專利名稱：框架組合式巖土體現(xiàn)場(chǎng)水平推剪試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及巖土工程力學(xué)中現(xiàn)場(chǎng)巖土體抗剪強(qiáng)度的測(cè)定，特別涉及用于巖土體現(xiàn)場(chǎng)水平推剪試驗(yàn)的設(shè)備。
背景技術(shù)：
巖土體的抗剪強(qiáng)度是巖土工程力學(xué)中最重要的力學(xué)參數(shù)之一，是天然土石混合體、人工提壩、土石壩以及路基等土石方工程穩(wěn)定性分析的重要依據(jù)。目前，廣泛應(yīng)用的巖土體抗剪強(qiáng)度的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定方法主要有直接剪切試驗(yàn)和三軸剪切試驗(yàn)，本實(shí)用新型所涉及的巖土體現(xiàn)場(chǎng)水平推剪試驗(yàn)屬直接剪切試驗(yàn)，現(xiàn)有巖土體現(xiàn)場(chǎng)水平推剪試驗(yàn)方法，如中國建筑工業(yè)出版社1994年的《巖土工程手冊(cè)》一書中所述，該試驗(yàn)方法在試坑預(yù)定深處將試體加工成三面垂直臨空的半島狀，如圖1所示，該試驗(yàn)方法所用的主要設(shè)備有裝有壓力表的臥式千斤頂安裝在試坑內(nèi)，以后枕木為依托通過前枕木對(duì)試體施加壓力，所述千斤頂和前枕木、后枕木之間設(shè)置有鋼板，鋼板的厚度以加力后不變形為限；試體的尺寸要求為高度大于最大粒徑的5倍，高度和寬度之比為1/3 1/4，長(zhǎng)度為寬度的0. 8 1. 0倍，并在試體兩側(cè)各挖約20cm寬的空隙，槽中放置塑料布，其上用挖出的土回填并稍加夯實(shí)；然后，將千斤頂?shù)闹c(diǎn)對(duì)準(zhǔn)矩形試體正面的1/3高度及1/2寬度處，以每15 20分鐘內(nèi)水平位移約4mm的緩慢速度施加水平推力，當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行到壓力表讀數(shù)達(dá)到最大值，若再繼續(xù)加壓，壓力表讀數(shù)不但不增加反而降低時(shí)，此時(shí)的壓力表最大讀數(shù)為最大水平推力Pmax ；松開千斤頂油閥，使油壓表讀數(shù)回落到某一穩(wěn)定值繼續(xù)加壓，使壓力表讀數(shù)再次達(dá)到某一試驗(yàn)峰值， 此時(shí)壓力表讀數(shù)為最小的水平推力Riiin。這樣，根據(jù)相關(guān)公式即可計(jì)算出所測(cè)巖土體的抗剪強(qiáng)度的相關(guān)參數(shù)，并由此確定出滑動(dòng)面位置，測(cè)量滑動(dòng)面剖面線上各點(diǎn)的距離和高度，繪制滑動(dòng)弧線剖面圖。從現(xiàn)有的巖土體現(xiàn)場(chǎng)水平推剪試驗(yàn)方法很容易看出其不足之處，其一就是試驗(yàn)中試體前端受千斤頂推力的前鋼板沒有采取任何的固定措施，這就使得前鋼板在加載受力過程中由于受力不平衡容易產(chǎn)生傾斜，從而導(dǎo)致對(duì)試體的推力方向產(chǎn)生變化，最終造成試驗(yàn)的失敗或最后數(shù)據(jù)結(jié)果的不準(zhǔn)確性；其二就是試驗(yàn)中試體兩側(cè)的空隙中放置的是塑料布包裹的稍加夯實(shí)后回填的土，這就使得施加在試體兩側(cè)側(cè)面上的力不但具有很大的隨意性， 而且還使試體兩側(cè)受到剪應(yīng)力，從而導(dǎo)致試驗(yàn)數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確性；因此，現(xiàn)有的試驗(yàn)方法得到的試驗(yàn)結(jié)果很難反映實(shí)際情況，在實(shí)際應(yīng)用上存在一定的局限性。