本實用新型涉及巖土工程測試領(lǐng)域，具體而言，涉及一種凍土旋轉(zhuǎn)剪切裝置。

背景技術(shù)：

在巖土力學(xué)中，常常需要對巖土試樣進(jìn)行剪切試驗，以分析土體的抗剪強(qiáng)度，進(jìn)而滿足基礎(chǔ)工程、地下工程等設(shè)計施工的技術(shù)要求。

現(xiàn)有室內(nèi)試驗條件中，直剪試驗因為操作簡便，試驗原理清晰，便于為工程技術(shù)人員掌握而受到廣泛應(yīng)用，目前仍是工程一線進(jìn)行室內(nèi)測定土體抗剪強(qiáng)度的主要手段。但現(xiàn)有的直剪試驗裝置只能針對恒溫恒壓下的土體樣本，而且剪切過程中仍存在一些弊端，如剪切面不恒定、容易發(fā)生應(yīng)力集中等問題。另外，實際工程中，往往還需要針對一些特殊條件下的土體，比如高低溫凍土、溫度分布不均的凍土進(jìn)行施工?，F(xiàn)有的室內(nèi)直剪實驗裝置不能同時滿足這些要求，導(dǎo)致實驗結(jié)果與工程實際嚴(yán)重脫節(jié)，實驗達(dá)不到指導(dǎo)實際工程建設(shè)的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型提供了一種凍土旋轉(zhuǎn)剪切裝置，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中土體剪切裝置存在的上述問題。

本實用新型是這樣實現(xiàn)的：

一種凍土旋轉(zhuǎn)剪切裝置包括溫度梯度發(fā)生組件和旋轉(zhuǎn)剪切組件；所述溫度梯度發(fā)生組件包括用于供冷媒劑通過的冷媒管，旋轉(zhuǎn)剪切組件包括剪切筒、臺架和驅(qū)動組件；所述剪切筒為截面為環(huán)形的圓筒，圍成環(huán)形圓柱狀的剪切空間，所述剪切空間用于容置土體試樣，所述剪切筒一端與所述臺架固定相連，所述臺架用于向所述土體試樣施加壓力，所述剪切筒另一端與所述驅(qū)動組件相連并可隨所述驅(qū)動組件轉(zhuǎn)動；所述冷媒管呈螺旋狀，所述冷媒管與所述剪切筒相連，所述冷媒管套設(shè)于所述剪切筒外側(cè)或置于所述剪切筒內(nèi)環(huán)中。

在本實用新型的較佳的實施例中，所述溫度梯度發(fā)生組件包括隔熱件，所述冷媒管置于所述隔熱件與所述剪切筒之間。

在本實用新型的較佳的實施例中，所述隔熱件包括多個環(huán)狀隔熱塊，多個所述隔熱塊在所述上端到所述下端的延伸線上間隔分布。

在本實用新型的較佳的實施例中，所述隔熱塊與隔熱塊之間的間隔處設(shè)有加熱件。

在本實用新型的較佳的實施例中，旋轉(zhuǎn)剪切裝置包括多個剪切筒，剪切筒包括上筒體和與上筒體適配的下筒體，上筒體與下筒體相連，下筒體與驅(qū)動組件相連，多個剪切筒的高度相同，不同剪切筒上的上筒體與下筒體的高度比例不同。

在本實用新型的較佳的實施例中，上筒體在所上筒體與下筒體的接觸面處設(shè)有卡接槽，下筒體包括與卡接槽適配的卡接塊。

一種凍土旋轉(zhuǎn)剪切裝置，包括溫度梯度發(fā)生組件和旋轉(zhuǎn)剪切組件；所述溫度梯度發(fā)生組件包括用于供冷媒劑通過的冷媒管，旋轉(zhuǎn)剪切組件包括剪切筒、臺架和驅(qū)動組件；所述剪切筒為截面為環(huán)形的圓筒，圍成環(huán)形圓柱狀的剪切空間，所述剪切空間用于容置土體試樣，所述剪切筒一端與所述臺架固定相連，所述臺架用于向所述土體試樣施加壓力，所述剪切筒另一端與所述驅(qū)動組件相連并可隨所述驅(qū)動組件轉(zhuǎn)動；所述冷媒管包括多個分管，所述分管的延伸方向垂直于所述剪切筒的固定端到所述剪切筒的轉(zhuǎn)動端的延伸線，所述冷媒管套設(shè)于所述剪切筒外側(cè)或置于所述剪切筒內(nèi)環(huán)中。

