)緣設(shè)置有與對(duì)應(yīng)定位止口相應(yīng)的定位槽。所述的試樣盒剛性組件還包括一組與定位槽匹配的填補(bǔ)件。所述各裝樣環(huán)的定位止口和/或定位槽有四個(gè)，并呈中心對(duì)稱布置。所述其中另一套試樣盒剛性組件的各個(gè)裝樣環(huán)上都開設(shè)有排水槽，當(dāng)各裝樣環(huán)以設(shè)定方式嵌套時(shí)，各個(gè)裝樣環(huán)上的排水槽組成通槽，否則其中至少有兩個(gè)相鄰的裝樣環(huán)上的排水槽相互錯(cuò)開。所述的其中一套試樣盒剛性組件中最外側(cè)的裝樣環(huán)上設(shè)置有滾動(dòng)支撐匹配結(jié)構(gòu)。所述設(shè)置有滾動(dòng)支撐匹配結(jié)構(gòu)的裝樣環(huán)的外緣上設(shè)置有兩個(gè)固定耳。所述設(shè)置有滾動(dòng)支撐匹配結(jié)構(gòu)的裝樣環(huán)的外緣呈正方形。本發(fā)明的有益效果是可以實(shí)現(xiàn)巖、土試樣的變直徑、變高度，質(zhì)量較輕、便于攜帶，可拆卸，可用作巖土體直剪、壓縮試驗(yàn)的放樣裝置，也可在其它的一些土工試驗(yàn)儀器上推廣使用。


圖1是組裝式變尺寸直剪壓縮儀的主體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是試樣盒剛性組件(帶排水槽)的示意圖。圖3是圖2的俯視圖。圖4是一般的試樣盒剛性組件的示意圖。圖5是圖4的俯視圖。圖6是圖4中試樣盒剛性組件的其中一個(gè)裝樣環(huán)的主視圖。圖7是圖6的A-A剖視圖。圖8是圖6的B-B剖視圖。圖9是圖4中試樣盒剛性組件的其中一個(gè)裝樣環(huán)的主視圖。圖10是圖4中試樣盒剛性組件的其中一個(gè)裝樣環(huán)的主視圖。圖11是最外側(cè)的裝樣環(huán)(帶滾珠槽)的示意圖。圖12是圖11的C-C剖視圖。圖13是傳力板(設(shè)置有透水孔)的示意圖。圖14是傳力板(無透水孔)的示意圖。圖15是填補(bǔ)件的放大示意圖。圖16是組裝式變尺寸雙面剪切儀的主體結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)記為，1-反力架，2-水平加載裝置，3-垂直加載裝置，4-試樣盒，41-上剪切盒，42-下剪切盒，43-中間剪切層，5-滾動(dòng)支撐，51-滾動(dòng)支撐，52-滾動(dòng)支撐，6-傳力板， 11-底板，12-立柱，13-垂向反力板，14-水平反力柱，15-水平反力座，16-螺母，17-垂直加載裝置滾動(dòng)支撐，18-鋼板，19-拉板，20-銷，40-試樣盒剛性組件，61-沉孔，62-透水孔， 400-裝樣環(huán)400，401-最外側(cè)的裝樣環(huán)，402-定位止口，403-定位槽，404-填補(bǔ)件，405-滾珠槽，406-排水槽，407-固定耳，408-螺栓孔。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。如圖1 圖16所示，本發(fā)明的組裝式變尺寸試樣盒套件由至少兩套可相互層疊連接的試樣盒剛性組件40組成，每一套試樣盒剛性組件40包括至少兩個(gè)相互嵌套的裝樣環(huán) 400，各相鄰兩個(gè)裝樣環(huán)400中，位于內(nèi)側(cè)的裝樣環(huán)400的外緣與位于外側(cè)的裝樣環(huán)400的內(nèi)緣相貼合，位于內(nèi)側(cè)的裝樣環(huán)400被位于外側(cè)的裝樣環(huán)400軸向單向限位，當(dāng)最外側(cè)的裝樣環(huán)401相互固定連接后，內(nèi)側(cè)的裝樣環(huán)400因該軸向單向限位也同時(shí)被固定。本發(fā)明主要是為了要方便地進(jìn)行變?cè)嚇映叽绲膸r土剪切壓縮試驗(yàn)而作出的。裝樣環(huán)400的內(nèi)腔截面形狀通常為橫截面積相等的圓形或方形，從而可對(duì)等截面積不同截面形狀的試樣進(jìn)行試驗(yàn)。一個(gè)本發(fā)明的組裝式變尺寸試樣盒套件可以用作巖土壓縮試驗(yàn)時(shí)的試樣盒；兩個(gè)本發(fā)明的組裝式變尺寸試樣盒套件可以用作單面剪切試驗(yàn)時(shí)的試樣盒，此時(shí)一個(gè)作為上剪切盒使用，另一個(gè)作為下剪切盒使用；三個(gè)本發(fā)明的組裝式變尺寸試樣盒套件可以用作雙面剪切試驗(yàn)時(shí)的試樣盒，此時(shí)一個(gè)作為上剪切盒使用，另一個(gè)作為下剪切盒使用，余下的一個(gè)作為中間剪切層使用。