專利名稱：一種測(cè)試土體強(qiáng)度的剪切裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)試土體強(qiáng)度的剪切裝置。
背景技術(shù)：
目前，測(cè)試土體剪切強(qiáng)度常用的儀器有直剪儀和單剪儀，常見的直剪儀和單剪儀分別如圖I和圖2所示。如圖I所示，采用直剪裝置進(jìn)行土體剪切強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，試樣置于上下剪切盒內(nèi)，固定上剪切盒，通過下剪切盒形成剪切。直剪裝置雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，但是存在以下一些缺陷①首先，直剪試驗(yàn)中上剪切盒內(nèi)的土體被認(rèn)為沿剪切面方向是沒有剪切變形的，只在剪切面上容許剪切變形。嚴(yán)格上講，土體的剪切面不是一個(gè)平面，而是一個(gè)具有一定厚度的剪切帶，因此，其與實(shí)際情況不完全符合，如圖I所示再者，發(fā)生剪切變形后，上剪切 盒內(nèi)土體應(yīng)力狀態(tài)比較復(fù)雜，靠近剪切方向的上剪切盒后側(cè)壁處土體擠壓明顯，而前側(cè)壁處土體發(fā)生松動(dòng)，從而導(dǎo)致剪切面應(yīng)力和應(yīng)變分布都不均勻，試驗(yàn)結(jié)果精度降低此外，對(duì)于粗粒土而言，由于其顆粒較大，剪切面上呈現(xiàn)凹凸不平，剪切時(shí)塊體的剪切強(qiáng)度往往被視為粗粒土的剪切強(qiáng)度，從而經(jīng)常出現(xiàn)強(qiáng)度偏高，與實(shí)際情況相去甚遠(yuǎn)，對(duì)工程安全不利。如圖2所示，采用單剪裝置進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，試樣置于下剪切盒與若干重疊放置的剪切疊環(huán)內(nèi)，保持試樣頂部的加壓蓋板固定不動(dòng)，通過移動(dòng)下剪切盒形成剪切。單剪裝置的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是它允許剪切面以上一定范圍內(nèi)的土體發(fā)生剪切變形，如圖2所示，剪切面的應(yīng)力狀態(tài)比直剪裝置有所改善。但是，單剪裝置也存在一個(gè)明顯的缺陷，當(dāng)剪切變形發(fā)生后，從剪切面以上到試樣頂部，整個(gè)土體都不同程度的發(fā)生剪切，形成了一個(gè)從剪切面一直貫穿到土體頂部的剪切體，這樣一來使得剪切面以上整個(gè)土體都被視為剪切帶。而實(shí)際當(dāng)中，對(duì)于滑體而言，只是在土體內(nèi)部某一深度處形成一個(gè)剪切面(帶)，剪切面(帶)以上的土體是沒有剪切變形的。因此，單剪裝置與實(shí)際情況也不完全相符。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)直剪裝置或單剪裝置因人為確定剪切面所帶來的準(zhǔn)確性問題，本發(fā)明旨在提供一種測(cè)試土體強(qiáng)度的剪切裝置，該剪切裝置可消除目前剪切試驗(yàn)中所采用的直剪裝置以及單剪裝置技術(shù)上的缺點(diǎn)，保證試驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是
一種測(cè)試土體強(qiáng)度的剪切裝置，包括上剪切盒和下剪切盒，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，所述下剪切盒和通過反力支架固定連接在反力板上的上剪切盒之間設(shè)有剪切滑動(dòng)部，所述下剪切盒上設(shè)有剪切時(shí)約束上剪切盒的約束部件；所述剪切滑動(dòng)部包括帶槽軌條和部分置于帶槽軌條的軌條內(nèi)槽內(nèi)的多片剪切疊環(huán)；所述上剪切盒、下剪切盒和剪切疊環(huán)均具有用于放置試樣的填料筒。以下是對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述約束上剪切盒的約束部件為設(shè)置在下剪切盒兩側(cè)上端的擋板。更進(jìn)一步地，所述帶槽軌條通過軌肩連接在下剪切盒的擋板上。