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有的巖土體現(xiàn)場(chǎng)水平推剪試驗(yàn)方法中試體前端鋼板在受力過程中無法保證始終豎直從而導(dǎo)致試體正面受力方向不穩(wěn)定的缺陷，以及避免兩側(cè)面受回填土體摩擦阻力給最后分析結(jié)果所帶來的影響，從而提供一種用于巖土體現(xiàn)場(chǎng)水平推剪試驗(yàn)的裝置。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是框架組合式巖土體現(xiàn)場(chǎng)水平推剪試驗(yàn)裝置，如圖2所示，包括一放置在試體頂端的前加肋鋼板及前枕木和一固定在試坑內(nèi)側(cè)后壁上的后加肋鋼板及后枕木，前加肋鋼板和后加肋鋼板之間放置一安裝有壓力表的臥式微動(dòng)千斤頂，其特征在于，試體兩側(cè)的空隙中分別安裝有C型鋼框架，該C型鋼框架下方放置側(cè)面鋼板；所述側(cè)面鋼板與試體之間放置乳膠氣囊，與試坑側(cè)壁之間放置兩個(gè)側(cè)壓千斤頂。所述兩個(gè)C型鋼框架由上部的C形滑道和下部的U形卡槽組成，由固定鋼板和固定螺絲連接并保持C形滑道水平固定于試體兩側(cè)。所述前加肋鋼板的上邊緣兩端各設(shè)置有兩個(gè)滾動(dòng)軸承，該滾動(dòng)軸承鑲嵌于C型鋼框架的C形滑道內(nèi)。所述側(cè)面鋼板上邊緣鑲嵌在U形卡槽中。所述試體兩側(cè)的乳膠氣囊通過一條連通氣壓軟管連接。所述試體兩側(cè)的四個(gè)側(cè)壓千斤頂通過一套連通油壓軟管連接。所述前加肋鋼板前端面安裝有四個(gè)記錄位移量的百分表。所述乳膠氣囊的外壁與試體的側(cè)壁之間涂抹一層潤(rùn)滑油。本實(shí)用新型所產(chǎn)生的有益效果是本實(shí)用新型采用了在試體兩側(cè)安裝框架并且把前鋼板與框架結(jié)合在一起的方式，這樣既使得鋼板在受力移動(dòng)過程中不會(huì)受到底面巖土體對(duì)鋼板產(chǎn)生的摩擦阻力，也避免了鋼板在受力不均勻的情況下產(chǎn)生的傾斜，從而保證了鋼板在整個(gè)加載過程中始終保持豎直的狀態(tài)不變，使得試體受到的正應(yīng)力方向始終不變。同時(shí)，在試體側(cè)面與鋼板之間放置充氣的乳膠氣囊，并在乳膠氣囊與試體接觸面涂抹潤(rùn)滑油， 利用乳膠氣囊的可變形特性，在加載過程中，使得乳膠氣囊可以和試體的側(cè)壁一起變形，在乳膠氣囊和試體側(cè)壁之間的摩擦力極大地減小，這樣在試驗(yàn)過程中由于試體受力變形而引起的乳膠氣囊和試體間的摩擦可以忽略不計(jì)，從而可以把試驗(yàn)過程真正簡(jiǎn)化為平面問題。 因此，本實(shí)用新型裝置，可以保證對(duì)試體的正應(yīng)力方向保持不變，且消除了試體兩側(cè)面上所受的剪應(yīng)力，克服了現(xiàn)有的巖土體現(xiàn)場(chǎng)水平推剪試驗(yàn)裝置存在的缺點(diǎn)，使得試驗(yàn)結(jié)果更加真實(shí)、可靠。

[0014]
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步說明。[0015] 圖1為現(xiàn)有原位水平推剪法試驗(yàn)俯視圖；[0016] 圖2為本實(shí)用新型框架組合式巖土體現(xiàn)場(chǎng)水平推剪試§金裝置的一實(shí)施例俯視圖；[0017] 圖3為本實(shí)用新型框架組合式巖土體現(xiàn)場(chǎng)水平推剪試§金裝置的一實(shí)施例主視圖；[0018] 圖4為本實(shí)用新型框架組合式巖土體現(xiàn)場(chǎng)水平推剪試壤t裝置的C型鋼框架一實(shí)施例橫截面圖。[0019] 附圖標(biāo)示[0020] 臥式微動(dòng)千斤頂1前枕木2后枕木3[0021]鋼板 4試體5前加肋鋼板6[0022] 后加肋鋼板7C型鋼框架8固定螺絲9[0023] 固定鋼板10C形滑道11百分表12[0024] 側(cè)壓千斤頂13油壓軟管14滾動(dòng)軸承15[0025]乳膠氣囊16U形卡槽17試坑18側(cè)面鋼板19氣壓軟管20破壞滑面2具體實(shí)施方式