根據(jù)需要，所述的其中一套試樣盒剛性組件40中最外側(cè)的裝樣環(huán)401上設(shè)置有滾動(dòng)支撐匹配結(jié)構(gòu)。所述的滾動(dòng)支撐匹配結(jié)構(gòu)根據(jù)構(gòu)成上剪切盒41、下剪切盒42或者中間剪切層43的不同需要，可以是僅設(shè)置在一套試樣盒剛性組件40中最外側(cè)的裝樣環(huán)401的底面、頂面或者頂面與底面均設(shè)置，所稱的頂面指軸向上其內(nèi)側(cè)裝樣環(huán)未被限位一側(cè)的端面，所稱的底面指軸向上其內(nèi)側(cè)裝樣環(huán)被限位一側(cè)的端面。例如，用作下剪切盒42的組裝式變尺寸試樣盒套件的其中一套試樣盒剛性組件40的滾動(dòng)支撐匹配結(jié)構(gòu)設(shè)置在各裝樣環(huán) 400能夠相互嵌套支撐時(shí)的頂面，用作上剪切盒41的組裝式變尺寸試樣盒套件的其中一套試樣盒剛性組件40的滾動(dòng)支撐匹配結(jié)構(gòu)設(shè)置在各裝樣環(huán)400能夠相互嵌套支撐時(shí)的底面， 用作中間剪切層43的組裝式變尺寸試樣盒套件的其中一套試樣盒剛性組件40的頂面和底面均設(shè)置滾動(dòng)支撐匹配結(jié)構(gòu)，且另一套試樣盒剛性組件40的底面設(shè)置滾動(dòng)支撐匹配結(jié)構(gòu)， 以滿足在變化到最薄剪切層時(shí)能做雙剪切面剪切試驗(yàn)。如圖1 圖15所示，某直剪壓縮儀包括反力架1、試樣盒4和與反力架1連接并設(shè)置在反力架1與試樣盒4之間的水平加載裝置2、垂直加載裝置3，所述試樣盒4包括上剪切盒41、下剪切盒42和設(shè)置在上剪切盒41和下剪切盒42之間的滾動(dòng)支撐5，所述上剪切盒41、下剪切盒42中間剪切層均采用本發(fā)明的組裝式變尺寸試樣盒套件。所述組裝式變尺寸試樣盒套件由至少兩套可相互層疊連接的試樣盒剛性組件40 組成，是為了與巖土試驗(yàn)規(guī)范中試樣高徑比的要求相適應(yīng)，試樣盒剛性組件40中的各個(gè)裝樣環(huán)400具有相同的厚度，組成同一套組裝式變尺寸試樣盒套件的各套試樣盒剛性組件40 也具有相同的厚度，當(dāng)試樣盒剛性組件40最內(nèi)側(cè)的裝樣環(huán)400大小不同時(shí)，其內(nèi)腔的橫截面積相應(yīng)發(fā)生變化，組裝式變尺寸試樣盒套件所包含的可相互層疊連接的試樣盒剛性組件 40的層數(shù)也可相應(yīng)作調(diào)整，即放樣裝置的截面積和高度均可調(diào)整變化，就能夠使試樣盒4 與不同尺寸的試樣相匹配，從而將同一直剪壓縮儀用于不同尺寸試樣的剪切試驗(yàn)。從試驗(yàn)要求來說，通常上剪切盒41、下剪切盒42各由相同套數(shù)的試樣盒剛性組件 40構(gòu)成，以保證剪切面位于試樣正中，且上剪切盒41、下剪切盒42、中間剪切層43相對(duì)的那一層應(yīng)使用最外側(cè)的裝樣環(huán)401上設(shè)置有滾動(dòng)支撐匹配結(jié)構(gòu)的那套試樣盒剛性組件40，以方便安裝滾動(dòng)支撐5或滾動(dòng)支撐51、52。另外，通常要求各層中裝樣環(huán)400有較高的同軸度，以保證試驗(yàn)精度。此外，試樣盒剛性組件40的裝樣環(huán)400內(nèi)腔截面形狀最好是要么均為圓形，要么均為正方形，優(yōu)選為每一臺(tái)壓縮儀配備圓孔試樣盒剛性組件40和方孔試樣盒剛性組件40 各若干套。如前所述，本發(fā)明的組裝式變尺寸試樣盒套件也能夠在巖土單軸壓縮實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)用，此時(shí)，只使用下剪切盒42而不需要上剪切盒41及中間剪切層43，其使用方法是將試樣放入下剪切盒42，在試樣頂部放上一塊傳力板6，垂直加載裝置施力于傳力板6上直到試樣破壞。由于下剪切盒42采用組裝式變尺寸試樣盒套件，同樣的道理，可將同一直剪壓縮儀用于不同尺寸試樣的單軸壓縮試驗(yàn)。如圖4 圖10所示，因?yàn)閷盈B安裝時(shí)都是通過最外側(cè)的各裝樣環(huán)401來連接的， 因此在各相鄰兩個(gè)裝樣環(huán)400中，位于內(nèi)側(cè)的裝樣環(huán)400外緣設(shè)置有定位止口 402，位于外側(cè)的裝樣環(huán)400內(nèi)緣設(shè)置有與對(duì)應(yīng)定位止口 402相應(yīng)的定位槽403，以降低裝樣環(huán)400的加工精度要求，保證試樣盒剛性組件40中各裝樣環(huán)的同軸度，進(jìn)而避免上下層位于同一徑向位置的裝樣環(huán)400之間發(fā)生偏心以致裝入的試樣不滿足試驗(yàn)要求。