本實(shí)用新型屬于巖土性能檢測(cè)設(shè)備，尤其涉及一種土樣扭轉(zhuǎn)直剪試驗(yàn)裝置。

技術(shù)背景

剪切破壞是建筑工程中土體破壞的主要形式之一，也是計(jì)算基礎(chǔ)和地基承載力的重要參數(shù)，準(zhǔn)確測(cè)量土體的粘聚力和摩擦角對(duì)工程的安全性具有重要意義。如何通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)快速獲取準(zhǔn)確、客觀反映實(shí)際的抗剪強(qiáng)度參數(shù)，已經(jīng)成為工程技術(shù)人員普遍關(guān)注的課題。直剪試驗(yàn)作為基礎(chǔ)試驗(yàn)方法被廣泛應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)備簡(jiǎn)單、操作容易和試驗(yàn)歷時(shí)短，目前各個(gè)項(xiàng)目在工期緊的情況下被廣泛使用。但是其也具有一定的缺點(diǎn)，例如剪切面上剪應(yīng)力分布不均勻，在邊緣發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象；剪切過(guò)程中，土樣剪切面逐漸縮小，而計(jì)算抗剪強(qiáng)度時(shí)卻按土樣的原截面積計(jì)算的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有直剪試驗(yàn)裝置加載面積變化及應(yīng)力集中的缺陷，并提供一種土樣扭轉(zhuǎn)直剪試驗(yàn)裝置。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：

土樣扭轉(zhuǎn)直剪試驗(yàn)裝置，包括承載架、環(huán)形上盒、下盒、活塞、加載裝置、測(cè)力系統(tǒng)和垂直壓力加壓系統(tǒng)；所述的下盒底部通過(guò)轉(zhuǎn)軸固定于承載架上，使其在水平方向僅具有轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；下盒上方安裝環(huán)形上盒；加載裝置用于驅(qū)動(dòng)下盒周向旋轉(zhuǎn)；所述的上盒上部放置有直徑略小于上盒內(nèi)徑的活塞，所述的垂直壓力加壓系統(tǒng)用于對(duì)活塞施加向下的壓力；所述的測(cè)力系統(tǒng)用于測(cè)量上盒的扭矩。

作為優(yōu)選，所述的環(huán)形上盒、下盒的內(nèi)壁保持一定的粗糙度，增大內(nèi)壁與土樣的摩擦力，防止產(chǎn)生相對(duì)位移。

作為優(yōu)選，所述的加載裝置為蝸輪蝸桿系統(tǒng)，蝸桿通過(guò)軸承固定在承載架上，蝸桿與下盒上固定的蝸輪相接觸，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪帶動(dòng)蝸桿旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)蝸輪旋轉(zhuǎn)使得下盒轉(zhuǎn)動(dòng)加載。

作為優(yōu)選，所述的測(cè)力系統(tǒng)包括測(cè)力環(huán)和裝配于測(cè)力環(huán)中的測(cè)微表，測(cè)力環(huán)安裝在上盒的側(cè)面。

作為優(yōu)選，所述的垂直壓力加壓系統(tǒng)由加壓框架、加壓杠桿和砝碼組成；所述的加壓框架的橫梁兩端通過(guò)豎向筒約束，使其僅能上下運(yùn)動(dòng)；橫梁中部具有凸起的半球，且所述的活塞頂部開(kāi)設(shè)有與半球相匹配的半球形凹陷；加壓杠桿一端鉸接固定于承載架上，另一端掛接砝碼，鉸接側(cè)連接加壓框架的橫梁，形成對(duì)橫梁施加向下拉力的杠桿系統(tǒng)。

作為優(yōu)選，所述的承載架下部設(shè)有掛鉤，用于固定加壓杠桿的砝碼一端，在不需要加壓時(shí)支撐砝碼的重量。

本實(shí)用新型的有益效果是：通過(guò)蝸輪蝸桿加載系統(tǒng)使下盒周向旋轉(zhuǎn)，從而對(duì)土樣施加扭轉(zhuǎn)荷載進(jìn)行剪切試驗(yàn)，從而克服現(xiàn)有直剪試驗(yàn)裝置加載面積變化及應(yīng)力集中的缺陷。