在本實用新型的較佳的實施例中，所述溫度梯度發(fā)生組件包括隔熱件，所述隔熱件覆蓋于所述剪切筒表面。

在本實用新型的較佳的實施例中，所述隔熱件包括多個隔熱塊，多個所述隔熱塊在所述分管的延伸線上間隔分布。

在本實用新型的較佳的實施例中，所述隔熱塊的間隔處設(shè)有加熱件。

本實用新型的有益效果是：本實用新型通過上述設(shè)計得到的凍土旋轉(zhuǎn)剪切裝置包括了溫度梯度發(fā)生組件，可在剪切土體試樣之前冷凍土體試樣，以實現(xiàn)對凍土土體試樣的模擬，并在土體試樣中產(chǎn)生溫度梯度；冷凍及溫度梯度的實現(xiàn)在剪切之前進(jìn)行，確保達(dá)到預(yù)定的冷凍效果，從而進(jìn)行凍土的抗剪性能分析，使實驗結(jié)果貼近于凍土施工的工程實際。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施方式的技術(shù)方案，下面將對實施方式中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本實用新型的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1是本實用新型實施方式中實施例一提供的凍土旋轉(zhuǎn)剪切裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型實施方式中實施例一提供的剪切筒的剖視圖；

圖3是本實用新型實施方式中實施例一提供的剪切筒與冷媒管和隔熱件的連接示意圖；

圖4是本實用新型實施方式中實施例一提供的加熱件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實用新型實施方式中實施例一提供的加壓件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本實用新型實施方式中實施例二提供的冷媒管與剪切筒在第一視角下的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本實用新型實施方式中實施例二提供的冷媒管與剪切筒在第二視角下的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本實用新型實施方式中實施例二提供的冷媒管與剪切筒和隔熱件的連接示意圖；

圖9是本實用新型實施方式中實施例二提供的加熱件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖標(biāo)：1-凍土旋轉(zhuǎn)剪切裝置；200-旋轉(zhuǎn)剪切組件；100-溫度梯度發(fā)生組件；210-剪切筒；230-臺架；250-驅(qū)動組件；232-頂板；239-立柱；234-滑動板；236-剪切基板；238-底座；212-上筒體；214-下筒體；2122-上剪切外壁；2124-上剪切內(nèi)壁；2126-卡接槽；2142-下剪切外壁；2144-下剪切內(nèi)壁；2146-卡接塊；2147-底壁；2148-凸起；216-剪切空間；2322-伸縮件；2342-加壓件；252-動力源件；254-渦輪；256-蝸桿；110-冷媒管；112-分管；114-輸入端；116-輸出端；130-隔熱件；132-隔熱塊；150-加熱件。

具體實施方式

為使本實用新型實施方式的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實用新型實施方式中的附圖，對本實用新型實施方式中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施方式是本實用新型一部分實施方式，而不是全部的實施方式?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤┓绞剑绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施方式，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。因此，以下對在附圖中提供的本實用新型的實施方式的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本實用新型的范圍，而是僅僅表示本實用新型的選定實施方式。基于本實用新型中的實施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施方式，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。

在本實用新型的描述中，需要理解的是，指示方位或位置關(guān)系的術(shù)語為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的設(shè)備或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。

在本實用新型中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本實用新型中的具體含義。

在本實用新型中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

實施例一。

本實施例提供了一種凍土旋轉(zhuǎn)剪切裝置1，請參閱圖1，這種凍土旋轉(zhuǎn)剪切裝置1包括旋轉(zhuǎn)剪切組件200和溫度梯度發(fā)生組件100。

旋轉(zhuǎn)剪切組件200包括剪切筒210、與剪切筒210相連的臺架230和驅(qū)動組件250。

請參閱圖1及圖2，剪切筒210圍成環(huán)形圓柱狀的剪切空間216，剪切筒210包括上筒體212和下筒體214。上筒體212包括呈圓柱面結(jié)構(gòu)的上剪切外壁2122和上剪切內(nèi)壁2124，下筒體214包括呈環(huán)狀平面結(jié)構(gòu)的底壁2147和呈圓柱面結(jié)構(gòu)的下剪切外壁2142和下剪切內(nèi)壁2144。上剪切外壁2122與下剪切外壁2142相連，上剪切內(nèi)壁2124與下剪切內(nèi)壁2144相連，下剪切內(nèi)壁2144和下剪切外壁2142通過底壁2147相連。上剪切外壁2122和上剪切內(nèi)壁2124上設(shè)有卡接槽2126，下剪切外壁2142和下剪切內(nèi)壁2144上設(shè)有卡接塊2146?？ń硬?126與卡接塊2146適配，卡接槽2126與卡接塊2146的接觸表面上有潤滑油，以在下筒體214相對上筒體212轉(zhuǎn)動的過程中減小阻力。下剪切外壁2142和下剪切內(nèi)壁2144的相對設(shè)置的壁面上以及底壁2147上設(shè)有多個凸起2148。