當(dāng)裝樣環(huán)400為圓環(huán)時(shí)，最好有定位止口 402和定位槽403，如果裝樣環(huán)400為正方形環(huán)時(shí)，可以不設(shè)置定位止口402和定位槽403。如圖4 圖10及圖15所示，此時(shí)，為了保證裝入的試樣完全符合試驗(yàn)要求，提高試驗(yàn)精度，所述的試樣盒剛性組件40還包括一組與定位槽403匹配的填補(bǔ)件404，為了減少填補(bǔ)件404的數(shù)量，所述各個(gè)空心環(huán)上宜采用相同數(shù)量且形狀和大小也相同的定位槽403。如圖2和圖3所示，為了實(shí)現(xiàn)排水剪切或不排水剪切，可將所述其中一套試樣盒剛性組件40的各個(gè)裝樣環(huán)400上都開設(shè)有排水槽406，當(dāng)各裝樣環(huán)400以設(shè)定方式嵌套時(shí)， 各個(gè)排水槽406相互連通，可用于排水剪切，以設(shè)定方式以外的其它方式嵌套時(shí)，要使其中至少兩個(gè)相鄰的裝樣環(huán)400上的排水槽406相互錯(cuò)開，只要有其中兩個(gè)相鄰的裝樣環(huán)400 上的排水槽406相互錯(cuò)開就可使得排水槽406封閉。若需要做最大尺寸的不排水剪切試驗(yàn)時(shí)，將任何一層未設(shè)有排水槽的試樣盒剛性組件40置于下剪切盒42的最底部即可。為了方便區(qū)分能夠排水的設(shè)定方式和其它的嵌套方式，優(yōu)選設(shè)計(jì)所述各裝樣環(huán)400的定位止口 402和/或定位槽403有不在同一徑向的至少兩個(gè)，則某一定位止口 402和不同位置的定位槽403匹配，可實(shí)現(xiàn)不同位置的嵌套。如圖4 圖10所示，優(yōu)選所述各裝樣環(huán)400的定位止口 402和/或定位槽403有四個(gè)，并呈中心對(duì)稱布置，對(duì)稱結(jié)構(gòu)的裝樣環(huán)400有利于提高組裝效率，并且方便了排水槽 406的設(shè)置。此時(shí)，相應(yīng)每套試樣盒剛性組件40的填補(bǔ)件404的數(shù)量也是四個(gè)，此時(shí)，設(shè)計(jì)排水槽406連通時(shí)所在的兩條直線相互不垂直即可實(shí)現(xiàn)排水與不排水剪切可共用同一套試樣盒剛性組件40。當(dāng)本發(fā)明的組裝式變尺寸試樣盒套件用作下剪切盒42時(shí)，需要注意的是，設(shè)有排水槽406的那套試樣盒剛性組件40不應(yīng)是設(shè)置有滾動(dòng)支撐匹配結(jié)構(gòu)的那套試樣盒剛性組件40，以提高通用性，因?yàn)樵O(shè)有排水槽406的那套試樣盒剛性組件40必須位于下剪切盒42 的底部，且排水槽406所在的面位于最底部。對(duì)于雙剪面直剪壓縮儀，如圖16所示，其試樣盒4包括上剪切盒41、下剪切盒42 和設(shè)置在上剪切盒41和下剪切盒42之間的中間剪切層43，中間剪切層43和上剪切盒41、 下剪切盒42之間分別設(shè)置有滾動(dòng)支撐51、52，中間剪切層43也可采用本發(fā)明的組裝式變尺寸試樣盒套件。用作中間剪切層43的組裝式變尺寸試樣盒套件的各套試樣盒剛性組件40 均不需要設(shè)置排水槽406。如圖1所示，做單剪面剪切試驗(yàn)時(shí)，為了方便水平加載裝置2作用于上剪切盒41， 所述設(shè)置有滾動(dòng)支撐匹配結(jié)構(gòu)的裝樣環(huán)401的外緣呈正方形，且外緣上設(shè)置有兩個(gè)固定耳 407，在上下對(duì)應(yīng)的兩組固定耳407中插入定位銷，對(duì)分屬于上剪切盒41、下剪切盒42的兩組試樣盒剛性組件40進(jìn)行徑向定位，保證同軸度，確保試樣尺寸滿足試驗(yàn)要求，提高試驗(yàn)精度，固定耳407最好是相對(duì)于試樣軸心線呈中心對(duì)稱設(shè)置的兩個(gè)，以便于組裝。此外，也可通過該固定耳407將下剪切盒42與反力架1連接以固定下剪切盒 42 (單剪面剪切試驗(yàn)時(shí))或上剪切盒41和下剪切盒42 (雙剪面剪切試驗(yàn)時(shí))。