專利名稱：飽和巖土試樣直剪試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及巖土力學(xué)強(qiáng)度試驗(yàn)技術(shù)，尤其涉及一種飽和巖土試樣直剪試驗(yàn)裝置。 具體地說(shuō)，涉及到中小粒徑碎石、裂隙土以及軟巖的非飽和或飽和狀態(tài)下力學(xué)強(qiáng)度的測(cè)試 技術(shù)；采用本試驗(yàn)裝置，可以方便地對(duì)黏性與非黏性巖土試樣進(jìn)行本裝置內(nèi)飽和后并開展 飽和試樣的直剪試驗(yàn)，同時(shí)還可方便地將本裝置移至現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)測(cè)試巖土的力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)。
背景技術(shù)：
巖土工程的失穩(wěn)絕大多數(shù)是由于剪切破壞引起的，準(zhǔn)確測(cè)定巖土體的抗剪強(qiáng)度參 數(shù)在巖土工程建設(shè)中具有重要意義。巖土工程的失穩(wěn)破壞都伴隨著剪切位移的發(fā)展，因此， 通過(guò)施加剪切力(或剪切位移)對(duì)巖土體進(jìn)行試驗(yàn)的方法一直受到重視，其中，直剪試驗(yàn)由 于其操作簡(jiǎn)便而受到普遍應(yīng)用。眾所周知，水對(duì)土體力學(xué)性狀尤其是強(qiáng)度影響非常大，工程與研究中均需測(cè)試土 樣的飽和狀態(tài)下的力學(xué)性狀。針對(duì)直剪試驗(yàn)根據(jù)土性不同采用不同的飽和方法，如針對(duì)砂 礫試樣主要采用淋濾浸泡對(duì)試樣進(jìn)行飽和，對(duì)于細(xì)粒土主要采用抽真空飽和方法進(jìn)行試樣 飽和后將試樣安裝至剪切盒中進(jìn)行試驗(yàn)。由于碎石土其保水性較差，通過(guò)淋水法對(duì)試樣飽 和無(wú)法準(zhǔn)確控制飽和度，即使試樣飽和后，土樣孔隙中的水也會(huì)在重力作用下排出，而針對(duì) 大型黏性裂隙土樣的飽和采用抽真空飽和方法也因?yàn)樵嚇映叽邕^(guò)大而不能很好適用，即使 是通過(guò)抽真空飽和后試樣的安裝也存在諸多困難，目前還未有較好的解決辦法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，提供了一種飽和巖土試樣
直剪試驗(yàn)裝置。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
根據(jù)不同試驗(yàn)要求，進(jìn)行天然含水或飽和土樣的直剪試驗(yàn)，解決粗粒土以及裂隙土直 剪試驗(yàn)中土樣飽和以及飽和土樣直剪問(wèn)題。具體地說(shuō)，本裝置包括試樣剪盒、框架、加載系統(tǒng)、飽和系統(tǒng)、真空泵和數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)；
試樣剪盒、加載系統(tǒng)、飽和系統(tǒng)、真空泵和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都固定于框架20上組成一個(gè) 整體；
試樣剪盒置于飽和系統(tǒng)的水槽之中，保證試樣能完全飽和；
加載系統(tǒng)包括豎向加載系統(tǒng)和橫向加載系統(tǒng)，分別和試樣剪盒連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)剪盒進(jìn)行 豎向加載和橫向加載；
真空泵和飽和系統(tǒng)連接，對(duì)封閉的水槽進(jìn)行抽真空處理；
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分別與剪盒和加載系統(tǒng)連接，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)記錄力的大小和剪盒的位移。工作原理
通過(guò)在試樣剪切盒外部設(shè)置一頂蓋可以自由拆卸的密封水槽，將試樣安裝至剪切盒后，將水槽蓋板安裝密封好，開啟真空泵將水槽內(nèi)部空氣抽除；又關(guān)閉真空泵和與之相連的 閥門后，開啟注水閥門，向水槽以及試樣注水飽和；再去除水槽蓋板，施加垂直壓力后進(jìn)行 剪切試驗(yàn)。剪切試驗(yàn)過(guò)程中根據(jù)不同要求利用變速箱進(jìn)行剪切速率控制，一般每組采用四 個(gè)不同垂直壓力，可得到試樣的水平應(yīng)力與應(yīng)變曲線和C、Φ強(qiáng)度指標(biāo) 本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果
