專利名稱：疊環(huán)式直剪單剪兩用剪切儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于測試不同土工材料組合之間力學(xué)特性的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一
種測試衛(wèi)生填埋場復(fù)合襯墊材料系統(tǒng)力學(xué)特性的剪切儀及利用該剪切儀進(jìn)行測試的試驗(yàn) 方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代生活垃圾的大量產(chǎn)生以及土地資源的緊張，急迫要求建立大容量，高安全的 大型衛(wèi)生填埋場。因此，在高壓力、大坡角的條件下，建立能真實(shí)反映復(fù)合襯里界面本構(gòu)關(guān) 系的數(shù)學(xué)模型對(duì)準(zhǔn)確分析大型衛(wèi)生填埋場穩(wěn)定性有重大意義?，F(xiàn)代衛(wèi)生填埋場的襯墊系統(tǒng) 主要有土工膜，土工布，土工網(wǎng)，GCL襯墊等土工材料以及砂土，粘土等組成。而要研究不同 土工材料之間的力學(xué)特性，就必需對(duì)不同土工材料的組合進(jìn)行直剪，單剪，整體剪切試驗(yàn)。 直剪，即兩層不同土工材料間的剪切試驗(yàn)；單剪，即三層不同土工材料進(jìn)行剪切試驗(yàn)；整體 剪切，即按照填埋場實(shí)際襯墊鋪設(shè)順序，在試驗(yàn)儀器中取同樣土工材料疊放順序進(jìn)行試驗(yàn)。 目前常見的土工材料力學(xué)特性測試儀器主要有(1)改進(jìn)直剪儀，常規(guī)剪切儀的試樣尺寸一 般比較小，剪切位移一般小于1厘米，而且隨著剪切的進(jìn)行，剪切面積逐步減小。改進(jìn)直剪 儀下盤粘貼的土工材料面積比上盤剪切盒的面積大一些，這樣在剪切過程中，上盤材料始 終在下盤材料上滑動(dòng)，從而使剪切面積保持不變。其缺點(diǎn)主要有雖然改進(jìn)直剪儀解決了剪 切面積變化問題，但與直剪儀一樣，它只能進(jìn)行單剪試驗(yàn)，對(duì)于多層界面情況則無法適用， 并且存在著尺寸效應(yīng)；上剪切盒與下層剪切盒土工材料間存在一定的摩擦。(2)大型直剪 儀，兩層剪切盒之間有鋼珠可以減小摩擦力，主要用來測量大面積矩形試樣的抗剪強(qiáng)度；由 于大型直剪儀下部有一個(gè)水化試樣的水池，試驗(yàn)基本都在水中進(jìn)行，因此主要適用于飽和 條件下土與土工合成材料之間的接觸強(qiáng)度研究。(3)扭轉(zhuǎn)剪切儀，扭轉(zhuǎn)剪切儀可以在一個(gè)方 向上產(chǎn)生無限大的位移，且剪切面積始終保持不變，能測得不同接觸界面之間的殘余剪切 強(qiáng)度。其缺點(diǎn)有試樣尺寸一般較小，有著明顯的尺寸效應(yīng)；扭剪儀是環(huán)向剪切，適合于各 向均勻的土工膜與土之間的剪切，而對(duì)于土工布和土工網(wǎng)，由于試樣的生產(chǎn)和制備方向都 不是環(huán)向的，因此存在一個(gè)剪切方向上的差異，必然導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果的差異；(4)斜板儀。斜 板儀使用理論簡單，能得到較大的相對(duì)位移，進(jìn)而有利于殘余峰值的取得，制造和使用費(fèi)用 低廉，但是其只適用于法向應(yīng)力較小的情況，對(duì)于壓力較大的情況不適用。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)上述測試儀器存在的缺陷試驗(yàn)界面單一，只能進(jìn)行直剪測試，存 在尺寸效應(yīng)、不適于對(duì)各種土工材料進(jìn)行測試。本實(shí)用新型提供一種不僅可以直剪，還可進(jìn) 行單剪、整體剪，避免尺寸效應(yīng)且能對(duì)各種土工材料組成的復(fù)合襯墊系統(tǒng)特性進(jìn)行測試的 疊環(huán)式剪切儀及利用該儀器進(jìn)行測試的方法，試驗(yàn)中具有多個(gè)剪切界面，更加真實(shí)地反映 了實(shí)際衛(wèi)生填埋場復(fù)合襯墊系統(tǒng)的實(shí)際情況。