同樣的道理， 如果要組裝用于雙剪面剪切試驗(yàn)的剪切盒4，用于構(gòu)成其中間剪切層43的各套試樣盒剛性組件40最好也在其最外層的裝樣環(huán)401的外緣上設(shè)置與上剪切盒41、下剪切盒42相匹配的固定耳407，使其中間剪切層43可以與上剪切盒41、下剪切盒42均徑向定位，待裝樣完成后取下定位銷即可。為方便將構(gòu)成組裝式變尺寸試樣盒套件的各套試樣盒剛性組件40層疊連接，可以在各套試樣盒剛性組件40的最外側(cè)裝樣環(huán)400上加工出銷孔或螺栓孔408，通過銷或螺栓連接層疊的各套試樣盒剛性組件40，此時(shí)需要注意的是設(shè)置有滾動(dòng)支撐匹配結(jié)構(gòu)的那套試樣盒剛性組件40上的銷孔或螺栓孔408應(yīng)加工為盲孔。為方便垂直加載裝置3正壓作用于試樣，所述壓縮儀還包括一組傳力板6，該組傳力板6中的各塊板分別與各個(gè)裝樣環(huán)400的內(nèi)緣相匹配，傳力板6的中心位置設(shè)置有與垂直加載裝置3匹配的沉孔61。當(dāng)需要用于排水剪切時(shí)，所述傳力板6為布設(shè)有透水孔62的透水板。實(shí)際運(yùn)用中， 最好各配置一組不透水鋼板和透水鋼板作為傳力板6。為消除上、下剪切盒之間滑動(dòng)摩擦對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，需要在上、下剪切盒相對(duì)的表面之間設(shè)置滾動(dòng)支撐5，所述滾動(dòng)支撐5 —般采用鋼珠，因此，所述與滾動(dòng)支撐5匹配的結(jié)構(gòu)通常為兩列平行且相對(duì)于裝樣環(huán)400的中心對(duì)稱設(shè)置的滾珠槽405。剪切試驗(yàn)通常要求以試樣正中間的橫截面作為剪切面，當(dāng)放樣裝置可調(diào)整時(shí)，顯然，相應(yīng)的需要將放樣裝置與水平加載裝置2之間的相對(duì)位置作調(diào)整，此時(shí)，可以通過在放樣裝置下面加調(diào)整墊塊的方式進(jìn)行調(diào)整，也可以通過調(diào)整水平加載裝置2的豎向高度的方式進(jìn)行調(diào)整，為了減輕整套設(shè)備的重量，優(yōu)選以后一種方式進(jìn)行調(diào)整，如圖1所示，所述反力架1包括底板11、垂向反力板13、水平反力柱14和四根矩形分布的立柱12，立柱12和水平反力柱14均為絲桿，底板11和垂向反力板13相互平行且與各立柱12垂直并通過螺母 16固定在各立柱12上，在水平反力柱14上螺紋連接有水平反力座15，水平加載裝置2的固定端與水平反力座15相接觸。實(shí)施例一如圖1 圖15所示，應(yīng)用本發(fā)明的組裝式變尺寸試樣盒套件的組裝式變尺寸直剪壓縮儀，其包括了實(shí)驗(yàn)室直剪試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，在人為地設(shè)置了剪切面后，可對(duì)試樣施加數(shù)級(jí)垂向荷載進(jìn)行剪切或壓縮試驗(yàn)。首先利用2. 5cm厚度的鋼板，制作編號(hào)為① ⑧的八套試樣盒剛性組件40，即用于構(gòu)成上剪切盒41或下剪切盒42的試樣盒剛性組件40的厚度為2. 5cm,每套試樣盒剛性組件40由四個(gè)同心的鋼環(huán)組成，其中最外一層鋼環(huán)外緣為正方形，邊長(zhǎng)27cm，內(nèi)部以其形心為圓心被掏掉直徑為20cm的圓柱從而形成一個(gè)空心環(huán)一，空心環(huán)一上設(shè)置有螺栓孔 408，緊接著是一個(gè)外徑20cm、內(nèi)徑15cm的空心環(huán)二，被正方形鋼環(huán)所嵌套，接著此環(huán)嵌套一個(gè)外徑15cm、內(nèi)徑IOcm的空心環(huán)三，空心環(huán)三則嵌套外徑10cm、內(nèi)徑直徑6. 18cm的空心環(huán)四，為實(shí)現(xiàn)各環(huán)的軸向單向限位，以便于固定各裝樣環(huán)，避免各環(huán)之間在剪切過程中的相對(duì)移動(dòng)以及方便排水槽的對(duì)位，各環(huán)上相應(yīng)設(shè)置定位止口 402和定位槽403，定位槽403設(shè)在頂面上，從而實(shí)現(xiàn)相對(duì)定位。此外，制作透水和不透水的傳力板6各一組，每組傳力板6 有四塊板，均為圓板，直徑分別是20cm、15cm、10cm、6. 18cm。若各套試樣盒剛性組件40的裝樣環(huán)400內(nèi)腔截面形狀為正方形，則相應(yīng)的空心環(huán)一為外緣邊長(zhǎng)27cm、內(nèi)緣邊長(zhǎng)17. 