附圖說(shuō)明

圖1和圖2是一種土樣扭轉(zhuǎn)直剪試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：上盒1、下盒2、蝸輪3、轉(zhuǎn)軸4、蝸桿5、固定軸承6、轉(zhuǎn)動(dòng)手輪7、測(cè)力環(huán)8、測(cè)微表9、豎向筒10、加壓框架11、活塞12、加壓杠桿13、砝碼14和承載架15。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步闡述和說(shuō)明。本實(shí)用新型中各個(gè)實(shí)施方式的技術(shù)特征在沒(méi)有相互沖突的前提下，均可進(jìn)行相應(yīng)組合。

如圖1和圖2所示，一種土樣扭轉(zhuǎn)直剪試驗(yàn)裝置，分為承載架、環(huán)形上盒、下盒、活塞、加載裝置、測(cè)力系統(tǒng)和垂直壓力加壓系統(tǒng)。其具體結(jié)構(gòu)包括上盒1、下盒2、蝸輪3、轉(zhuǎn)軸4、蝸桿5、固定軸承6、手輪7、測(cè)力環(huán)8、測(cè)微表9、豎向筒10、加壓框架11、活塞12、加壓杠桿13、砝碼14和承載架15。

承載架15作為整個(gè)裝置的支承結(jié)構(gòu)，起到固定的作用。上盒1、下盒2均呈環(huán)形中空，其內(nèi)部用于放置試驗(yàn)土樣。上盒1、下盒2的內(nèi)壁保持一定的粗糙度，以方便固定土樣。下盒2底部通過(guò)轉(zhuǎn)軸4固定于承載架15上，轉(zhuǎn)軸4約束了下盒2的水平運(yùn)動(dòng)，使其只能周向轉(zhuǎn)動(dòng)，下盒2上方安裝上盒1。加載裝置用于驅(qū)動(dòng)下盒2相對(duì)于上盒1周向旋轉(zhuǎn)，使兩者之間的試樣扭轉(zhuǎn)，其結(jié)構(gòu)可以設(shè)置為多種形式。本具體實(shí)施方式中，加載裝置為蝸輪蝸桿系統(tǒng)，下盒2外周固定環(huán)形的蝸輪3，蝸桿5通過(guò)固定軸承6固定在承載架15上。蝸桿5與下盒2上的蝸輪3相配合接觸，蝸桿5一端連接轉(zhuǎn)動(dòng)手輪7，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪7驅(qū)動(dòng)蝸桿5轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)下盒2轉(zhuǎn)動(dòng)。上盒1內(nèi)放置試樣后，在試樣表面放置活塞12，活塞12的外徑應(yīng)略小于上盒1內(nèi)徑，將其放置于上盒1中時(shí)，可以豎向?qū)υ嚇邮┘訅毫ν瑫r(shí)起到對(duì)上盒1的水平限位作用。為了實(shí)現(xiàn)直剪試驗(yàn)，需要在裝置中設(shè)置垂直壓力加壓系統(tǒng)和測(cè)力系統(tǒng)，分別用于對(duì)活塞施加向下的壓力和測(cè)量上盒的扭矩。

測(cè)力系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)可以根據(jù)實(shí)際的試驗(yàn)需要進(jìn)行選擇。本具體實(shí)施方式中，采用測(cè)力環(huán)8和裝配于測(cè)力環(huán)8中的測(cè)微表9實(shí)現(xiàn)。測(cè)力環(huán)8安裝在上盒1的側(cè)面，對(duì)上盒1的扭矩進(jìn)行測(cè)定。