參照附圖，將詳細(xì)敘述本實(shí)用新型的具體實(shí)施方案。制作一框架組合式巖土體現(xiàn)場(chǎng)水平推剪試驗(yàn)裝置，如圖2、圖3所示，前加肋鋼板6 及前枕木2放置在試體5的頂端，后加肋鋼板7及后枕木3固定在試坑18內(nèi)側(cè)壁上，前加肋鋼板6和后加肋鋼板7之間放置臥式微動(dòng)千斤頂1 ；試體5兩側(cè)的空隙中分別安裝一條C 型鋼框架8，該C型鋼框架8結(jié)構(gòu)如圖4所示，由上部的C形滑道11和下部的U形卡槽17 組成，C型鋼框架8由固定螺絲9和固定鋼板10固定于試體兩側(cè)，并保持C型鋼框架8上部的C形滑道11水平；前加肋鋼板6的上部?jī)蛇呿敹烁靼惭b有兩個(gè)滾動(dòng)軸承15，兩邊的兩個(gè)滾動(dòng)軸承15各安裝在兩邊C型鋼框架8的C形滑道11內(nèi)，并且在前加肋鋼板6前端面安置4個(gè)用來記錄鋼板位移量的百分表12 ；試體5兩邊C型鋼框架8下部的U形卡槽17中分別安置側(cè)面鋼板19，側(cè)面鋼板19與試體5之間各放置一個(gè)乳膠氣囊16，兩邊的乳膠氣囊 16用一條氣壓軟管20連通，側(cè)面鋼板19與試坑18側(cè)壁之間各安裝兩個(gè)側(cè)壓千斤頂13，兩邊共四個(gè)側(cè)壓千斤頂13用一套油壓軟管14連通；本例中，C型鋼框架8的安裝高度按照以下標(biāo)準(zhǔn)，即前加肋鋼板6上端滾動(dòng)軸承15嵌入C形滑道11后，前加肋鋼板6底端恰好懸離試坑18底面為宜；所述的乳膠氣囊16與試體5側(cè)壁之間涂抹一層潤(rùn)滑油，進(jìn)一步保證乳膠氣囊16與試體5側(cè)壁之間只有正應(yīng)力而沒有剪應(yīng)力。利用上述實(shí)施例制作的框架組合式巖土體現(xiàn)場(chǎng)水平推剪試驗(yàn)裝置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)的具體步驟如下(1)在試坑18中計(jì)劃深度處將試體5加工成三面垂直臨空的半島狀立方體，試體 5尺寸視土體粒徑而定，并在試體5兩側(cè)各挖一與試體5深度相同、寬度為20 30cm的空隙；(2)在試體5正對(duì)面的試坑18后側(cè)壁上固定后枕木3及后加肋鋼板7，在試體5 前端放置前枕木2，把前加肋鋼板6上端兩端的兩個(gè)滾動(dòng)軸承15分別嵌入C型鋼框架8上端的C形滑道內(nèi)，然后把C型鋼框架8用固定螺絲9和固定鋼板10組成的框架固定在試體 5兩側(cè)空隙中，并且保證C型鋼框架8上部的C形滑道處于水平，C型鋼框架8垂直安裝高度以前加肋鋼板6底端恰好懸離試坑18基底面為宜，C型鋼框架8水平距試體5側(cè)面的距離在1 3cm左右；(3)在前加肋鋼板6和后加肋鋼板7放置一裝有壓力表的臥式微動(dòng)千斤頂1，該千斤頂以后枕木3為依托通過前枕木2對(duì)試體5施加壓力，將臥式微動(dòng)千斤頂1的著力點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)試體5頂端面的1/3高度及1/2寬度處，在前加肋鋼板6凌空面四角附近各安裝一個(gè)記錄位移量的百分表12，然后把側(cè)面鋼板19分別豎直安裝在兩邊C型鋼框架8下部的U形卡槽中，側(cè)面鋼板19與試體5側(cè)壁之間的空隙中各填充一個(gè)乳膠氣囊16，乳膠氣囊16與試體 5側(cè)壁接觸面涂抹一層潤(rùn)滑油，兩邊的乳膠氣囊16通過一條氣壓軟管20連通，側(cè)面鋼板19 與試坑18的兩邊側(cè)壁之間各安裝兩個(gè)側(cè)壓千斤頂13，四個(gè)側(cè)壓千斤頂13之間通過一套油壓軟管14連通。