72cm的“回”形環(huán)，空心環(huán)二為外緣邊長(zhǎng)17. 72cm、內(nèi)緣邊長(zhǎng)13. 29cm的“回”形環(huán)，空心環(huán)三為外緣邊長(zhǎng)13. 29cm、內(nèi)緣邊長(zhǎng)8. 86cm的“回”形環(huán)，空心環(huán)四為外緣邊長(zhǎng)8. 86cm、內(nèi)緣邊長(zhǎng)5. 475cm的“回”形環(huán)，即正方體試樣的截面積與圓柱體試樣的截面積相當(dāng)，相應(yīng)的透水或不透水的傳力板6為正方形板，邊長(zhǎng)分別是17. 72cm、 13. 29cm、8· 86cm、5· 475cm。
試樣盒剛性組件40通過嵌套的方式實(shí)現(xiàn)試樣的徑向尺寸變化，各裝樣環(huán)400能夠相互嵌套支撐并借助最外層裝樣環(huán)401的相互連接而固定，當(dāng)不組裝空心環(huán)四時(shí)，最內(nèi)側(cè)的空心環(huán)的各定位槽403內(nèi)相應(yīng)以填補(bǔ)件404填補(bǔ)，以免裝樣時(shí)試樣擠入定位槽403內(nèi)，從而保證試樣尺寸準(zhǔn)確。某些試樣盒剛性組件40局部構(gòu)造略有不同編號(hào)為④的試樣盒剛性組件40的空心環(huán)一上設(shè)置有對(duì)稱的固定耳407，并在其底面設(shè)置有滾珠槽405 ；編號(hào)為⑤的試樣盒剛性組件40的空心環(huán)一上設(shè)置有對(duì)稱的固定耳407，并在其頂面設(shè)置有滾珠槽405 ；編號(hào)為⑧的試樣盒剛性組件40的各個(gè)空心環(huán)底面對(duì)稱地刻有四條排水槽406。當(dāng)該層的四個(gè)空心環(huán)的排水槽406旋轉(zhuǎn)對(duì)齊時(shí)，試樣可實(shí)現(xiàn)底面排水剪切；當(dāng)任意一環(huán)旋轉(zhuǎn)錯(cuò)位后，排水通道被封閉，試樣實(shí)現(xiàn)不排水剪切。將編號(hào)為①、②、③、④的試樣盒剛性組件40層疊固定形成上剪切盒41，編號(hào)為 ⑤、⑥、⑦、⑧的試樣盒剛性組件40層疊固定形成下剪切盒42。每層試樣盒剛性組件40的空心環(huán)一的四個(gè)角點(diǎn)及四邊中點(diǎn)都鉆有螺栓孔408，可方便地用一定長(zhǎng)度的螺栓將一定套數(shù)的試樣盒剛性組件40固定在一起從而實(shí)現(xiàn)試樣在高度上的變化。為實(shí)現(xiàn)垂直加載裝置3在豎直方向上的移動(dòng)，反力架1上的四根立柱12采用四根絲桿，其與垂向反力板13、底板11 一起用螺母16固定，這樣可實(shí)現(xiàn)垂向反力板13在立柱 12任意高度處的定位。如圖1 圖15所示，所述組裝式變尺寸直剪壓縮儀包括由垂向反力板13、四根呈正方形分布的立柱12、底板11、水平反力柱14、水平反力擋板15及若干螺母16組成的反力架1，上剪切盒41和下剪切盒42以及由垂直加載裝置3、水平加載裝置2和垂直加載裝置滾動(dòng)支撐17組成的反力系統(tǒng)。上剪切盒41和下剪切盒42的高度由各自包含的試樣盒剛性組件40的套數(shù)或者說層數(shù)決定，各可組合出2. 5cm、5cm、7. 5cm、IOcm四個(gè)高度。需要注意的是，上剪切盒41中的④號(hào)試樣盒剛性組件40必須放在底部，因?yàn)槠渖显O(shè)有滾珠槽405， 同時(shí)下剪切盒42中的⑤號(hào)試樣盒剛性組件40必須放在上部，其上同樣設(shè)有滾珠槽405，下剪切盒42中的⑧號(hào)試樣盒剛性組件40必須放在底部，因?yàn)槠渖显O(shè)有排水槽406。當(dāng)需對(duì)試樣高度為5cm的試樣進(jìn)行排水剪切時(shí)，上剪切盒41只有④號(hào)試樣盒剛性組件40，下剪切盒 42應(yīng)將⑤⑧號(hào)試樣盒剛性組件40固定在一起，并在⑧號(hào)試樣盒剛性組件40的空心環(huán)四內(nèi)安裝直徑為6. 18cm、高度為2. 5cm的透水石以實(shí)現(xiàn)排水。試驗(yàn)開始時(shí)，先組裝儀器。將立柱12、水平反力柱14用螺母16與底板11固連在一起，將已經(jīng)按照規(guī)范所規(guī)定的試樣徑高比組裝好的下剪切盒42與底板11用螺栓固連在一起，接著在⑤號(hào)試樣盒剛性組件40的滾珠槽405內(nèi)放入作為滾動(dòng)支撐5的適量經(jīng)潤(rùn)滑后的鋼珠，將同樣固連好的上剪切盒41反扣在下剪切盒42上，注意鋼珠應(yīng)嵌入上、下滾珠槽 405形成的閉合定向槽內(nèi)。