為了減小下剪切盒與帶槽軌條之間的摩擦力，所述下剪切盒與帶槽軌條之間設(shè)有滾珠，優(yōu)選為鋼珠。在本發(fā)明中，所述帶槽軌條優(yōu)選包括兩根，兩根帶槽軌條的軌條內(nèi)槽相對(duì)設(shè)置；每片所述剪切疊環(huán)均具有疊環(huán)榫頭，置于軌條內(nèi)槽內(nèi)的各疊環(huán)榫頭可在軌條內(nèi)槽內(nèi)自由移動(dòng)，各疊環(huán)榫頭的高度之和不超過帶槽軌條的內(nèi)槽高度。所述上剪切盒、下剪切盒和剪切疊環(huán)的填料筒內(nèi)徑一致。所述上剪切盒的填料筒貫穿上剪切盒的上下表面；所述下剪切盒填料筒的下盒填料筒底面高于下剪切盒底面。為了減小上剪切盒與下剪切盒之間的摩擦力，所述擋板靠近上剪切盒一側(cè)設(shè)置有多個(gè)用于放置滾珠的球形圓孔，球形圓孔內(nèi)放置滾珠。 作為一種具體的結(jié)構(gòu)形式，所述剪切疊環(huán)包括位于上部的頂部剪切疊環(huán)、位于中間部位的中間剪切疊環(huán)和位于底部的底部剪切疊環(huán)，當(dāng)然根據(jù)試驗(yàn)需要，剪切疊環(huán)可以為四片或者更多。上述帶槽軌條的高度為對(duì)于粘性土測(cè)試，其高度一般可取l_2cm ;對(duì)于粗粒土測(cè)試，其高度為粗粒土最大顆粒粒徑的O. 5-1倍。藉由上述結(jié)構(gòu)，剪切滑動(dòng)部主要包括帶槽的軌條以及剪切疊環(huán)，剪切滑動(dòng)部的主要功能是給土體提供一個(gè)潛在的剪切錯(cuò)動(dòng)帶。所述下剪切盒主要由約束擋板、填料筒以及若干放置鋼珠用的圓孔組成，兩側(cè)的約束擋板起到約束剪切上盒運(yùn)動(dòng)方向以及掛靠帶槽軌條的作用，圓形孔洞都是放置鋼珠用的，起到減小摩擦力的作用。所述上剪切盒主要由填料筒、反力支架及底部圓孔組成，剪切時(shí)上盒通過反力支架將剪切力傳遞到固定的反力板上，其可以在帶槽軌條上自由滑動(dòng)，通過設(shè)置在底面的鋼珠減小摩擦。所述剪切滑動(dòng)部置于上剪切盒與下剪切盒之間，由兩條軌條及剪切疊環(huán)組成，軌條通過軌肩連接到下盒的側(cè)面擋板上，保證剪切時(shí)軌條與下盒運(yùn)動(dòng)方向一致，且不產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，剪切疊環(huán)放置在兩軌條之間，其填料筒內(nèi)徑與上下盒內(nèi)徑一致，將榫頭插入到兩側(cè)的軌條內(nèi)槽之中，保證剪切時(shí)，剪切疊環(huán)可以在上下盒之間相互移動(dòng)，以此來反映錯(cuò)動(dòng)帶內(nèi)土體的變形。所述帶槽軌條的高度以及剪切疊環(huán)的數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際情況來確定，由于帶槽軌條上下邊緣的存在，頂部和底部的剪切疊環(huán)設(shè)計(jì)成榫頭薄疊環(huán)厚的形式，來實(shí)現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)帶的閉合，中間的疊環(huán)可以根據(jù)需要放置若干片，但是必須滿足所有的榫頭的厚度和不能超過軌條內(nèi)槽的高度。以下對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。一種用于測(cè)定土體剪切強(qiáng)度的剪切裝置，見圖3 9。該裝置主要由上剪切盒2、兩片帶槽軌條14、剪切疊環(huán)片19、22、25、下剪切盒7等部分組成。具體是在上下剪切盒之間加裝兩片帶槽軌條，再將剪切疊環(huán)從下至上依次放置到兩片軌條內(nèi)槽之中，剪切疊環(huán)在軌條內(nèi)可以相互移動(dòng)，再將試樣置于上、下剪切盒以及疊環(huán)的填料筒內(nèi)21、24、27。試驗(yàn)時(shí)，上剪切盒固定不動(dòng)，下剪切盒及兩片帶槽軌條沿剪切方向一起移動(dòng)，軌條間的疊環(huán)可以在上、下剪切盒之間相互錯(cuò)動(dòng)，疊環(huán)與疊環(huán)之間也可以相互移動(dòng)，互不影響，以此來模擬發(fā)生在土體內(nèi)部剪切帶的變形機(jī)制。軌條的高度(也就是剪切帶的厚度)，可以根據(jù)實(shí)際情況來確定。