①將真空飽和裝置與直剪試驗(yàn)設(shè)備有機(jī)結(jié)合，避免了大尺寸黏性土樣飽和與裝樣的不 便，同時(shí)還避免了先飽和后裝樣對(duì)松散土樣的擾動(dòng)，更避免粗粒碎石土持水性差無(wú)法完全 飽和的問(wèn)題。②實(shí)現(xiàn)了中小粒徑碎石土、裂隙土以及軟巖的直剪試驗(yàn)測(cè)試，尤其是可實(shí)現(xiàn)對(duì)試 樣的工地現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試以及飽水狀態(tài)巖土的往復(fù)直剪試驗(yàn)。③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊較輕便，可方便運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，大大節(jié)約了土樣運(yùn)輸成本和擾動(dòng)。


圖1是本裝置的結(jié)構(gòu)方框圖； 圖2是本裝置的結(jié)構(gòu)示意圖(主視)； 圖3是本裝置的結(jié)構(gòu)示意圖(俯視)； 圖4是本裝置的結(jié)構(gòu)示意圖(側(cè)視)。圖中
10—試樣剪盒，
11一上剪切盒，12—下剪切盒，13—上剪盒固定架， 14一試樣承壓板，15—滑排，16—剪縫調(diào)節(jié)墊片；
20—框架，
21—豎向傳力柱，22—豎向反力框架，23—底座，24—水平傳力柱； 30—加載系統(tǒng)，
3Α—豎向加載系統(tǒng)，3Β—橫向加載系統(tǒng)，
31—手動(dòng)油壓泵千斤頂，32—齒輪變速箱，33—變頻電機(jī)；
40—飽和系統(tǒng)，
41 一進(jìn)水管，42 —閥門，43—水槽； 50—真空泵；
60—數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，
61—豎直方向應(yīng)力和位移傳感器，
62—水平方向應(yīng)力和位移傳感器。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明 1、總體
如圖1，本裝置包括試樣剪盒10、框架20、加載系統(tǒng)30、飽和系統(tǒng)40、真空泵50和數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)60 ；
其連接關(guān)系是試樣剪盒10、加載系統(tǒng)30、飽和系統(tǒng)40、真空泵50和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)60都固定于框架 20上組成一個(gè)整體；
試樣剪盒10置于飽和系統(tǒng)40的水槽43之中，保證試樣能完全飽和； 加載系統(tǒng)30包括豎向加載系統(tǒng)3A和橫向加載系統(tǒng):3B，分別和剪盒10連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)試 樣剪盒10進(jìn)行豎向加載和橫向加載；
真空泵50和飽和系統(tǒng)40連接，對(duì)封閉的水槽進(jìn)行抽真空處理； 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)60分別與試樣剪盒10和加載系統(tǒng)30連接，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)記錄力的大小和剪 盒10的位移。2、功能塊 1)試樣剪盒10
如圖1-4，試樣剪盒裝置10是一種組裝式結(jié)構(gòu)(由永昌工程實(shí)驗(yàn)儀器公司制作)，包括 上剪切盒11、下剪切盒12、上剪盒固定架13、試樣的承壓板14、滑排15、剪縫調(diào)節(jié)墊片16 ； 其連接關(guān)系是
上剪切盒11位于下剪切盒12上方，并通過(guò)螺栓與上剪盒固定架13固定于底座23之 上，保證上剪切盒11在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中固定不動(dòng)；
下剪切盒12位于排滑15與上剪切盒11之間，下剪切盒12和上剪切盒11通過(guò)剪縫調(diào) 節(jié)墊片16連接，直接通過(guò)鋼珠保證減小滑動(dòng)摩擦，下剪切盒12置于滑排15之上并且受框 架20固定保證能沿剪力方向滑動(dòng)；
試樣承壓板14置于上剪切盒11中試樣和豎向傳力柱21之間，豎向加載系統(tǒng)3A通過(guò) 豎向傳力柱21把豎向力傳遞給試樣承壓板14，通過(guò)試樣承壓板14給試樣施加豎向應(yīng)力。所述上剪切盒11、下剪切盒12為一種容器的上下兩部分； 所述試樣承壓板14為一種平面板；
所述滑排15為數(shù)個(gè)采用硬鋼材料制成的光滑圓柱體；
所述剪縫調(diào)節(jié)墊片16為數(shù)個(gè)采用硬鋼材料制成的平整光滑薄鋼片，中間鑲有鋼珠保 證了滑動(dòng)性。2)框架 20
如圖1-4，框架20(永昌工程實(shí)驗(yàn)儀器公司制作)包括豎向傳力柱21、豎向反力框架22、 底座23和水平傳力柱M ；
所述豎向傳力柱21為一種圓柱形鋼柱；
所述豎向反力框架22為一種由橫梁與兩根立柱組合而成的門型結(jié)構(gòu)，橫梁與立柱采 用螺帽緊扣，橫梁高度可調(diào)；
所述底座23由型鋼加工而成，主要提供整套儀器的反力與支撐； 所述水平傳力柱M為一種圓柱形鋼柱。3)加載系統(tǒng)30