垂直壓力加壓系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)可以根據(jù)實(shí)際的試驗(yàn)需要進(jìn)行選擇。本具體實(shí)施方式中，垂直壓力加壓系統(tǒng)由加壓框架11、加壓杠桿13和砝碼14組成。加壓框架11包括一條橫梁，橫梁兩端通過(guò)固定于承載架上的豎向筒10進(jìn)行水平約束，使其僅能上下運(yùn)動(dòng)。橫梁中部具有朝下的凸起半球，在活塞12頂部也需要開(kāi)設(shè)與凸起半球相匹配的半球形凹陷。使用時(shí)，兩者匹配后，對(duì)橫梁施加向下的壓力，從而傳導(dǎo)至活塞12和試樣。而凸起半球和半球形凹陷則可以對(duì)活塞12的水平位移進(jìn)行限制，實(shí)現(xiàn)試樣的剪切。加壓杠桿13一端鉸接固定于承載架15的下底面，另一端掛接砝碼14，加壓杠桿13靠近鉸接側(cè)一定距離處通過(guò)連桿連接加壓框架11的橫梁，形成一個(gè)杠桿系統(tǒng)。為了放大杠桿效應(yīng)，連桿的連接部位可以靠近鉸接部位。由于試驗(yàn)過(guò)程中，尚未開(kāi)始讀數(shù)前的準(zhǔn)備階段不能對(duì)試樣施加壓力，因此可以在承載架15下部設(shè)置掛鉤，準(zhǔn)備階段可以將加壓杠桿13靠近砝碼14一端掛在掛鉤上，以支撐砝碼14的重量，防止橫梁過(guò)早地對(duì)試樣施加壓力。

基于上述裝置，利用其進(jìn)行扭轉(zhuǎn)直剪試驗(yàn)的方法具體步驟如下：

首先將下盒2固定在轉(zhuǎn)軸4上，然后將上盒1放在下盒2上，并將其固定，使上盒1、下盒2暫時(shí)不能相對(duì)位移；將切有土樣的環(huán)刀刃口向上，反放在上盒1上；用推土塞將試樣壓入環(huán)形上盒1、下盒中2；在測(cè)力環(huán)8中裝上測(cè)微表9。

調(diào)整垂直壓力加壓系統(tǒng)，試驗(yàn)前檢查一下加壓杠桿13滑動(dòng)是否正常。而后將加壓框架11上橫梁的中間半球凸起對(duì)準(zhǔn)活塞12上的半球凹處放下，這時(shí)加壓杠桿13尾端必須掛在鉤上。這時(shí)，試樣已安裝完畢。將加壓杠桿13尾從鉤子上放下(即加上垂直方向的壓力)，立即進(jìn)行剪切。

在轉(zhuǎn)動(dòng)手輪7的同時(shí)，開(kāi)動(dòng)秒表并均勻地?fù)u轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪7進(jìn)行剪切試驗(yàn)，每轉(zhuǎn)一圈應(yīng)讀數(shù)一次。一般在3～5分鐘內(nèi)測(cè)微表9讀數(shù)已不再增加甚至減少時(shí)，土樣已被剪壞，但讀數(shù)還需繼續(xù)讀3～5次后便可停止這一試樣的試驗(yàn)。利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算土體的抗剪強(qiáng)度。試驗(yàn)完畢后，拆除測(cè)微表9，并除去儀器上的余土，然后將儀器裝置復(fù)原。

本實(shí)用新型通過(guò)扭轉(zhuǎn)的加載方式，使得荷載均勻施加在土體上，改善實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的應(yīng)力集中現(xiàn)象，并且控制破壞界面的面積不發(fā)生變化，從而減少了直剪試驗(yàn)的試驗(yàn)誤差。

以上所述的實(shí)施例只是本實(shí)用新型的一種較佳的方案，然其并非用以限制本實(shí)用新型。有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型。例如加載系統(tǒng)可以用下盒兩側(cè)連接砝碼進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，垂直壓力加壓系統(tǒng)可以采用在上方通過(guò)液壓裝置的方式實(shí)現(xiàn)。因此凡采取等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。