為避免反扣在一起的上、下剪切盒在裝樣時(shí)沿著剪切面的滾珠排滑動(dòng)，如圖3所示，在剪切面附近的④、⑤號(hào)試樣盒剛性組件40的空心環(huán)一上的固定耳407 中插入銷釘，將上、下剪切盒固定，裝樣完畢后抽出銷釘即可。試樣裝填完畢后，視試驗(yàn)的排水與否在試樣頂部加裝相應(yīng)尺寸的透水或不透水的傳力板6。垂向反力板13用螺母固定在立柱12上適當(dāng)?shù)奈恢貌⒈M量其調(diào)整為水平狀態(tài)。 將刻有滾珠槽的兩塊鋼板及潤(rùn)滑過的鋼珠組裝成垂直加載裝置滾動(dòng)支撐17后安放于垂直加載裝置3和垂向反力板13之間，讓垂直加載裝置3稍微向試樣施力后即可將其與垂直加載裝置滾動(dòng)支撐17的下層鋼板之間相互固定。將水平加載裝置2安放在以一定厚度的木墩制作的支座上，其后端與水平反力座15接觸，水平反力座15與水平反力柱14螺紋連接， 從而可調(diào)整水平加載裝置2的高度，水平加載裝置2的前端與上剪切盒41靠近剪切面的④ 號(hào)試樣盒剛性組件40相接觸，盡量減小水平施力時(shí)對(duì)剪切面的扭矩。在上剪切盒41上安裝測(cè)量試樣水平與垂直變形的機(jī)械或數(shù)顯千分表。施加一定的垂向壓力即可進(jìn)行剪切試驗(yàn)。按《土工試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行快剪試驗(yàn)、固結(jié)快剪試驗(yàn)、慢剪試驗(yàn)。每組試驗(yàn)應(yīng)制備4至5個(gè)試樣，其密度差值不得大于0. 03g/cm3，含水率差值不得大于 1%。在不同壓力下進(jìn)行試驗(yàn)，各級(jí)垂直壓力級(jí)差大致相同。軟巖的直剪試驗(yàn)與土樣的直剪操作方式大致相同，只是試驗(yàn)過程中不需要排水。土樣壓縮試驗(yàn)時(shí)，按《土工試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定，本儀器適用于最大粒徑為2. 5cm的粗粒土，此時(shí)試樣直徑應(yīng)為20cm，高度應(yīng)為10cm。也可對(duì)其他尺寸的試樣進(jìn)行試驗(yàn)，但對(duì)應(yīng)的試樣最大粒徑應(yīng)按規(guī)范相應(yīng)減小。同樣按此規(guī)范為其他土類的原狀樣或擾動(dòng)樣進(jìn)行制樣并試驗(yàn)。安裝千分表測(cè)量試樣的垂向變形。施加各級(jí)垂向壓力，設(shè)土層最大實(shí)際壓力為 200m級(jí)土石壩，最大垂向壓力即4MPa左右，則試驗(yàn)施加的最后一級(jí)壓力為4200KPa左右。 壓力等級(jí)一般為50、100、200、400、800、1600、3200、4200KPa，此時(shí)垂直加載裝置3的最小額定加載能力為15噸。巖石單軸壓縮試驗(yàn)時(shí)，根據(jù)試驗(yàn)規(guī)范，巖石試樣標(biāo)準(zhǔn)尺寸為直徑5cm、高IOcm的圓柱。此時(shí)的裝樣裝置需要由四套試樣盒剛性組件40組成下剪切盒42，且各套組件不需外徑為IOcm的空心環(huán)四。將試樣放入下剪切盒42，同時(shí)按照前述操作調(diào)整好垂向反力板13與垂直加載裝置3的位置，注意此時(shí)不再需要垂直加載裝置滾動(dòng)支撐17，可用一塊鋼板代替。 為避免試樣破壞時(shí)巖塊崩彈傷人，在試樣周圍可加裝一個(gè)特制的保護(hù)罩。在試樣頂部放上大小與試樣直徑匹配的傳力板6，垂直加載裝置3施力于傳力板6上直到試樣破壞。由于巖石試樣破壞強(qiáng)度多在IOOMPa以上，所以此時(shí)所用的垂直加載裝置3應(yīng)至少能提供30噸的荷載。水平加載裝置2和垂直加載裝置3都可以使用最小額定加載能力為15噸的千斤頂。垂直加載裝置3的強(qiáng)度要能夠達(dá)到為壓縮試驗(yàn)提供4. 2MPa的垂向壓力，最好可以為硬巖的單軸壓縮提供50t的垂向壓力。按照規(guī)范，本實(shí)施例所述的壓縮儀可實(shí)現(xiàn)最大粒徑 2. 5cm的粗粒土的直接剪切與壓縮固結(jié)試驗(yàn)。實(shí)施例二 如圖2 圖16所示，應(yīng)用本發(fā)明的組裝式變尺寸試樣盒套件的組裝式變尺寸雙面剪切儀，其包括了實(shí)驗(yàn)室直剪試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，可對(duì)試樣施加數(shù)級(jí)垂向荷載進(jìn)行雙剪面剪切試驗(yàn)。該組裝式變尺寸雙面剪切儀是在實(shí)施例一的組裝式變尺寸直剪壓縮儀的基礎(chǔ)上， 增加一套用作中間剪切層43的組裝式變尺寸試樣盒套件。這套組裝式變尺寸試樣盒套件包括4套高度為2cm的試樣盒剛性組件40，這4套試樣盒剛性組件40的編號(hào)分別是