如圖1-4，加載系統(tǒng)30包括豎向加載系統(tǒng)3A和橫向加載系統(tǒng):3B， 所述豎向加載系統(tǒng)3A是一種手動(dòng)油壓泵千斤頂31 ； 所述橫向加載系統(tǒng)3B包括前后連接的變速箱32和變頻電機(jī)33 ； 其連接關(guān)系是手動(dòng)油壓泵千斤頂31固定于豎向反力框架22之上，通過(guò)傳力柱21給 試樣施加豎向應(yīng)力；豎向反力框架22利用螺栓固定于底座23之上；變速箱32和變頻電機(jī)
633固定于底座23上，通過(guò)水平傳力柱M和下剪切盒12相連，給試樣施加剪切應(yīng)力。手動(dòng)油壓泵千斤頂31選用臺(tái)灣順興牌手動(dòng)油壓泵千斤頂S-4T ； 變速箱32為普通變速箱，選用濟(jì)寧廣興GX256 ；
變頻電機(jī)33為普通變頻電機(jī)，選用南京中科3(145 ； 4)飽和裝置40
如圖1-4，飽和裝置40包括依次連接的進(jìn)水管41、閥門42和水槽43 ； 所述進(jìn)水管41采用普通耐壓水管； 所述閥門42采用普通球閥)；
所述水槽43 (永昌工程實(shí)驗(yàn)儀器公司制作)，采用不銹鋼板螺栓組合而成，鋼板之間有 密封墊圈，可保證水槽的密封性。5)真空泵 50
如圖1，真空泵50選用普通的真空泵，選用淄博凱尼真空泵2BE-165。6)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)60
如圖1-4，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)60分別與豎向方向應(yīng)力和位移測(cè)量傳感器61和水平方向應(yīng) 力和位移測(cè)量傳感器62連接；豎向方向應(yīng)力和位移測(cè)量傳感器61和水平方向應(yīng)力和位移 測(cè)量傳感器62分別位于豎向傳力柱21和水平傳力柱M之上，各傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 60對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集分析。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)60 (永昌工程實(shí)驗(yàn)儀器公司制作)，通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)采集應(yīng)力、應(yīng)變 數(shù)據(jù)；
豎向方向應(yīng)力和位移測(cè)量傳感器61采用普通位移傳感器和普通應(yīng)力傳感器； 位移傳感器選用VOLFA直線位移傳感器，型號(hào)WY020 ； 應(yīng)力傳感器選用INTERFACE，SM普通s型；
水平方向應(yīng)力和位移測(cè)量傳感器62采用普通位移傳感器和普通應(yīng)力傳感器； 位移傳感器選用VOLFA直線位移傳感器，型號(hào)WY020 ； 應(yīng)力傳感器選用INTERFACE，SM普通s型。
權(quán)利要求
1.一種飽和巖土試樣直剪試驗(yàn)裝置，其特征在于包括試樣剪盒(10)、框架(20)、加載系統(tǒng)(30)、飽和系統(tǒng)(40)、真空泵(50)和數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)(60)；剪盒(10)、加載系統(tǒng)(30)、飽和系統(tǒng)(40)、真空泵(50)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(60)都固定于 框架(20)上組成一個(gè)整體；試樣剪盒(10)置于飽和系統(tǒng)(40)的水槽(43)之中，保證試樣能完全飽和； 加載系統(tǒng)(30)包括豎向加載系統(tǒng)(3A)和橫向加載系統(tǒng)C3B)，分別和剪盒(10)連接，實(shí) 現(xiàn)對(duì)試樣剪盒(10)進(jìn)行豎向加載和橫向加載；真空泵(50)和飽和系統(tǒng)(40)連接，對(duì)封閉的水槽(43)進(jìn)行抽真空處理； 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(60)分別與試樣剪盒(10)和加載系統(tǒng)(30)連接，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)記錄力的大 小和剪盒(10)的位移。
2.按權(quán)利要求1所述的一種飽和巖土試樣直剪試驗(yàn)裝置，其特征在于試樣剪盒(10)是一種組裝式結(jié)構(gòu)，包括上剪切盒(11)、下剪切盒(12)、上剪盒固定架 (13)、試樣的承壓板(14)、滑排(15)、剪縫調(diào)節(jié)墊片(16)；上剪切盒(11)位于下剪切盒12 (上方)，并通過(guò)螺栓與上剪盒固定架(13)固定于底座 (23 )之上，保證上剪切盒(11)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中固定不動(dòng)；下剪切盒(12)位于排滑(15)與上剪切盒(11)之間，下剪切盒(12)和上剪切盒(11)通 過(guò)剪縫調(diào)節(jié)墊片(16 )連接，直接通過(guò)鋼珠減小滑動(dòng)摩擦，下剪切盒(12 )置于滑排(15 )之上 并且受框架(20)固定保證能沿剪力方向滑動(dòng)；試樣承壓板(14)置于上剪切盒(11)中試樣和豎向傳力柱(21)之間，豎向加載系統(tǒng) (3A)通過(guò)豎向傳力柱(21)把豎向力傳遞給試樣承壓板(14)，通過(guò)試樣承壓板(14)給試樣 施加豎向應(yīng)力；所述上剪切盒(11)、下剪切盒(12)為一種容器的上下兩部分； 所述試樣承壓板(14)為一種平面板； 所述滑排(15)為數(shù)個(gè)采用硬鋼材料制成的光滑圓柱體；所述剪縫調(diào)節(jié)墊片(16)為數(shù)個(gè)采用硬鋼材料制成的平整光滑薄鋼片，中間鑲有鋼珠保 證了滑動(dòng)性。
