巖土直剪試驗裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明適用于巖土性能檢測設(shè)備，提供了一種巖土直剪試驗裝置，旨在克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷。該巖土直剪試驗裝置包括用于盛放巖土試樣且上下疊放的上剪切盒和下剪切盒、用于承載上剪切盒和下剪切盒的基座、與上剪切盒內(nèi)側(cè)相配合的加載件、用于數(shù)據(jù)采集并提供控制信號的控制與數(shù)據(jù)采集部件、設(shè)置于加載件上以提供豎向加載量的豎向加載部件以及設(shè)置于下剪切盒側(cè)邊以提供橫向加載量的橫向加載部件，豎向加載部件與橫向加載部件分別與控制與數(shù)據(jù)采集部件信號連接。本發(fā)明還提供了一種巖土直剪試驗方法。該巖土直剪試驗裝置利用控制與數(shù)據(jù)采集部件與豎向加載部件和橫向加載部件信號連接以控制該豎向加載部件和橫向加載部件的加載量，結(jié)構(gòu)簡單。
【專利說明】巖土直剪試驗裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于巖土性能檢測設(shè)備，尤其涉及一種巖土直剪試驗裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 剪切破壞是巖土工程主要的破壞形式之一，巖土體以及巖土體與構(gòu)筑物接觸面的 抗剪強度對巖土工程剪切破壞具有重要意義。巖土體的剪切強度是指巖土體承受最大剪切 力的能力，常用剪切強度參數(shù)描述。直剪試驗因其簡單易于操作，獲取參數(shù)方便而廣泛用于 巖土體以及巖土體與構(gòu)筑物接觸面抗剪強度參數(shù)的測試。通常，大型土工直剪設(shè)備可以有 效減少由于試樣尺寸和邊界效應(yīng)引起的測試誤差，具有重要的科研和工程應(yīng)用價值，是高 校、科研機構(gòu)的常備試驗設(shè)備。但是，目前的大型直剪儀造價高、結(jié)構(gòu)復雜且常出故障，極大 限制了該類設(shè)備的實際應(yīng)用效果。因此，簡單、便宜、高效、實用的大型土工直剪設(shè)備研制， 對巖土工程領(lǐng)域特別是生產(chǎn)單位具有重大意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種巖土直剪試驗裝置。
[0004] 本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的，一種巖土直剪試驗裝置包括上下疊放的上剪切盒和 下剪切盒、用于承載所述上剪切盒和所述下剪切盒的基座以及與所述上剪切盒內(nèi)側(cè)相配合 的加載件，所述上剪切盒與所述下剪切盒形成一個用于盛放巖土試樣的收容腔，所述巖土 直剪試驗裝置還包括用于數(shù)據(jù)采集并提供控制信號的控制與數(shù)據(jù)采集部件、設(shè)置于所述加 載件上以提供堅向加載量的堅向加載部件以及設(shè)置于所述下剪切盒側(cè)邊以提供橫向加載 量的橫向加載部件，所述堅向加載部件與所述橫向加載部件分別與所述控制與數(shù)據(jù)采集部 件信號連接。
[0005] 進一步地，所述上剪切盒與所述下剪切盒的接觸面均呈弧形。
[0006] 進一步地，所述巖土直剪試驗裝置還包括將所述上剪切盒與所述下剪切盒連接的 栓銷。
[0007] 進一步地，所述巖土直剪試驗裝置還包括固定設(shè)置于所述基座上以放置所述下剪 切盒的軌道。
[0008] 進一步地，所述巖土直剪試驗裝置還包括固定安裝于所述基座上并位于所述上剪 切盒和所述下剪切盒外圍的加載支架以及連接于所述加載支架之間并貫連所述堅向加載 部件的加載梁。
[0009] 進一步地，所述巖土直剪試驗裝置還包括連接于所述加載支架與所述上剪切盒之 間的固定卡扣。
[0010] 進一步地，所述巖土直剪試驗裝置還包括設(shè)置于所述下剪切盒側(cè)邊以防止剪切后 巖土試樣脫落的掃尾擋板。