(4)通過氣壓軟管20向兩個(gè)乳膠氣囊16中充入適量空氣，充入的空氣量以乳膠氣囊16與試體5側(cè)壁及側(cè)面鋼板19完全接觸為標(biāo)準(zhǔn)，然后通過油壓軟管14對(duì)4個(gè)側(cè)壓千斤頂13加壓，對(duì)試體5兩邊側(cè)壁施加某一定值的壓應(yīng)力，最后驅(qū)動(dòng)臥式微動(dòng)千斤頂1，以每 15 20分鐘內(nèi)水平位移4mm的速度施加水平推力推動(dòng)試體5移動(dòng)；在試驗(yàn)的過程中，由于臥式微動(dòng)千斤頂1推動(dòng)試體5向前運(yùn)動(dòng)，試體5的兩側(cè)面就會(huì)向外膨脹，這樣就會(huì)推動(dòng)乳膠氣囊16和側(cè)面鋼板19向外移動(dòng)，從而使得側(cè)壓千斤頂13 所受的壓力增大，這時(shí)可以通過液壓油泵來手動(dòng)控制側(cè)壓千斤頂13保持在一定的壓力值不變。(5)記錄臥式微動(dòng)千斤頂1上所帶的壓力表讀數(shù)開始下降時(shí)的壓力值，即為試體被剪壞時(shí)的最大推力Pmax，當(dāng)推力達(dá)到最大推力Pmax時(shí)，破壞滑面21形成；然后，松開千斤頂油閥，使油壓表讀數(shù)回落到某一穩(wěn)定值繼續(xù)加壓，使壓力表讀數(shù)再次達(dá)到某一試驗(yàn)峰值，此時(shí)壓力表讀數(shù)為最小的水平推力Rnin ；最后，根據(jù)最大推力Pmax和最小推力Rnin通過計(jì)算公式確定出所測(cè)巖土體抗剪強(qiáng)度的相關(guān)參數(shù)。比較本實(shí)用新型和現(xiàn)有試驗(yàn)裝置可以看出，主要區(qū)別就是前鋼板的安裝方式和試體兩側(cè)面上側(cè)向壓力的施加方式不同。在現(xiàn)有的試驗(yàn)裝置中，前鋼板是自由放置的，靠千斤頂與試體的擠壓力保持豎直，然而當(dāng)千斤頂安裝位置不恰當(dāng)時(shí)，這樣做的結(jié)果就是鋼板在受力不均勻的情況下容易發(fā)生傾斜，從而傳遞給試體的正應(yīng)力方向也發(fā)生變化，使試體受到其他方向應(yīng)力分量的影響，導(dǎo)致最終結(jié)果不準(zhǔn)確。同時(shí)，在現(xiàn)有的試驗(yàn)方法中，側(cè)向力的施加是通過在試體兩側(cè)的槽中放置塑料布，其上用挖出的土石回填并稍加夯實(shí)來實(shí)現(xiàn)的， 這樣做的結(jié)果就使得施加在試體兩側(cè)面上的力是不確定的，而且對(duì)試體側(cè)壁還存在摩擦力，從而導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果不穩(wěn)定。而在本實(shí)用新型改進(jìn)后的試驗(yàn)裝置中，由于前鋼板的上端被固定在C形滑道中， 只允許前鋼板做前后平移運(yùn)動(dòng)，這樣就杜絕了前鋼板傾斜現(xiàn)象的發(fā)生，保證了對(duì)試體施加的正應(yīng)力始終是與試體前端面垂直的。同時(shí)，側(cè)向力的加載采用了側(cè)面鋼板和乳膠氣囊相結(jié)合的柔性加載，在可以保持側(cè)向力始終不變的同時(shí)，乳膠氣囊可以和試體一起變形，從而不產(chǎn)生摩擦力，這樣就保證了乳膠氣囊與試體側(cè)壁之間只有正應(yīng)力，沒有剪應(yīng)力，使得試驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確。
權(quán)利要求1.框架組合式巖土體現(xiàn)場(chǎng)水平推剪試驗(yàn)裝置，包括一放置在試體( 頂端的前加肋鋼板(6)及前枕木(1)和一固定在試坑(18)內(nèi)側(cè)后壁上的后加肋鋼板(7)及后枕木0)， 前加肋鋼板(6)和后加肋鋼板(7)之間放置一安裝有壓力表的臥式微動(dòng)千斤頂(1)，其特征在于，試體(5)兩側(cè)的空隙中分別安裝有C型鋼框架(8)，該C型鋼框架(8)下方放置側(cè)面鋼板(19)；所述側(cè)面鋼板(19)與試體之間放置乳膠氣囊(16)，與試坑(18)側(cè)壁之間放置兩個(gè)側(cè)壓千斤頂(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的框架組合式巖土體現(xiàn)場(chǎng)水平推剪試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述兩個(gè)C型鋼框架(8)由上部的C形滑道(11)和下部的U形卡槽(17)組成，由固定鋼板 (10)和固定螺絲(9)連接并保持C形滑道(11)水平固定于試體( 兩側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的框架組合式巖土體現(xiàn)場(chǎng)水平推剪試驗(yàn)裝置，其特征在于， 所述前加肋鋼板(6)的上邊緣兩端各設(shè)置有兩個(gè)滾動(dòng)軸承(15)，該滾動(dòng)軸承(1 鑲嵌于C 型鋼框架⑶的C形滑道(11)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的框架組合式巖土體現(xiàn)場(chǎng)水平推剪試驗(yàn)裝置，其特征在于， 所述側(cè)面鋼板(19)上邊緣鑲嵌在U形卡槽(17)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的框架組合式巖土體現(xiàn)場(chǎng)水平推剪試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述試體兩側(cè)的乳膠氣囊(16)通過一條連通氣壓軟管OO)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的框架組合式巖土體現(xiàn)場(chǎng)水平推剪試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述試體兩側(cè)的四個(gè)側(cè)壓千斤頂(1 通過一套連通油壓軟管(14)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的框架組合式巖土體現(xiàn)場(chǎng)水平推剪試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述前加肋鋼板(6)前端面安裝有四個(gè)記錄位移量的百分表(12)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的框架組合式巖土體現(xiàn)場(chǎng)水平推剪試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述乳膠氣囊(16)的外壁與試體(5)的側(cè)壁之間涂抹一層潤(rùn)滑油。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于巖土體現(xiàn)場(chǎng)水平推剪試驗(yàn)的裝置，該裝置包括一放置在試體頂端的前加肋鋼板及前枕木和一固定在試坑內(nèi)側(cè)壁上的后加肋鋼板及后枕木，前、后加肋鋼板之間放置一安裝有壓力表的千斤頂，試體兩側(cè)的空隙中安裝C型鋼框架，前加肋鋼板上面左右兩端各有兩個(gè)滾動(dòng)軸承，該滾動(dòng)軸承安置于所述C型鋼框架中；試體兩側(cè)設(shè)置有側(cè)面鋼板，所述側(cè)面鋼板和試體之間空隙中各填充一個(gè)連通的氣囊；本實(shí)用新型保證了前受力鋼板自始至終保持豎直狀態(tài)，排除了以往試驗(yàn)由于鋼板受力不均造成傾斜所帶來的誤差，同時(shí)還保證了所施加的側(cè)向壓力的可控性，使得試驗(yàn)結(jié)果具有可比性，將三維問題轉(zhuǎn)化為平面問題，簡(jiǎn)化了試驗(yàn)結(jié)果的分析。
文檔編號(hào)G01N3/24GK201993285SQ201120048000
公開日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者張亞民, 趙海軍, 郭捷, 馬鳳山 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所