一種粗粒土現(xiàn)場大型直剪試驗設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種粗粒土現(xiàn)場大型直剪試驗設(shè)備，該現(xiàn)場大剪試驗設(shè)備包括反力裝置、豎向加載系統(tǒng)、水平加載系統(tǒng)、測試系統(tǒng)、剪切盒。采用機器開挖與人工開挖、修整相結(jié)合的方式，制備未受擾動的所需尺寸的楔形土墩子(土臺)，通過圍巖自承力來提供反力，并且采用球頭平推法進行現(xiàn)場粗粒土天然含水狀態(tài)下的應(yīng)力式快剪試驗。本發(fā)明設(shè)計合理、結(jié)構(gòu)簡潔、操作方便，完全能夠獲得未受擾動的粗粒土的真實可靠的抗剪斷強度參數(shù)。本發(fā)明的有益效果是提供一種適用于測試未受擾動的粗粒土的真實可靠的抗剪斷強度參數(shù)的現(xiàn)場大剪試驗設(shè)備，測試結(jié)果能反映現(xiàn)場土體狀態(tài)，還具有整體可拆卸、攜帶方便使用范圍廣的特點。
【專利說明】一種粗粒土現(xiàn)場大型直剪試驗設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于巖土力學(xué)現(xiàn)場試驗參數(shù)測定【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種粗粒土現(xiàn)場大型直剪試驗設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]直剪試驗儀器分為室內(nèi)試驗直剪儀和現(xiàn)場試驗直剪儀。常規(guī)的室內(nèi)直剪試驗儀有上、下兩個剪切盒，試樣放入剪切盒后，在試樣頂部施加一定的垂直壓力，推動剪切盒，使試樣受剪至破壞，從而得到土體的強度參數(shù)。由于室內(nèi)試驗直剪儀的尺寸太小，并且是取回原狀樣之后在實驗室內(nèi)做直剪試驗，一方面尺寸過小，得到的參數(shù)不精確；另一方面，這種方式得到的原狀樣極易受擾動，不能完全反映現(xiàn)場土體的實際狀態(tài)。而大多數(shù)現(xiàn)場試驗直剪儀，具有整體不可拆卸，質(zhì)量大，運輸攜帶不方便，尺寸不可調(diào)節(jié)，水平力容易偏心，豎向反力系統(tǒng)耗時耗費或工藝要求高等特點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在提供一種粗粒土現(xiàn)場大型直剪試驗設(shè)備，解決了現(xiàn)有的大型直剪設(shè)備運用于實驗室，測試結(jié)果不能完全反映現(xiàn)場土體的實際狀態(tài)，且整體不可拆卸，質(zhì)量大，運輸攜帶不方便的問題。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是包括剪切盒，剪切盒上方設(shè)有蓋板，蓋板上方設(shè)有滾軸排，滾軸排上方設(shè)有承壓板，承壓板上方設(shè)有豎向千斤頂，豎向千斤頂下端頂在承壓板上，豎向千斤頂上端頭部套有豎向千斤頂球頭套，豎向千斤頂球頭套安裝在豎向帶窩槽傳壓板的窩槽內(nèi)，豎向帶窩槽傳壓板固定在主梁的下端，主梁上端連接次梁，剪切盒側(cè)面水平連接水平帶窩槽傳壓板，水平帶窩槽傳壓板的窩槽內(nèi)安裝有水平向球頭套，水平向球頭套套在拉壓傳感器一端頭部，拉壓傳感器另一端通過變接頭水平連接水平千斤頂一端，水平千斤頂另一端頂在枕木上，拉壓傳感器被傳感器升降支座支撐，水平千斤頂被水平千斤頂升降支座支撐，傳感器升降支座、水平千斤頂升降支座和枕木立于鋪在地面的白鐵皮之上。