[0011] 進一步地，所述掃尾擋板的上表面與所述下剪切盒的上表面齊平。
[0012] 本發(fā)明實施例還提供了一種巖土直剪試驗方法包括以下步驟：
[0013] 提供上述的巖土直剪試驗裝置，并將巖土試驗放置于上剪切盒和下剪切盒內(nèi)；調(diào) 整堅向加載部件和橫向加載部件至加載位置；通過控制與數(shù)據(jù)采集部件控制所述堅向加載 部件并使其加載至指定法向壓力，穩(wěn)定一段時間；通過所述控制與數(shù)據(jù)采集部件控制所述 橫向加載部件并按指定速率加載；以及利用所述控制與數(shù)據(jù)采集部件獲取試驗數(shù)據(jù)并分析 得到所述巖土試驗的剪切強度。
[0014] 本發(fā)明實施例提供的巖土直剪試驗裝置采用上下疊放的上剪切盒和下剪切盒盛 放巖土試樣，并在上剪切盒上方的加載件上設(shè)置堅向加載部件，將橫向加載部件設(shè)置基座 上以與下剪切盒上的加載位置相對，該結(jié)構(gòu)簡單且體積小，便于更換和維修。另外，利用控 制與數(shù)據(jù)采集部件與堅向加載部件和橫向加載部件信號連接以控制該堅向加載部件和橫 向加載部件的加載量，結(jié)構(gòu)簡單。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明實施例提供的巖土直剪試驗裝置的俯視圖。
[0016] 圖2是本發(fā)明實施例提供的巖土直剪試驗裝置的一結(jié)構(gòu)圖。
[0017] 圖3是本發(fā)明實施例提供的巖土直剪試驗裝置的另一結(jié)構(gòu)圖。

【具體實施方式】
[0018] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0019] 土的直剪試驗原理是在堅直方向上施加一定載荷，并施加水平作用力，當上下剪 切盒發(fā)生相對錯動時，土剪損，這時，該土的剪力即是土的抗剪強度τ f。
[0020] 根據(jù)庫倫定律Tf=〇tan(j5+c計算出抗剪強度，其中，Tf是指土的抗剪強度 (kPa)，〇是作用在剪切面上的法向壓力（kPa)，Φ指土的內(nèi)摩擦角（度)，c指土的內(nèi)聚力 (kPa)。
[0021] 請參照圖1至圖3,本發(fā)明實施例提供的巖土直剪試驗裝置包括用于盛放巖土試 樣且上下疊放的上剪切盒13和下剪切盒14、用于承載上剪切盒13和下剪切盒14的基座 24以及與上剪切盒14內(nèi)側(cè)相配合的加載件12,該上剪切盒13與下剪切盒14形成一個用 于盛放巖土試樣的收容腔，該巖土直剪試驗裝置還包括用于數(shù)據(jù)采集并提供控制信號的控 制與數(shù)據(jù)采集部件26、設(shè)置于加載件12上以提供堅向加載量的堅向加載部件11以及設(shè)置 于下剪切盒14側(cè)邊以提供橫向加載量的橫向加載部件15,堅向加載部件11與橫向加載部 件15分別與控制與數(shù)據(jù)采集部件26信號連接。該巖土直剪試驗裝置采用上下疊放的上剪 切盒13和下剪切盒14盛放巖土試樣，并設(shè)置相應(yīng)的堅向加載部件11和橫向加載部件15， 結(jié)構(gòu)簡單且體積小，易于更換和維修。該巖土直剪試驗裝置采用控制與數(shù)據(jù)采集部件26與 堅向加載部件11和橫向加載部件15信號連接并控制堅向加載部件11和橫向加載部件15 的加載量，試驗中，利用該控制與數(shù)據(jù)采集部件26采集相關(guān)試驗數(shù)據(jù)并分析得到巖土試樣 的剪切強度，結(jié)構(gòu)簡單。
[0022] 請同時參照圖2和圖3,上剪切盒13與下剪切盒14的接觸面均呈弧形，以有效減 小剪切過程中該上剪切盒13與下剪切盒14摩擦引起的阻力。具體地，上剪切盒13與下剪 切盒14接觸面為經(jīng)圓角處理后形成的弧面，試驗過程中，下剪切盒14相對上剪切盒13做 水平移動，即上剪切盒13與下剪切盒14發(fā)生錯動，此時，下剪切盒14的弧形表面與上剪切 盒13的弧形表面發(fā)生相對移動，通過弧形表面接觸以減小兩者摩擦引起的阻力。