對(duì)于粘性土，其高度一般可取l_2cm，對(duì)于粗粒土，其高度可取最大顆粒粒徑的(-1)倍。剪切疊環(huán)優(yōu)選由頂部剪切疊環(huán)19、中間剪切疊環(huán)22、底部剪切疊環(huán)25三片組成，根據(jù)實(shí)際需要，可以通過增加中間剪切疊環(huán)來滿足剪切帶厚度的變化，剪切疊環(huán)的厚度可根據(jù)需要來定，一般可取O. 2-0. 5cm。本發(fā)明在直剪裝置的上、下剪切盒之間，通過在試樣內(nèi)部設(shè)置一個(gè)具有一定厚度的剪切錯(cuò)動(dòng)帶，來反映土體剪切破壞的變形機(jī)制，該發(fā)明同時(shí)具有直剪裝置和單剪裝置各自的優(yōu)點(diǎn)，又克服了兩種裝置各自的缺點(diǎn)，適用于土體尤其是粗粒土的抗剪強(qiáng)度測(cè)試。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的剪切裝置能提供了一個(gè)剪切錯(cuò)動(dòng)帶，具有單剪裝置的優(yōu)點(diǎn)，解決了直剪裝置因人為確定剪切面所帶來的三個(gè)問題；與此同時(shí)，這種裝置使得剪切只發(fā)生在剪切錯(cuò)動(dòng)帶以內(nèi)，而剪切帶以上的上剪切盒的土體并沒有剪切變形，這就克服了單剪裝置中剪切面以上整個(gè)土體都存在剪切變形而全部被視為剪切帶的問題。本發(fā)明在試樣內(nèi)部提供了一個(gè)潛在的剪切錯(cuò)動(dòng)帶，剪切變形主要發(fā)生在剪切帶土體內(nèi)，剪切帶以上土體并不發(fā)生剪切變形，這一受力狀態(tài)與實(shí)際情況完全吻合，消除了目前 剪切試驗(yàn)中所采用的直剪裝置以及單剪裝置技術(shù)上的缺點(diǎn)，從而進(jìn)一步保證了試驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。


圖I是現(xiàn)有直剪儀的結(jié)構(gòu)示意 圖2是現(xiàn)有單剪儀的結(jié)構(gòu)示意 圖3是本發(fā)明所述下剪切盒的結(jié)構(gòu)示意 圖4是本發(fā)明所述上剪切盒的結(jié)構(gòu)示意 圖5是本發(fā)明所述帶槽軌條的結(jié)構(gòu)示意 圖6是本發(fā)明所述頂部剪切疊環(huán)的結(jié)構(gòu)示意 圖7是本發(fā)明所述中間剪切疊環(huán)的結(jié)構(gòu)示意 圖8是本發(fā)明所述底部剪切疊環(huán)的結(jié)構(gòu)示意 圖9是本發(fā)明所述剪切裝置整體結(jié)構(gòu)的后視圖。在圖中
I-反力支架；2-上剪切盒；3-上剪切盒填料筒；4-上剪切盒球形圓孔；
5-上剪切盒底面； 6-上剪切盒填料筒底部輪廓線；7-下剪切盒；
8-擋板球形圓孔； 9-擋板；10-下剪切盒球形圓孔；
II-下剪切盒填料筒；12-下剪切盒底面；13-下剪切盒填料筒底面；
14-帶槽軌條；15-軌肩；16-軌條內(nèi)槽；17-內(nèi)槽上邊緣；
18-內(nèi)槽下邊緣； 19-頂部剪切疊環(huán)；20-頂部疊環(huán)榫頭；
21，24，27-填料筒；22-中間剪切疊環(huán)；23-中間疊環(huán)榫頭；
25-底部剪切疊環(huán)；26-底部疊環(huán)榫頭；29-剪切疊環(huán)；
30-試樣；F法-法向應(yīng)力；F剪-剪切力。
具體實(shí)施例方式接下來，以舉例的形式詳細(xì)描述本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施的過程，也將較清楚的顯示本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)?！N測(cè)試土體強(qiáng)度的剪切裝置，如圖9所示，主要由上剪切盒2、下剪切盒7以及剪切滑動(dòng)部14、19、22、25組成，上剪切盒2與反力支架I連接成一個(gè)整體，如圖4所示，上剪切盒2中間填料筒為圓柱形，從上到下貫通，即上剪切盒底面5與上剪切盒填料筒底部輪廓線6處在一個(gè)平面上。球形圓孔4內(nèi)部嵌入鋼珠，起減小摩擦力的作用。上剪切盒除填料筒3為圓柱形孔洞外，其余各部均為實(shí)體，可用不銹鋼或者鑄鐵制作而成。如圖3所示，所述下剪切盒7與上剪切盒2結(jié)構(gòu)基本相似，所不同的是，下剪切盒7的兩個(gè)側(cè)面上端各設(shè)立兩塊擋板9，擋板9與下剪切盒7連接在一起，起到剪切時(shí)約束上剪切盒2的作用。此外，在擋板9內(nèi)側(cè)設(shè)球形圓孔8并放置鋼珠，以減小剪切時(shí)上剪切盒2