為解決以上的技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用以下的技術(shù)方案[0005] 本實(shí)用新型的疊環(huán)式直剪單剪兩用剪切儀，包括機(jī)架、數(shù)據(jù)采集分析裝置、液壓控 制裝置、下剪切盒，上剪切盒、豎相液壓油缸、水平液壓油缸、豎向位移傳感器、水平位移傳 感器，所述豎相液壓油缸、水平液壓油缸固定安裝在機(jī)架上，并與數(shù)據(jù)采集分析裝置和液壓 控制裝置相連，豎相液壓油缸液壓桿端連接有蓋板，蓋板上端面與豎向位移傳感器工作端 接觸，豎向位移傳感器、水平位移傳感器通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集分析裝置相連，其特征在 于還包括疊環(huán)組，該疊環(huán)組疊置于上述下剪切盒、上剪切盒之間，所述下剪切盒通過液壓 連桿與上述水平液壓油缸相連，并且在下剪切盒底部固連有剛性底板，剛性底板與機(jī)架底 座之間設(shè)置有滾軸，所述疊環(huán)側(cè)壁與上述水平位移傳感器工作端接觸，疊環(huán)組最上邊的一 個(gè)疊環(huán)由機(jī)架固定。 為減少儀器誤差，本實(shí)用新型在下剪切盒、疊環(huán)組中單個(gè)疊環(huán)的端面、上剪切盒的 端面嵌置有滾珠。為準(zhǔn)確定位在疊環(huán)組中單個(gè)疊環(huán)、下剪切盒、上剪切盒側(cè)壁沿軸向設(shè)置有 定位孔。 通過以上的技術(shù)方案，可實(shí)現(xiàn)以下的有益效果 (1)可以進(jìn)行多鐘試驗(yàn)，直剪，單剪，整體剪切，一次試驗(yàn)可以得到多個(gè)界面的滑動(dòng) 位移，以此可以判斷出整個(gè)襯墊系統(tǒng)中的最薄弱面； (2)通過施加不同的垂直壓力，也就是等同于模擬衛(wèi)生填埋場的上覆壓力，最薄 弱滑動(dòng)面可以變化，在一組試驗(yàn)中可以觀察最薄弱滑動(dòng)面怎樣轉(zhuǎn)移，更加貼近現(xiàn)場實(shí)際情 況； (3)采用水平和豎向位移傳感器，試驗(yàn)數(shù)據(jù)直接由數(shù)據(jù)采集分析裝置得到，水平位 移傳感器由一組幾個(gè)固定在一起的傳感器組成，通過觀察每個(gè)位移傳感器采集到的數(shù)據(jù)的 變化，可以找到每個(gè)最薄弱滑動(dòng)面的轉(zhuǎn)移規(guī)律以及破壞規(guī)律； (4)儀器上下剪切盒之間，以及不同疊環(huán)之間，嵌入有鋼珠，并涂抹潤滑油，減小了 試驗(yàn)的儀器誤差；試樣尺寸大，可以不考慮尺寸效應(yīng)。

圖1為本實(shí)用新型的疊環(huán)式剪切儀結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實(shí)用新型的疊環(huán)式剪切儀上剪切盒、疊環(huán)、下剪切盒俯視圖； 圖3為本實(shí)用新型的疊環(huán)式剪切儀上剪切盒、疊環(huán)、下剪切盒主視圖； 圖4為運(yùn)用本實(shí)用新型儀器進(jìn)行整體剪切試驗(yàn)的應(yīng)力一位移關(guān)系圖。 其中1機(jī)架2數(shù)據(jù)采集分析裝置3液壓控制裝置4滾軸5剛性底板6下剪切盒7
疊環(huán)8上剪切盒9蓋板10豎向液壓油缸11水平液壓油缸12豎向位移傳感器13水平位移
傳感器14定位孔