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)特點還在于剪切盒表面設(shè)置兩個水平位移大量程百分表，蓋板上表面設(shè)有兩個垂直位移大量程百分表，水平位移大量程百分表和垂直位移大量程百分表的量程為5cm。剪切盒由四塊槽鋼開口朝外首尾焊接而成，槽鋼的兩翼分別位于剪切盒的頂部和底部，通過調(diào)整槽鋼頂部的四條翼的水平來保證剪切盒側(cè)面的垂直，用木錘結(jié)合水平尺對四條翼進行調(diào)平。主梁為40號工字鋼，次梁為16號工字鋼，主梁設(shè)有I根，次梁設(shè)有5根，I根主梁垂直的用鐵絲固定吊掛在5根次梁上。次梁與地面水平、兩端嵌入兩側(cè)的圍巖中，嵌入深度大于等于50cm。剪切盒上方的各豎向部件中心處于同一軸線上，當(dāng)啟動豎向千斤頂時能夠使作用力位于試體中心；剪切盒側(cè)面的拉壓傳感器、變接頭和水平千斤頂中心位于同一平行于剪切面的軸線上。蓋板放于試樣頂部，當(dāng)試體頂部不平整時，可用砂填平并壓實。
[0006]本發(fā)明的有益效果是提供一種適用于測試未受擾動的粗粒土的真實可靠的抗剪斷強度參數(shù)的現(xiàn)場大剪試驗設(shè)備，測試結(jié)果能反映現(xiàn)場土體狀態(tài)，還具有整體可拆卸、攜帶方便使用范圍廣的特點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明一種粗粒土現(xiàn)場大型直剪試驗設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；
[0008]圖2是主梁、次梁布置俯視圖；
[0009]圖3是主梁、次梁布置橫剖面圖；
[0010]圖4是現(xiàn)場大型直剪試驗試樣布置圖。
[0011]圖中，1.次梁，2.主梁，3.豎向帶窩槽傳壓板，4.豎向千斤頂球頭套，5.豎向千斤頂，6.承壓板，7.滾軸排，8.蓋板，9.剪切盒，10.帶窩槽傳壓板，11.水平向球頭套，12.拉壓傳感器，13.變接頭，14.水平千斤頂，15.傳感器升降支座，16.水平千斤頂升降支座，17.白鐵皮，18.枕木，19.水平位移大量程百分表，20.垂直位移大量程百分表。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0013]本發(fā)明如圖1所示包括剪切盒9，剪切盒9上方設(shè)有蓋板8，蓋板8上方設(shè)有滾軸排7，滾軸排7上方設(shè)有承壓板6，承壓板6上方設(shè)有豎向千斤頂5，豎向千斤頂5下端頂在承壓板6上，豎向千斤頂5上端頭部套有豎向千斤頂球頭套4，豎向千斤頂球頭套4安裝在豎向帶窩槽傳壓板3的窩槽內(nèi)，豎向帶窩槽傳壓板3固定在主梁2的下端，主梁2上端連接次梁1，剪切盒9側(cè)面水平連接水平帶窩槽傳壓板10，水平帶窩槽傳壓板10的窩槽內(nèi)安裝有水平向球頭套11，水平向球頭套11套在拉壓傳感器12 —端頭部，拉壓傳感器12另一端通過變接頭13水平連接水平千斤頂14 一端，水平千斤頂14另一端頂在枕木18上，拉壓傳感器12被傳感器升降支座15支撐，水平千斤頂14被水平千斤頂升降支座16支撐，傳感器升降支座15、水平千斤頂升降支座16和枕木18立于鋪在地面的白鐵皮17之上。
[0014]本發(fā)明的技術(shù)特點還在于剪切盒9表面設(shè)置兩個水平位移大量程百分表19，蓋板8上表面設(shè)有兩個垂直位移大量程百分表20，即在試樣頂部和推力面對稱部位，水平位移大量程百分表19和垂直位移大量程百分表20的量程為5cm。剪切盒9由四塊槽鋼開口朝外首尾焊接而成，槽鋼的兩翼分別位于剪切盒9的頂部和底部，通過調(diào)整槽鋼頂部的四條翼的水平來保證剪切盒9側(cè)面的垂直，用木錘結(jié)合水平尺對四條翼進行調(diào)平。如圖2和圖3所示，主梁2為40號工字鋼，次梁I為16號工字鋼，其中主梁2設(shè)有I根，次梁I設(shè)有5根，主梁2用鐵絲固定吊掛在次梁I上，而次梁I嵌入左、右兩側(cè)的圍巖中，為了保證豎向反力系統(tǒng)能夠承受最大豎向荷載，兩端入巖深度至少為50cm，主梁2須鉛直，次梁I須水平。