[0023] 請參照圖1和圖2,本發(fā)明實施例提供的巖土直剪試驗裝置還包括將上剪切盒13 與下剪切盒14連接的栓銷17,以將上剪切盒13和下剪切盒14連接在一起。上剪切盒13 的外壁設(shè)有與栓銷17配合的第一連接部130,該下剪切盒14的外壁設(shè)有與栓銷17配合并 與該第一連接部130相對應(yīng)的第二連接部140,該第一連接部130設(shè)有供栓銷17插入的第 一連接孔，該第二連接部140設(shè)有供栓銷17插入并與該第一連接孔同軸的第二連接孔。安 裝時，將上剪切盒13疊放于下剪切盒14上方以使該第一連接孔與該第二連接孔相對，將栓 銷17插入第一連接孔和第二連接孔內(nèi)以將上剪切盒13和下剪切盒14連接在一起，從而保 證在堅向加載過程中上剪切盒13和下剪切盒14不發(fā)生相對移動。
[0024] 請參照圖1和圖2,本發(fā)明實施例提供的巖土直剪試驗裝置還包括固定設(shè)置于基 座24上以放置下剪切盒14的軌道23,采用下剪切盒14與軌道23接觸，以減小試驗過程 中下剪切盒14與其底部接觸表面之間摩擦阻力。優(yōu)選地，該軌道23為一對平行設(shè)置于基 座24上以與下剪切盒14底部接觸的軌道，以保證下剪切盒14移動的平穩(wěn)性，并使下剪切 盒14與軌道23之間的接觸面達到最小以減小摩擦阻力。
[0025] 請同時參照圖2和圖3,本發(fā)明實施例提供的巖土直剪試驗裝置還包括固定安裝 于基座24上并位于上剪切盒13和下剪切盒14外圍的加載支架21以及連接于加載支架21 之間并貫連堅向加載部件11的加載梁22。該加載梁22的兩端固定于該加載支架21上并 位于加載件12上方以用于定位該堅向加載部件11，保證在加載過程中該堅向加載部件11 不發(fā)生偏移而影響加載效果。
[0026] 請同時參照圖2和圖3,本發(fā)明實施例提供的巖土直剪試驗裝置還包括連接于加 載支架21與上剪切盒13之間的固定卡扣25。加載支架21設(shè)有朝上剪切盒13突出的第一 連接扣210,上剪切盒13設(shè)有朝向加載支架21突出的第二連接扣135,該第一連接扣210和 第二連接扣135位于同一水平面上，固定卡扣25扣合于第一連接扣210和第二連接扣135 之間以將上剪切盒13固定于加載支架21上，以保證試驗過程中下剪切盒14相對上剪切盒 13移動時該上剪切盒13保持不動。優(yōu)選地，該固定卡扣25呈T型或者E型。
[0027] 請參照圖2,本發(fā)明實施例提供的巖土直剪試驗裝置還包括設(shè)置于下剪切盒14側(cè) 邊以防止剪切后巖土試樣脫落的掃尾擋板16。該掃尾擋板16固定于下剪切盒14的外壁并 位于橫向加載位置的上方，在試驗過程中，下剪切盒14相對上剪切盒13做橫向移動，利用 該掃尾擋板16將上剪切盒13與下剪切盒14脫離部分封閉，以支撐該上剪切盒13與下剪 切盒14脫離部分的巖土試樣，防止巖土試樣從該上剪切盒13內(nèi)脫離而造成該上剪切盒13 和下剪切盒14內(nèi)巖土試樣的狀態(tài)改變。優(yōu)選地，掃尾擋板16的上表面與下剪切盒14的上 表面齊平。
[0028] 安裝時，將軌道23固定安裝于基座24上，并將下剪切盒14放置于軌道23上，根 據(jù)下剪切盒14上所設(shè)計的橫向加載位置，將橫向加載部件15固定于基座24上并與該橫向 加載位置相對。將上剪切盒13疊放于該下剪切盒14上方以使第一連接孔與第二連接孔相 對，利用栓銷17插入該第一連接孔和第二連接孔以連接該上剪切盒13和下剪切盒14。將 巖土試樣放入上剪切盒13和下剪切盒14內(nèi)，將加載件12蓋設(shè)于上剪切盒13內(nèi)以及將固 定卡扣25固定連接于第一連接孔210與第二連接孔135之間以將上剪切盒13固定連接于 該固定支架21。將堅向加載部件11通過加載梁22設(shè)置于加載件12上方，并調(diào)整堅向加載 部件11與加載件12至堅向加載位置。將控制與數(shù)據(jù)采集部件26電性連接至堅向加載部 件11和橫向加載部件15以提供加載信號及施加加載量，試驗中利用該控制與數(shù)據(jù)采集部 件26采集試驗數(shù)據(jù)，并通過分析和計算得出巖土試樣的剪切強度。