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。 如圖1所示，本實(shí)用新型的疊環(huán)式剪切儀包括機(jī)架1、數(shù)據(jù)采集分析裝置2、液壓控
制裝置3、下剪切盒6，上剪切盒8、豎相液壓油缸10、水平液壓油缸11、豎向位移傳感器12、
水平位移傳感器13，所述豎相液壓油缸10、水平液壓油缸11固定安裝在機(jī)架1上，并與數(shù)
據(jù)采集分析裝置2和液壓控制裝置3相連，豎相液壓油缸10液壓桿端連接有蓋板9，蓋板9上端面與豎向位移傳感器12工作端接觸，蓋板9壓在上剪切環(huán)8或疊環(huán)7內(nèi)部的復(fù)合襯墊 材料上，豎向位移傳感器12、水平位移傳感器13通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集分析裝置2相連，其 特征在于還包括疊環(huán)7，該疊環(huán)7疊置于上述下剪切盒6、上剪切盒8之間，所述下剪切盒 6通過液壓連桿與上述水平液壓油缸11相連，并且在下剪切盒6底部固連有剛性底板5，剛 性底板5與機(jī)架1底座之間設(shè)置有滾軸4，所述疊環(huán)7側(cè)壁與上述水平位移傳感器13工作 端接觸，并且最上邊的一個(gè)疊環(huán)由機(jī)架1固定。 如圖2、圖3分別為下剪切盒、疊環(huán)、上剪切盒的俯視圖和主視圖，圖中上剪切盒、 下剪切盒、疊環(huán)的側(cè)壁設(shè)置有沿軸向的定位孔14，上剪切盒、下剪切盒都為內(nèi)徑300毫米， 厚120毫米；疊環(huán)組7共六個(gè)，內(nèi)徑300毫米，其中五個(gè)是厚20毫米(用于粘土或砂土等) 或1.5毫米(用于土工材料)的鋼環(huán)，最頂上一個(gè)是厚50毫米的鋼環(huán)。 以下為利用本實(shí)用新型剪切儀對(duì)復(fù)合襯墊材料進(jìn)行測試的方法具體實(shí)施例 實(shí)施例一 傳統(tǒng)壓實(shí)粘土襯墊系統(tǒng)的材料進(jìn)行整體剪切試驗(yàn)，試驗(yàn)中運(yùn)用到兩個(gè)疊環(huán)，分別 用來粘土工布和土工膜。土工布和土工膜分別用膠水粘在疊環(huán)組7中的1.5mm厚的疊環(huán)上； 砂土置于下剪切盒6中，粘有土工布的剪切疊環(huán)置于砂土上，其上放土工網(wǎng)，粘有土工膜的 剪切疊環(huán)置于土工網(wǎng)上，最后將壓實(shí)粘土裝入上剪切盒8內(nèi)。將水平液壓油缸11的液壓連 桿與下剪切盒6相連，并將螺栓擰緊；裝上水平位移傳感器13，并將其與疊環(huán)組7中的疊環(huán) 對(duì)齊，裝上豎向位移傳感器12，使其與蓋板9接觸，檢查傳感器是否靈敏；接通數(shù)據(jù)采集分 析裝置2和液壓控制裝置3 ;通過豎向液壓油缸IO施加垂直壓力，依據(jù)試驗(yàn)要求，可以施加 不同的垂直壓力；通過水平液壓油缸11施加水平力，開始試驗(yàn)。 如圖4所示，為運(yùn)用本實(shí)用新型儀器進(jìn)行整體剪切試驗(yàn)的應(yīng)力-位移關(guān)系圖。 實(shí)施例二 若進(jìn)行直剪試驗(yàn)，則不需要運(yùn)用疊環(huán)，將疊環(huán)換成整體的上剪切盒，進(jìn)行直剪。以 土工網(wǎng)-土工膜的界面直剪為例因?yàn)橄录羟泻?厚120毫米，無法直接粘土工膜，所以在 下剪切盒6內(nèi)加剛性鐵塊作為支撐，再在剛性鐵塊上放一剛性板，將土工膜固定粘在剛性 板上；土工網(wǎng)粘在另一塊剛性板上，置于上剪切盒8內(nèi)，使土工網(wǎng)與土工膜緊密接觸。
實(shí)施例三 組合界面單剪試驗(yàn)，以土工網(wǎng)-土工布-砂的組合為例，土工網(wǎng)用膠水粘在剛性板 上置于下剪切盒6中，下剪切盒6內(nèi)加剛性鐵塊支撐剛性板，土工布用502膠水粘在剪切疊 環(huán)上(因?yàn)橥凉げ牧媳旧碇挥袔讉€(gè)毫米厚，這時(shí)用的是1. 5mm的疊環(huán))，置于土工網(wǎng)上，砂土 裝填在置于土工布上的疊環(huán)組7中厚度為20mm的疊環(huán)中。