[0015]豎向千斤頂5施加豎向荷載，支架好反力裝置，按順序裝上豎向千斤頂5和滾軸排7，通過對齊各設(shè)備的邊緣中心“十”字線及幾何中心“十”字線，使各部件中心處于同一軸線上，必須保證作用力位于試體中心，啟動豎向千斤頂5，使各部件接觸。水平千斤頂14放在水平千斤頂升降支座16上，調(diào)節(jié)水平千斤頂升降支座16可控制水平千斤頂14的高度，所述的拉壓傳感器12置于傳感器升降支座15上，調(diào)節(jié)傳感器升降支座15可以控制拉壓傳感器12的高度以滿足試驗要求，拉壓傳感器12、變接頭13和水平千斤頂14位于同一軸線上，通過調(diào)整對齊各設(shè)備零件的邊線中心與幾何中心“十”字線標(biāo)記，確保水平千斤頂14軸線平行于剪切面。啟動水平千斤頂14，使各部件緊密接觸。枕木18作為水平反力底靠，用生石膏對粗粒土側(cè)壁進行涂抹平整，保持側(cè)壁面垂直，水平千斤頂14底部頂在枕木18上，水平地面上鋪設(shè)一層白鐵皮17，將傳感器升降支座15、水平千斤頂升降支座16放于白鐵皮17上，通過傳感器升降支座15和水平千斤頂升降支座16對拉壓傳感器12和水平千斤頂14進行軸線調(diào)整。蓋板8放于試樣頂部，當(dāng)試體頂部不平整時，可用砂填平并壓實。
[0016]試樣制備:現(xiàn)場試驗，試樣的制備是一頂關(guān)鍵技術(shù)，將直接影響到試驗結(jié)果的可靠性與精確性。每組大型直剪試驗的試樣應(yīng)當(dāng)不少于3個，如圖4所示，本試驗現(xiàn)場每組擬準(zhǔn)備5個樣，試樣尺寸為35cm長X 35cm寬X 20cm高，5個試樣的性質(zhì)應(yīng)基本相同，試樣沿渠道軸線排列，各試樣間距為40cm。一組大型直剪的工作場地為7.0m順渠坡向，其中開口跨度為2.0mX 6.0m渠道軸線方向X 3.0m深。在施工開挖過程中要提前與施工單位商量，將試驗場地預(yù)留保護下來，防止爆破及周圍施工對其產(chǎn)生較大的擾動。開挖探槽時，先用小型挖掘機預(yù)開挖Im深度的探槽，然后人工進行開挖，沿探槽開口線內(nèi)側(cè)進行挖掘，試樣部位不進行開挖，必須有一定的保護厚度，預(yù)留50cm邊長X 50cm邊長X 50cm高的土墩子，然后由技術(shù)人員對試體進行較細致地修整，將試體修成20cm高的上小下大的楔形土墩子，試體頂部尺寸為32cmX32cm，底部尺寸為36cmX36cm。試體底部工作平面用平鍬、平鏟進行修理平整，在試體附近用水平尺打水平；試體頂面預(yù)留一定高度，利用水平尺打水平，用平鏟進行修整；清除試樣周圍的浮土，將修整好的試樣套上剪切盒9，剪切盒9與試樣間的間隙用砂進行填實。
[0017]安裝荷載裝備:將蓋板8放在制備好的試樣上，確保水平，依次安裝滾軸排7、承壓板6、豎向千斤頂5、豎向千斤頂球頭套4、豎向帶窩槽傳壓板3，以及水平向的傳感器升降支座15、水平千斤頂升降支座16、帶窩槽傳壓板10、水平向球頭套11、拉壓傳感器12、變接頭13和水平千斤頂14。傳感器升降支座15和水平千斤頂升降支座16置于白鐵皮17上，白鐵皮17鋪在水平的地面上。