[0029] 本發(fā)明實施例還提供了一種巖土直剪試驗方法，包括以下步驟：提供上述巖土直 剪試驗裝置，并將巖土試驗放置于上剪切盒13和下剪切盒14內(nèi)；調(diào)整堅向加載部件11和 橫向加載部件15至加載位置；通過控制與數(shù)據(jù)采集部件26控制堅向加載部件11并使其加 載至指定法向壓力，穩(wěn)定一段時間；通過控制與數(shù)據(jù)采集部件26控制橫向加載部件15并按 指定速率加載；以及利用控制與數(shù)據(jù)采集部件26獲取試驗數(shù)據(jù)并計算分析得出巖土試驗 的剪切強度。該巖土直剪使用方法利用控制與數(shù)據(jù)采集部件26與堅向加載部件11和橫向 加載部件15信號連接并控制堅向加載部件11和橫向加載部件15的加載量，試驗中，利用 該控制與數(shù)據(jù)采集部件26采集相關(guān)試驗數(shù)據(jù)并分析得到巖土試樣的剪切強度，結(jié)構(gòu)簡單。
[0030] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種巖土直剪試驗裝置，包括上下疊放的上剪切盒和下剪切盒、用于承載所述上剪 切盒和所述下剪切盒的基座以及與所述上剪切盒內(nèi)側(cè)相配合的加載件，所述上剪切盒與所 述下剪切盒形成一個用于盛放巖土試樣的收容腔，其特征在于，還包括用于數(shù)據(jù)采集并提 供控制信號的控制與數(shù)據(jù)采集部件、設(shè)置于所述加載件上以提供堅向加載量的堅向加載部 件以及設(shè)置于所述下剪切盒側(cè)邊以提供橫向加載量的橫向加載部件，所述堅向加載部件與 所述橫向加載部件分別與所述控制與數(shù)據(jù)采集部件信號連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的巖土直剪試驗裝置，其特征在于，所述上剪切盒與所述下剪切 盒的接觸面均呈弧形。
3. 如權(quán)利要求1所述的巖土直剪試驗裝置，其特征在于，還包括將所述上剪切盒與所 述下剪切盒連接的栓銷。
4. 如權(quán)利要求1所述的巖土直剪試驗裝置，其特征在于，還包括固定設(shè)置于所述基座 上以放置所述下剪切盒的軌道。
5. 如權(quán)利要求1所述的巖土直剪試驗裝置，其特征在于，還包括固定安裝于所述基座 上并位于所述上剪切盒和所述下剪切盒外圍的加載支架以及連接于所述加載支架之間并 貫連所述堅向加載部件的加載梁。
6. 如權(quán)利要求5所述的巖土直剪試驗裝置，其特征在于，還包括連接于所述加載支架 與所述上剪切盒之間的固定卡扣。
7. 如權(quán)利要求1至6任意一項所述的巖土直剪試驗裝置，其特征在于，還包括設(shè)置于所 述下剪切盒側(cè)邊以防止剪切后巖土試樣脫落的掃尾擋板。
8. 如權(quán)利要求7所述的巖土直剪試驗裝置，其特征在于，所述掃尾擋板的上表面與所 述下剪切盒的上表面齊平。
9. 一種巖土直剪試驗方法，其特征在于，包括以下步驟： 提供如權(quán)利要求1至8任意一項所述的巖土直剪試驗裝置，并將巖土試驗放置于上剪 切盒和下剪切盒內(nèi)； 調(diào)整堅向加載部件和橫向加載部件至加載位置； 通過控制與數(shù)據(jù)采集部件控制所述堅向加載部件并使其加載至指定法向壓力，穩(wěn)定一 段時間； 通過所述控制與數(shù)據(jù)采集部件控制所述橫向加載部件并按指定速率加載；以及 利用所述控制與數(shù)據(jù)采集部件獲取試驗數(shù)據(jù)并分析得到所述巖土試驗的剪切強度。
【文檔編號】G01N3/24GK104142274SQ201310169011
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月9日
【發(fā)明者】鐘世英, 王賢能, 莫莉 申請人:深圳市工勘巖土工程有限公司