權(quán)利要求一種疊環(huán)式直剪單剪兩用剪切儀，包括機(jī)架(1)、數(shù)據(jù)采集分析裝置(2)、液壓控制裝置(3)、下剪切盒(6)，上剪切盒(8)、豎相液壓油缸(10)、水平液壓油缸(11)、豎向位移傳感器(12)、水平位移傳感器(13)，所述豎相液壓油缸(10)、水平液壓油缸(11)固定安裝在機(jī)架(1)上，并與數(shù)據(jù)采集分析裝置(2)和液壓控制裝置(3)相連，豎相液壓油缸(10)液壓桿端連接有蓋板(9)，蓋板(9)上端面與豎向位移傳感器(12)工作端接觸，豎向位移傳感器(12)、水平位移傳感器(13)通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集分析裝置(2)相連，其特征在于還包括疊環(huán)組(7)，該疊環(huán)組(7)疊置于上述下剪切盒(6)、上剪切盒(8)之間，所述下剪切盒(6)通過液壓連桿與上述水平液壓油缸(11)相連，并且在下剪切盒(6)底部固連有剛性底板(5)，剛性底板(5)與機(jī)架(1)底座之間設(shè)置有滾軸(4)，所述疊環(huán)組(7)側(cè)壁與上述水平位移傳感器(13)工作端接觸，疊環(huán)組(7)最上邊的一個(gè)疊環(huán)由機(jī)架(1)固定。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的疊環(huán)式直剪單剪兩用剪切儀，其特征在于所述下剪切盒(6) 端面、疊環(huán)組(7)中單個(gè)疊環(huán)端面、上剪切盒(8)端面嵌置有滾珠。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的疊環(huán)式直剪單剪兩用剪切儀，其特征在于所述下剪切盒(6) 側(cè)壁、疊環(huán)組(7)中單個(gè)疊環(huán)側(cè)壁、上剪切盒(8)側(cè)壁沿軸向設(shè)置有定位孔(14)。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種疊環(huán)式剪切儀及其測試方法，本疊環(huán)式剪切儀的主體部分包括上剪切盒、下剪切盒，還包括疊置于下剪切盒、上剪切盒之間的疊環(huán)組，下剪切盒通過液壓連桿與水平液壓油缸相連，并且在下剪切盒底部固連有剛性底板，剛性底板與機(jī)架底座之間設(shè)置有滾軸，疊環(huán)側(cè)壁與水平位移傳感器工作端接觸。利用本儀器進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，將待測試的復(fù)合襯墊材料分別置于疊置的下剪切盒內(nèi)、疊環(huán)或上剪切盒內(nèi)，將最上面的一個(gè)疊環(huán)或上剪切盒固定于機(jī)架，開始試驗(yàn)過程，本實(shí)用新型突破了傳統(tǒng)試驗(yàn)儀器在對(duì)衛(wèi)生填埋場襯墊系統(tǒng)進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)時(shí)，只能固定剪切界面的局限，同時(shí)能夠觀察試驗(yàn)在施加不同的垂直荷載時(shí)，試樣中最薄弱滑動(dòng)面在不同的土工材料接觸面之間的轉(zhuǎn)移。
文檔編號(hào)G01N3/24GK201449359SQ20092004726
公開日2010年5月5日 申請(qǐng)日期2009年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月7日
發(fā)明者劉慧 , 盧廷浩, 施建勇, 朱月兵, 錢學(xué)德 申請(qǐng)人:河海大學(xué)