9⑨⑩◎ ◎，該4套試樣盒剛性組件40所包含的裝樣環(huán)的基本形狀、尺寸與用于構(gòu)成上剪切盒 41或下剪切盒42的試樣盒剛性組件40相同，但由于該四套剛性組件需固定為一體，所以其在自身兩條邊的相同位置都設(shè)有固定耳，以便試驗(yàn)時(shí)用螺栓錨固在一起，且其中⑨號(hào)和⑩ 號(hào)試樣盒剛性組件40的局部構(gòu)造有不同第⑨號(hào)試樣盒剛性組件40的最外側(cè)裝樣環(huán)401的頂面和底面都設(shè)置有滾珠槽 405，并設(shè)置了固定耳407;第⑩號(hào)試樣盒剛性組件40的最外側(cè)裝樣環(huán)401的底面設(shè)置有滾珠槽405，并設(shè)置了固定耳407。當(dāng)中間剪切層只由一層試樣盒剛性組件40，比如只由⑨構(gòu)成時(shí)，則⑨號(hào)剛性組件上下表面均需設(shè)滾珠槽405。下面以進(jìn)行2cm剪切層雙剪面剪切試驗(yàn)為例進(jìn)行進(jìn)一步說明。試驗(yàn)開始時(shí)，先組裝儀器。將立柱12、水平反力柱14用螺母16與底板11錨固在一起，按照規(guī)范所規(guī)定的試樣徑高比，將所需層數(shù)的下剪切盒42與底板11用螺栓錨固在一起，接著在⑤號(hào)試樣盒剛性組件40的滾珠槽405內(nèi)放入適量經(jīng)潤(rùn)滑后的鋼珠。接著將⑨號(hào)試樣盒剛性組件40扣在下剪切盒42上，注意滾珠槽405之間的對(duì)位。接著在⑨號(hào)試樣盒剛性組件40的上部滾珠槽405內(nèi)放入滾珠，將錨固好的上剪切盒41反扣上去，并注意滾珠槽405的對(duì)位。為避免反扣在一起的上、下剪切盒在裝樣時(shí)沿著剪切面的滾珠排滑動(dòng)，如圖11所示，在剪切面附近的④、⑤、⑨號(hào)試樣盒剛性組件40的裝樣環(huán)401上各設(shè)有兩個(gè)固定耳407， 只要用一根銷釘插入固定耳407中就可將剪切盒4固定，裝樣完畢后抽出銷釘即可。裝樣時(shí)，由于儀器結(jié)構(gòu)的特殊性，除直徑6. 18cm的試樣外，其他直徑試樣裝樣時(shí)， 每層在套好目標(biāo)直徑對(duì)應(yīng)的空心環(huán)后，應(yīng)該用填補(bǔ)件404將留出的定位槽403填滿以免裝樣時(shí)試樣被擠入槽中。如圖16所示，試樣裝填完畢后，在試驗(yàn)時(shí)，上剪切盒41與下剪切盒42是固定的。 下剪切盒42通常通過螺栓錨固在底板11上，上剪切盒41則通過四組拉板19、銷20及上剪切盒41上的固定耳407與四根立柱12連接固定起來。調(diào)整水平反力座15在水平反力柱 14上的位置，使得水平加載裝置的前端頂在⑨號(hào)試樣盒剛性組件40的裝樣環(huán)401的側(cè)面， 后端與水平反力座15接觸。視試驗(yàn)的排水與否在試樣頂部加裝相應(yīng)尺寸的透水或不透水傳力板6。把垂向反力板13用螺母16固定在立柱12上適當(dāng)?shù)奈恢貌⒈M量調(diào)整為水平狀態(tài)，在垂直加載裝置3與垂向反力板13之間加裝一塊鋼板，垂直加載裝置3與上剪切盒41 之間接觸并稍微施力之后將垂直加載裝置3固定。在中間剪切層43上安裝測(cè)量試樣水平與垂直變形的機(jī)械或數(shù)顯千分表。施加一定的垂向壓力即可按《土工試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行剪切試驗(yàn)。此外，還可組裝出高度分別為km、6cm、8cm的中間剪切層43，當(dāng)中間剪切層43由數(shù)層試樣盒剛性組件40組裝而成時(shí)，確保⑨、⑩號(hào)試樣盒剛性組件40分置于其上下兩端， 以便與上剪切盒41、下剪切盒42的滾珠槽405相對(duì)齊。除以上兩個(gè)實(shí)施例外，本發(fā)明的組裝式變尺寸試樣盒套件還能夠推廣應(yīng)用于其他的一些土工試驗(yàn)儀器中，主要用于構(gòu)成其配套的放樣裝置，根據(jù)具體試驗(yàn)的放樣需要，可以對(duì)本發(fā)明的組裝式變尺寸試樣盒套件添附類似于本說明書中記載的排水槽、固定耳等的附加結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)其具體的運(yùn)用場(chǎng)合。