在滑動(dòng)過程中的摩擦力；另一方面，下剪切盒填料筒11與上剪切盒填料筒3內(nèi)徑一致，不同的是下剪切盒填料筒底面13要高于下剪切盒底面12，也就是下剪切盒填料筒11并沒有上下貫通。此外，與上剪切盒2 —樣，在下剪切盒7邊沿處也設(shè)立減小滑動(dòng)摩擦用的球形圓孔10。本發(fā)明最為關(guān)鍵的部分即剪切滑動(dòng)部，如圖5 圖8所示，剪切滑動(dòng)部的主要功能是給土體提供一個(gè)潛在的剪切錯(cuò)動(dòng)帶，其主要由兩片相同的帶槽軌條14及剪切疊環(huán)19、22,25組成。剪切滑動(dòng)部介于上剪切盒2與下剪切盒7之間，兩片相同的帶槽軌條14緊靠下剪切盒兩側(cè)的擋板9內(nèi)側(cè)，軌肩15向外側(cè)，剪切時(shí)，將軌肩15掛靠到擋板9的邊沿上，以保證剪切時(shí)帶槽軌條14與下剪切盒7均沿著剪切方向運(yùn)動(dòng)，避免帶槽軌條14與下剪切盒7之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。接下來，將剪切疊環(huán)19、22、25依次入到軌條內(nèi)槽16之中，考慮到軌條上、下邊緣17、18的原因，因此設(shè)置了頂部和底部剪切疊環(huán)19、25，疊環(huán)榫頭20、26的厚度與頂部和底部剪切疊環(huán)19、25的厚度是不一致的，頂部和底部疊環(huán)超厚部分的高度與的軌條上邊緣與下邊緣的高度一樣。放置時(shí)，應(yīng)先放置底部剪切疊環(huán)19，再放置中間剪切疊環(huán)22，最后放置頂部剪切疊環(huán)25，各剪切疊環(huán)中間圓柱形的填料筒21、24、27的內(nèi)徑與上、下剪切盒2，7的內(nèi)徑一致。最后，將上剪切盒2放置到帶槽軌條14之上，剪切時(shí)，上剪切盒2保持不動(dòng)，上剪切盒2與帶槽軌條14之間能夠相互滑動(dòng)。同時(shí)，疊環(huán)榫頭20，23，26在帶槽軌條14的槽內(nèi)能夠自由移動(dòng)，也就保證了剪切帶土體能夠相互錯(cuò)動(dòng)。帶槽軌條14的厚度可以根據(jù)土體顆粒的大小或者經(jīng)驗(yàn)來確定，剪切疊環(huán)19、22、25的厚度也可以根據(jù)需要來加工，中間剪切疊環(huán)22可以設(shè)置多塊，只要保證所有疊環(huán)榫頭20，23，26的厚度之和不超過帶槽軌條14內(nèi)槽的高度就可以了。所有構(gòu)件均采用不銹鋼或者鑄鐵來制作，并打毛刨光。利用現(xiàn)有一般機(jī)械廠的設(shè)備就可以加工而成，以滿足試驗(yàn)者的自身需要。上述實(shí)施例闡明的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)理解為這些實(shí)施例僅用于更清楚地說明本發(fā)明，而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)試土體強(qiáng)度的剪切裝置，包括上剪切盒(2)和下剪切盒(7)，其特征在于，所述下剪切盒(7)和通過反力支架(I)固定連接在反力板上的上剪切盒(2)之間設(shè)有剪切滑動(dòng)部，所述下剪切盒(7)上設(shè)有剪切時(shí)約束上剪切盒(2)的約束部件；所述剪切滑動(dòng)部包括帶槽軌條(14)和部分置于帶槽軌條(14)的軌條內(nèi)槽(16)內(nèi)的多片剪切疊環(huán)(19，22，25)；所述上剪切盒(2)、下剪切盒(7)和剪切疊環(huán)(19，22，25)均具有用于放置試樣(30)的填料筒(3，11，21，24，27)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)試土體強(qiáng)度的剪切裝置，其特征在于，所述約束上剪切盒(2)的約束部件為設(shè)置在下剪切盒(7)兩側(cè)上端的擋板(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)試土體強(qiáng)度的剪切裝置，其特征在于，所述下剪切盒(7)與帶槽軌條(14 )之間設(shè)有滾珠。