[0018]本發(fā)明設(shè)計合理、結(jié)構(gòu)簡潔、操作方便，完全能夠獲得未受擾動的粗粒土的真實可靠的抗剪斷強度參數(shù)。現(xiàn)有技術(shù)中，由于室內(nèi)直剪試驗試樣的尺寸小且取回的土樣受到擾動，現(xiàn)場直剪試驗儀存在體積龐大，拆卸不便，運輸困難，反力系統(tǒng)復(fù)雜、水平力容易偏心等。本發(fā)明創(chuàng)造了一種新的試驗裝置及測試方法，即用工字鋼、槽鋼、千斤頂?shù)群附咏M裝現(xiàn)場大型直剪試驗設(shè)備，可以用來測試未受擾動的粗粒土的真實可靠的抗剪斷強度參數(shù)，為設(shè)計與安全評價提供參考。
[0019]1、現(xiàn)場大剪試驗場區(qū)布置:如圖4所示，每組大型直剪試驗的試樣不少于3個，現(xiàn)場每組擬準(zhǔn)備5個樣，試樣尺寸為35cm長X 35cm寬X 20cm高，5個試樣的性質(zhì)應(yīng)基本相同，試樣沿渠道軸線排列，各試樣間距為40cm。一組大型直剪的工作場地為7.0m順渠坡向，其中開口跨度為2.0mX6.0m渠道軸線方向X3.0m深。在施工開挖過程中要提前與施工單位商量，將試驗場地預(yù)留保護下來，防止爆破及周圍施工對其產(chǎn)生較大的擾動。
[0020]2、剪切方式的選取原則:結(jié)合試驗條件，預(yù)采用平推法進行現(xiàn)場粗粒土天然含水狀態(tài)下的應(yīng)力式快剪試驗。粗粒土在剪切過程中，會出現(xiàn)峰值后強度軟化的現(xiàn)象，且峰值應(yīng)變值很小，用逐級應(yīng)力加載方式來捕捉峰值點。
[0021]3、現(xiàn)場大剪試驗剪切方向選擇:現(xiàn)場大剪試驗剪切方向應(yīng)該順渠坡傾向方向，位于渠道左岸的試樣剪切方向應(yīng)垂直渠道軸線方向指向右岸，位于渠道右岸的試樣剪切方向應(yīng)垂直渠道軸線方向指向左岸，這樣保證了大剪的剪切方向與可能發(fā)生渠坡滑動破壞的滑移方向比較一致，獲得的粗粒土強度參數(shù)能夠真實可靠地用于渠坡穩(wěn)定性分析和優(yōu)化設(shè)計。
[0022]4、豎向荷載的施加:根據(jù)設(shè)計荷載來確定最大的垂直壓力，并以此按等量分成3?4個垂直壓力進行試驗。用豎向千斤頂5施加豎向荷載，支架好反力裝置，按順序裝上豎向千斤頂5和滾軸排7，通過對齊各設(shè)備的邊緣中心“十”字線及幾何中心“十”字線，使各部件中心處于同一軸線上，必須保證作用力位于試體中心，啟動垂直千斤頂，使各部件接觸。垂直荷載應(yīng)一次施加完成，并使其在整個試驗過程中保持恒定值。施加垂直壓力后，讓試樣在此壓力下進行壓縮，測讀壓力施加前后垂直百分表讀數(shù)。當(dāng)垂直變形達到相對穩(wěn)定后，架設(shè)測試水平位移的百分表開始剪切，豎向荷載加載穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)是變形速率小于0.0lmm /h0
[0023]5、水平荷載的施加:安裝水平千斤頂14和水平位移百分表19，利用傳感器升降支座15和水平千斤頂升降支座16使水平千斤頂14與拉壓傳感器12、變接頭13位于同一軸線上，通過調(diào)整對齊各設(shè)備零件的邊線中心與幾何中心“十”字線標(biāo)記，確保千斤頂軸線平行于剪切面。啟動水平千斤頂14，通過水平向球頭套11、帶窩槽傳壓板10將荷載傳遞到剪切盒9，使各部件緊密接觸。水平千斤頂14加力的增量也應(yīng)由大到小緩慢地遞減，切不可忽大忽小，亦不可采取某種均勻不變的速率。剪切時施加水平力的速率應(yīng)適當(dāng)選擇，一般每隔Imin施加水平力I次，控制試驗在20min內(nèi)剪完。在施加每一級水平力時，均應(yīng)測記剪切力和土試塊的水平位移量及垂直位移量位移量，位移量應(yīng)在加下一級水平力前測試。一種適用于測試未受擾動的粗粒土的真實可靠的抗剪斷強度參數(shù)的現(xiàn)場大剪試驗設(shè)備，它能在粗粒土不受擾動的情況下測試尺寸為35CmX35CmX20Cm或根據(jù)要求改變尺寸的試樣的強度參數(shù)，其自帶的水槽可以對需要注水飽和的試樣進行飽和，由于在試驗前，試樣未受擾動，可以得到可靠的、更接近真實的試驗數(shù)據(jù)，還具有整體可拆卸、試樣受剪速率恒定、試樣變形均勻、使用范圍廣等特點。
