專(zhuān)利名稱(chēng)：土體原位直剪試驗(yàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土體原位測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及土體剪切原位實(shí)驗(yàn)儀器。
背景技術(shù)：
土體抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)值目前分為室內(nèi)剪切實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)大剪實(shí)驗(yàn)、十字剪切實(shí)驗(yàn)，確定的基本原理和理論依據(jù)是相同的，其結(jié)果的可利用性關(guān)鍵在于試驗(yàn)方法的選取一般土體抗剪強(qiáng)度的測(cè)定主要有直接剪切試驗(yàn)、原位直剪試驗(yàn)。直接剪切試驗(yàn)是測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度的一種，常用方法通常采用4個(gè)試樣，分別在不同的垂直壓力下，施加水平剪切力進(jìn)行剪切，求得破壞時(shí)的剪應(yīng)力然后根據(jù)庫(kù)倫定律確定土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)內(nèi)摩擦力和粘聚力。直接剪切試驗(yàn)有快剪、固結(jié)快剪、慢剪等三種方法，不論是三軸剪切還是常規(guī)直剪試驗(yàn)，均要求在現(xiàn)場(chǎng)采集原狀土樣，然后在不同的壓力、排水條件及環(huán)境下進(jìn)行試驗(yàn)，以確定土體的、值室內(nèi)直剪試驗(yàn)人為控制剪切面，且排水條件也難以控制，使得應(yīng)力狀態(tài)與土體天然狀況有較大出入，且由于試樣要求較多，難以保證土樣狀態(tài)的一致和均勻。

上述方法還存在著局部地段取土，土樣受剪面過(guò)小，結(jié)果“以點(diǎn)帶面”的弱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種土體原位直剪試驗(yàn)儀，不僅輕便、加壓方式簡(jiǎn)單，而且可以多點(diǎn)不同深度的測(cè)試，適合多種土體，得到應(yīng)力-應(yīng)變曲線和粘聚力、內(nèi)摩擦角等參數(shù)。本發(fā)明的一種土體原位直剪試驗(yàn)儀包括:鋼架；垂直油缸，設(shè)置在所述鋼架上；圓筒，可水平移動(dòng)地設(shè)置在所述垂直油缸的動(dòng)力輸出端；水平油缸，設(shè)置在所述鋼架上；推碗，設(shè)置在所述水平油缸的動(dòng)力輸出端，用于對(duì)所述圓筒施加水平的推力，并使所述圓筒移動(dòng)預(yù)定的距離；其中，在所述水平油缸上還設(shè)置有用于測(cè)量位移的位移傳感器和用于測(cè)量推力的第一壓力傳感器，在所述垂直油缸上還設(shè)置有用于測(cè)量側(cè)壓的第二壓力傳感器。本發(fā)明使用垂直油缸和水平油缸自動(dòng)逐步施加水平和豎直載荷，利用剪切實(shí)驗(yàn)得到土體粘聚力、內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值、壓力-變形曲線，試驗(yàn)儀測(cè)試準(zhǔn)確、操作靈活、結(jié)果可靠。


圖1是本發(fā)明的直剪實(shí)驗(yàn)平面圖；圖2是圖1仰視示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1、2所示，本發(fā)明包括:鋼架1、垂直油缸2、水平油缸3和圓筒4。垂直油缸2設(shè)置在鋼架I上，圓筒4通過(guò)水平滑軌12可水平移動(dòng)地設(shè)置在垂直油缸2的動(dòng)力輸出端；水平油缸3設(shè)置在鋼架I上；推碗11設(shè)置在水平油缸3的動(dòng)力輸出端，用于對(duì)圓筒4施加水平的推力，并使圓筒4移動(dòng)預(yù)定的距離，以對(duì)圓筒4內(nèi)的土體和圓筒4外的土體進(jìn)行剪切。另外，在水平油缸3上還設(shè)置有用于測(cè)量土體位移的位移傳感器6和用于測(cè)量土體所受推力的第一壓力傳感器7，在垂直油缸2上還設(shè)置有用于測(cè)量土體模擬側(cè)壓的第二壓力傳感器8。上述的位移傳感器6、第一壓力傳感器7和第二壓力傳感器8測(cè)量的數(shù)據(jù)傳輸給處理單元10存儲(chǔ)和處理。垂直油缸2和水平油缸3通過(guò)液壓泵9控制。另外，還可以在鋼架I上設(shè)置用于拍攝整個(gè)土體原位環(huán)剪過(guò)程的攝像儀(未圖示出)。本發(fā)明使用時(shí)，1)選擇較高剛度的鋼罐用于檢測(cè)實(shí)驗(yàn)；2)在罐中填充模擬土體；3)液壓缸將圓筒4垂直壓入土體IOmm以下；4)人工將周?chē)羚P出；