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)試土體強(qiáng)度的剪切裝置，其特征在于，所述帶槽軌條(14)通過軌肩(15)連接在下剪切盒(7)的擋板(9)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)試土體強(qiáng)度的剪切裝置，其特征在于，所述帶槽軌條(14)包括兩根，兩根帶槽軌條(14)的軌條內(nèi)槽(16)相對(duì)設(shè)置；每片所述剪切疊環(huán)均具有疊環(huán)榫頭(20，23，26)，置于軌條內(nèi)槽(16)內(nèi)的各疊環(huán)榫頭(20，23，26)可在軌條內(nèi)槽(16)內(nèi)自由移動(dòng)，各疊環(huán)榫頭(20，23,26)的高度之和不超過帶槽軌條(14)的內(nèi)槽高度。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)試土體強(qiáng)度的剪切裝置，其特征在于，所述上剪切盒(2)、下剪切盒(7)和剪切疊環(huán)(19，22，25)的填料筒(3，11，21，24，27)內(nèi)徑一致。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)試土體強(qiáng)度的剪切裝置，其特征在于，所述上剪切盒(2)的填料筒(3)貫穿上剪切盒(2)的上下表面；所述下剪切盒(7)填料筒(11)的下盒填料筒底面(13)高于下剪切盒底面(12)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的測(cè)試土體強(qiáng)度的剪切裝置，其特征在于，所述擋板(9)靠近上剪切盒(2)—側(cè)設(shè)置有多個(gè)用于放置滾珠的球形圓孔(8)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I或5或6所述的測(cè)試土體強(qiáng)度的剪切裝置，其特征在于，所述剪切疊環(huán)(19，22，25)包括位于上部的頂部剪切疊環(huán)(19)、位于中間部位的中間剪切疊環(huán)(22)和位于底部的底部剪切疊環(huán)(25)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I或3或4或5所述的測(cè)試土體強(qiáng)度的剪切裝置，其特征在于，所述帶槽軌條(14)的高度為 對(duì)于粘性土測(cè)試，其高度一般可取l-2cm ； 對(duì)于粗粒土測(cè)試，其高度為粗粒土最大顆粒粒徑的O. 5-1倍。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測(cè)試土體強(qiáng)度的剪切裝置。為了解決直剪裝置或單剪裝置的測(cè)量值存在真實(shí)性和準(zhǔn)確性的問題，所述測(cè)試土體強(qiáng)度的剪切裝置包括上剪切盒和下剪切盒，所述下剪切盒和上剪切盒之間設(shè)有剪切滑動(dòng)部，所述下剪切盒上設(shè)有剪切時(shí)約束上剪切盒的約束部件；所述剪切滑動(dòng)部包括帶槽軌條和部分置于帶槽軌條的軌條內(nèi)槽內(nèi)的多片剪切疊環(huán)；所述上剪切盒、下剪切盒和剪切疊環(huán)均具有用于放置試樣的填料筒。本發(fā)明消除了目前剪切試驗(yàn)中所采用的直剪裝置以及單剪裝置技術(shù)上的缺點(diǎn)，從而進(jìn)一步保證了試驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。
文檔編號(hào)G01N3/24GK102944486SQ201210455180
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月14日
發(fā)明者彭凱, 馮樹榮, 蔡昌光 申請(qǐng)人:中國(guó)水電顧問集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院