【權(quán)利要求】
1.一種粗粒土現(xiàn)場大型直剪試驗設(shè)備，其特征在于:包括剪切盒(9)，剪切盒(9)上方設(shè)有蓋板(8)，蓋板(8)上方設(shè)有滾軸排(7)，滾軸排(7)上方設(shè)有承壓板(6)，承壓板(6)上方設(shè)有豎向千斤頂(5)，豎向千斤頂(5)下端頂在承壓板(6)上，豎向千斤頂(5)上端頭部套有豎向千斤頂球頭套(4)，豎向千斤頂球頭套(4)安裝在豎向帶窩槽傳壓板(3)的窩槽內(nèi)，豎向帶窩槽傳壓板(3)固定在主梁(2)的下端，主梁(2)上端連接次梁(1)，剪切盒(9)側(cè)面水平連接水平帶窩槽傳壓板(10)，水平帶窩槽傳壓板(10)的窩槽內(nèi)安裝有水平向球頭套(11)，水平向球頭套(11)套在拉壓傳感器(12) —端頭部，拉壓傳感器(12)另一端通過變接頭(13)水平連接水平千斤頂(14) 一端，水平千斤頂(14)另一端頂在枕木(18)上，拉壓傳感器(12)被傳感器升降支座(15)支撐，水平千斤頂(14)被水平千斤頂升降支座(16)支撐，傳感器升降支座(15)、水平千斤頂升降支座(16)和枕木(18)立于鋪在地面的白鐵皮(17)之上。
2.按照權(quán)利要求1所述一種粗粒土現(xiàn)場大型直剪試驗設(shè)備，其特征在于:所述剪切盒(9)表面設(shè)置兩個水平位移大量程百分表(19)，所述蓋板(8)上表面設(shè)有兩個垂直位移大量程百分表(20)，水平位移大量程百分表(19)和垂直位移大量程百分表(20)的量程為5cm。
3.按照權(quán)利要求1所述一種粗粒土現(xiàn)場大型直剪試驗設(shè)備，其特征在于:所述剪切盒(9)由四塊槽鋼開口朝外首尾焊接而成，槽鋼的兩翼分別位于剪切盒(9)的頂部和底部，通過調(diào)整槽鋼頂部的四條翼的水平來保證剪切盒(9)側(cè)面的垂直，用木錘結(jié)合水平尺對四條翼進行調(diào)平。
4.按照權(quán)利要求1所述一種粗粒土現(xiàn)場大型直剪試驗設(shè)備，其特征在于:所述的主梁(2)為40號工字鋼，所述次梁⑴為16號工字鋼，主梁(2)設(shè)有I根，次梁⑴設(shè)有5根，I根主梁⑵垂直的用鐵絲固定吊掛在5根次梁⑴上。
5.按照權(quán)利要求1所述一種粗粒土現(xiàn)場大型直剪試驗設(shè)備，其特征在于:所述次梁(I)與地面水平、兩端嵌入兩側(cè)的圍巖中，嵌入深度大于等于50cm。
6.按照權(quán)利要求1所述一種粗粒土現(xiàn)場大型直剪試驗設(shè)備，其特征在于:所述剪切盒(9)上方的各豎向部件中心處于同一軸線上，當(dāng)啟動豎向千斤頂(5)時能夠使作用力位于試體中心；所述剪 切盒(9)側(cè)面的拉壓傳感器(12)、變接頭(13)和水平千斤頂(14)中心位于同一平行于剪切面的軸線上。
7.按照權(quán)利要求1所述一種粗粒土現(xiàn)場大型直剪試驗設(shè)備，其特征在于:所述的蓋板(8)放于試樣頂部，當(dāng)試體頂部不平整時，可用砂填平并壓實。
【文檔編號】G01N3/24GK103884607SQ201410120124
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】黃斌, 程展林, 饒錫保, 張偉, 張婷, 劉鳴, 徐言勇, 周密, 吳忠明, 張本蛟 申請人:黃斌