3.按權(quán)利要求1所述的一種飽和巖土試樣直剪試驗(yàn)裝置，其特征在于框架(20)包括豎向傳力柱(21)、豎向反力框架(22)、底座(23)和水平傳力柱(24)； 所述豎向傳力柱(21)為一種圓柱形鋼柱；所述豎向反力框架(22)為一種由橫梁與兩根立柱組合而成的門型結(jié)構(gòu)，橫梁與立柱采 用螺帽緊扣，橫梁高度可調(diào)；所述水平傳力柱(24)為一種圓柱形鋼柱。
4.按權(quán)利要求1所述的一種飽和巖土試樣直剪試驗(yàn)裝置，其特征在于 加載系統(tǒng)(30)包括豎向加載系統(tǒng)(3A)和橫向加載系統(tǒng)(3B)；所述豎向加載系統(tǒng)(3A)是一種手動(dòng)油壓泵千斤頂(31)； 所述橫向加載系統(tǒng)(3B)包括前后連接的變速箱(32)和變頻電機(jī)(33)； 手動(dòng)油壓泵千斤頂(31)固定于豎向反力框架(22)之上，通過(guò)傳力柱(21)給試樣施 加豎向應(yīng)力；豎向反力框架(22)利用螺栓固定于底座(23)之上；變速箱(32)和變頻電機(jī)(33)固定于底座(23)上，通過(guò)水平傳力柱(24)和下剪切盒(12)相連，給試樣施加剪切應(yīng) 力。
5.按權(quán)利要求1所述的一種飽和巖土試樣直剪試驗(yàn)裝置，其特征在于 飽和裝置(40 )包括依次連接的進(jìn)水管(41)、閥門(42 )和水槽(43 )。
6.按權(quán)利要求1所述的一種飽和巖土試樣直剪試驗(yàn)裝置，其特征在于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(60)分別與豎向方向應(yīng)力和位移測(cè)量傳感器(61)和水平方向應(yīng)力和位 移測(cè)量傳感器(62)連接；豎向方向應(yīng)力和位移測(cè)量傳感器(61)和水平方向應(yīng)力和位移測(cè) 量傳感器(62)分別位于豎向傳力柱(21)和水平傳力柱(24)之上，各傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)(60)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集分析。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種飽和巖土試樣直剪試驗(yàn)裝置，涉及巖土力學(xué)強(qiáng)度試驗(yàn)技術(shù)。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是試樣剪盒、加載系統(tǒng)、飽和系統(tǒng)、真空泵和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都固定于框架上組成一個(gè)整體；剪盒置于飽和系統(tǒng)的水槽之中，保證試樣能完全飽和；加載系統(tǒng)包括豎向加載系統(tǒng)和橫向加載系統(tǒng),分別和剪盒連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)剪盒進(jìn)行豎向加載和橫向加載；真空泵和飽和系統(tǒng)連接，對(duì)封閉的水槽進(jìn)行抽真空處理；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分別與剪盒和加載系統(tǒng)連接，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)記錄力的大小和剪盒的位移。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了中小粒徑碎石土、裂隙土以及軟巖的直剪試驗(yàn)測(cè)試，尤其是可實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣的工地現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試以及飽水狀態(tài)巖土的往復(fù)直剪試驗(yàn)。
文檔編號(hào)G01N3/24GK102095649SQ20101061220
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者孟慶山, 胡明鑒, 韋昌富, 顏榮濤, 魏厚振 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所