權(quán)利要求
1.組裝式變尺寸試樣盒套件，其特征是所述組裝式變尺寸試樣盒套件由至少兩套可相互層疊連接的試樣盒剛性組件GO)組成，每一套試樣盒剛性組件GO)包括至少兩個(gè)相互嵌套的裝樣環(huán)000)，各相鄰兩個(gè)裝樣環(huán)000)中，位于內(nèi)側(cè)的裝樣環(huán)G00)的外緣與位于外側(cè)的裝樣環(huán)(400)的內(nèi)緣相貼合，位于內(nèi)側(cè)的裝樣環(huán)(400)被位于外側(cè)的裝樣環(huán)(400) 軸向單向限位。
2.如權(quán)利要求1所述的組裝式變尺寸試樣盒套件，其特征是所述各相鄰兩個(gè)裝樣環(huán) (400)中，位于內(nèi)側(cè)的裝樣環(huán)(400)外緣設(shè)置有定位止口 (402)，位于外側(cè)的裝樣環(huán)(400) 內(nèi)緣設(shè)置有與對(duì)應(yīng)定位止口(40 相應(yīng)的定位槽003)。
3.如權(quán)利要求2所述的組裝式變尺寸試樣盒套件，其特征是所述的試樣盒剛性組件 (40)還包括一組與定位槽(40 匹配的填補(bǔ)件(404)。
4.如權(quán)利要求2所述的組裝式變尺寸試樣盒套件，其特征是所述各裝樣環(huán)000)的定位止口(40 和/或定位槽(40 有四個(gè)，并呈中心對(duì)稱布置。
5.如權(quán)利要求1 4中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的組裝式變尺寸試樣盒套件，其特征是 所述其中一套試樣盒剛性組件GO)的各個(gè)裝樣環(huán)(400)上都開設(shè)有排水槽006)，當(dāng)各裝樣環(huán)000)以設(shè)定方式嵌套時(shí)，各個(gè)裝樣環(huán)(400)上的排水槽(406)組成通槽，否則其中至少有兩個(gè)相鄰的裝樣環(huán)(400)上的排水槽(406)相互錯(cuò)開。
6.如權(quán)利要求1 4中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的組裝式變尺寸試樣盒套件，其特征是 所述其中一套試樣盒剛性組件GO)中最外側(cè)的裝樣環(huán)(401)上設(shè)置有滾動(dòng)支撐匹配結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求6所述的組裝式變尺寸試樣盒套件，其特征是所述設(shè)置有滾動(dòng)支撐匹配結(jié)構(gòu)的裝樣環(huán)G01)的外緣上設(shè)置有兩個(gè)固定耳007)。
8.如權(quán)利要求6所述的組裝式變尺寸試樣盒套件，其特征是所述設(shè)置有滾動(dòng)支撐匹配結(jié)構(gòu)的裝樣環(huán)G01)的外緣呈正方形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能夠用于多種尺寸巖土試樣直剪與壓縮試驗(yàn)的組裝式變尺寸試樣盒套件，該組裝式變尺寸試樣盒套件由至少兩套可相互層疊連接的試樣盒剛性組件組成，每一套試樣盒剛性組件由相互嵌套的多個(gè)裝樣環(huán)組成，各相鄰兩個(gè)裝樣環(huán)中，位于內(nèi)側(cè)的裝樣環(huán)的外緣與位于外側(cè)的裝樣環(huán)的內(nèi)緣相貼合，位于內(nèi)側(cè)的裝樣環(huán)被位于外側(cè)的裝樣環(huán)軸向單向限位，其中一套試樣盒剛性組件中最外側(cè)的裝樣環(huán)上設(shè)置有滾動(dòng)支撐匹配結(jié)構(gòu)，另可有一套試樣盒剛性組件的各個(gè)裝樣環(huán)上都開設(shè)有排水槽，可以實(shí)現(xiàn)土體試驗(yàn)的排水與不排水，試驗(yàn)時(shí)通過增減試樣盒剛性組件層數(shù)及其裝樣環(huán)數(shù)實(shí)現(xiàn)試樣在尺寸上的變化，拆卸組裝方便，并可用作多種土工試驗(yàn)儀器的放樣裝置。
文檔編號(hào)G01N3/02GK102419284SQ20111041223
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月12日
發(fā)明者符文熹, 鄭星 申請(qǐng)人:四川大學(xué)