5)水平油缸3驅(qū)動(dòng)推碗11對(duì)圓筒4施力，由于水平滑軌12的導(dǎo)向作用圓筒4內(nèi)土體與大塊土體結(jié)合面只受純剪力，水平油缸3以每100秒行進(jìn)Imm的速度向外伸展，實(shí)時(shí)采樣監(jiān)測(cè)、記錄作用力與位移關(guān)系，直至土體剪切破壞，得到粘聚力、內(nèi)摩擦角等參數(shù)。6)試驗(yàn)儀上可視設(shè)備錄制托桿伸展和收縮回位、擺塊旋轉(zhuǎn)合并及載荷施加和試驗(yàn)全過(guò)程，達(dá)到整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程可視化。本發(fā)明原位直剪試驗(yàn)由于測(cè)試在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，不存在運(yùn)輸?shù)妮p微擾動(dòng)，也不會(huì)發(fā)生含水量的變化，能最大限度地保持土體結(jié)構(gòu)的天然狀態(tài)，保證了土體的應(yīng)力狀態(tài)不改變，且其應(yīng)力路徑也可根據(jù)工程實(shí)際情況確定，因而較室內(nèi)試驗(yàn)更能符合天然狀態(tài)。另外，本發(fā)明還能夠沿著滑動(dòng)方向施加水平推力，并可把剪切面直接固定在滑面上剪切，剪切面積較大，具有代表性，所以原位剪切試驗(yàn)?zāi)苷鎸?shí)反映出土的實(shí)際抗剪強(qiáng)度。由于原位直剪試驗(yàn)一般通過(guò)挖豎井的方式進(jìn)行測(cè)量，試驗(yàn)環(huán)境很差，同時(shí)，人為讀數(shù)的誤差是測(cè)量誤差的一個(gè)很大來(lái)源，系統(tǒng)測(cè)量誤差很大程度取決于試驗(yàn)者的操作水平和試驗(yàn)技能，為了改善原位試驗(yàn)的試驗(yàn)環(huán)境，減少人為誤差。通過(guò)液壓泵9自動(dòng)逐步施加豎直載荷向下壓縮土體 ，利用應(yīng)力和位移傳感器監(jiān)測(cè)土體受力和變形，且自動(dòng)采集測(cè)試數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)，測(cè)得各土層的塑性、破壞強(qiáng)度參數(shù)；試驗(yàn)儀上可視設(shè)備錄制托桿伸展及載荷施加和試驗(yàn)全過(guò)程，達(dá)到整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程可視化。
權(quán)利要求
1.一種土體原位直剪試驗(yàn)儀，其特征在于，包括: 鋼架； 垂直油缸，設(shè)置在所述鋼架上； 圓筒，可水平移動(dòng)地設(shè)置在所述垂直油缸的動(dòng)力輸出端； 水平油缸，設(shè)置在所述鋼架上； 推碗，設(shè)置在所述水平油缸的動(dòng)力輸出端，用于對(duì)所述圓筒施加水平的推力，并使所述圓筒移動(dòng)預(yù)定的距離； 其中，在所述水平油缸上還設(shè)置有用于測(cè)量位移的位移傳感器和用于測(cè)量推力的第一壓力傳感器，在所述垂直油缸 上還設(shè)置有用于測(cè)量側(cè)壓的第二壓力傳感器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種土體原位直剪試驗(yàn)儀，包括鋼架；垂直油缸，設(shè)置在所述鋼架上；圓筒，可水平移動(dòng)地設(shè)置在所述垂直油缸的動(dòng)力輸出端；水平油缸，設(shè)置在所述鋼架上；推碗，設(shè)置在所述水平油缸的動(dòng)力輸出端，用于對(duì)所述圓筒施加水平的推力，并使所述圓筒移動(dòng)預(yù)定的距離；其中，在所述水平油缸上還設(shè)置有用于測(cè)量位移的位移傳感器和用于測(cè)量推力的第一壓力傳感器，在所述垂直油缸上還設(shè)置有用于測(cè)量側(cè)壓的第二壓力傳感器。本發(fā)明使用垂直油缸和水平油缸自動(dòng)逐步施加水平和豎直載荷，利用剪切實(shí)驗(yàn)得到土體粘聚力、內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值、壓力-變形曲線，試驗(yàn)儀測(cè)試準(zhǔn)確、操作靈活、結(jié)果可靠。
文檔編號(hào)G01N3/24GK103234839SQ20131014530
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月24日
發(fā)明者孟達(dá), 劉曉宇, 李世海, 易瑞祥, 呂祥峰, 范永波, 趙穎 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所