臺架230包括頂板232、立柱239、滑動板234、剪切基板236和底座238。頂板232、滑動板234、剪切基板236和底座238自上而下地平行設(shè)置。立柱239依次與頂板232、滑動板234、剪切基板236和底座238相連。其中，頂板232、剪切基板236和底座238與立柱239固定相連。滑動板234與立柱239滑動相連，滑動板234可相對于立柱239沿立柱239的長度方向滑動。

頂板232與滑動板234之間設(shè)有伸縮件2322。在本實用新型實施例中，伸縮件2322為液壓油缸。伸縮件2322一端與滑動板234相連，伸縮件2322另一端與頂板232相連。

滑動板234與剪切基板236之間設(shè)有剪切筒210。下筒體214設(shè)于剪切基板236上。下筒體214遠(yuǎn)離剪切基板236的一端與上筒體212相連?；瑒影?34遠(yuǎn)離伸縮件2322的一側(cè)設(shè)有加壓件2342。在本實用新型實施例中，加壓件2342為環(huán)形柱狀凸臺結(jié)構(gòu)(請參閱圖5)。加壓件2342可伸進(jìn)剪切空間216中，直接對土體試樣進(jìn)行加壓。加壓件2342用于與土體試樣接觸的端面上設(shè)有多個凸起2148。

剪切基板236與底座238之間設(shè)有驅(qū)動組件250。在本實用新型實施例中，驅(qū)動組件250包括動力源件252、渦輪254和蝸桿256。動力源件252用于輸出扭矩，動力源件252的輸出軸與蝸桿256相連并可帶動蝸桿256轉(zhuǎn)動，渦輪254與蝸桿256嚙合。剪切基板236上設(shè)有通孔，渦輪254轉(zhuǎn)軸穿過剪切基板236上的通孔與下筒體214固定相連。渦輪254轉(zhuǎn)軸可帶動下筒體214轉(zhuǎn)動。

溫度梯度發(fā)生組件100包括冷媒管110、隔熱件130和加熱件150。

冷媒管110用于供冷媒劑通過。冷媒管110包括輸入端114和輸出端116。輸入端114用于與冷媒劑源相連，輸出端116用于與冷媒劑回收裝置相連。在本實用新型實施例中，冷媒管110為螺旋形管。冷媒管110套設(shè)于剪切筒210外側(cè)并與前接筒相連。輸入端114位于剪切筒210上靠近滑動板234的一端，輸出端116位于剪切筒210上靠近剪切基板236的一端。冷媒劑可以為低溫氣體。

請參閱圖3，隔熱件130包括多個隔熱塊132。在本實用新型實施例中，隔熱塊132為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，隔熱塊132套設(shè)于剪切筒210和冷媒管110外側(cè)。多個隔熱塊132在上筒體212至下筒體214的延伸方向上間隔分布。

請參閱圖4，加熱件150設(shè)于多個隔熱塊132間的間隔中。在本實用新型實施例中，加熱件150中設(shè)有電阻絲。

本實用新型實施例的工作原理在于：將環(huán)狀的土體試樣置于剪切空間216中，使土體試樣一端置于下筒體214中并使下筒體214上的凸起2148嵌入土體試樣中，使土體試樣另一端置于上筒體212。使伸縮件2322伸長，滑動板234將在伸縮件2322的推動下沿立柱239向剪切筒210滑動，加壓件2342將與上筒體212中的土體試樣接觸并對土體試樣施加壓力，加壓件2342上的凸起2148嵌入土體試樣中。開動動力源件252，動力源件252輸出的轉(zhuǎn)速經(jīng)過渦輪254蝸桿256的減速后，傳遞至下筒體214，下筒體214開始轉(zhuǎn)動。由于下筒體214底壁2147上的凸起2148嵌入土體試樣中，下筒體214的轉(zhuǎn)動將帶動土體試樣位于下筒體214中的一端轉(zhuǎn)動。

上筒體212中的土體試樣在加壓件2342施加的壓力的作用下不發(fā)生轉(zhuǎn)動，下筒體214中的土體試樣在下筒體214的帶動下隨下筒體214一起轉(zhuǎn)動。因此，土體試樣將在上筒體212和下筒體214的連接處被剪切，剪切面即為上筒體212與下筒體214的連接面。

冷媒管110用于使冷媒劑通過，冷媒劑從輸入端114進(jìn)入冷媒管110，從輸出端116排出冷媒管110。冷媒劑在通過冷媒管110的過程中，由于設(shè)置了隔熱件130，冷媒劑將僅僅與土體試樣產(chǎn)生熱量交換，土體試樣的溫度高于冷媒劑，使得冷媒劑吸收土體試樣的熱量，土體試樣的溫度降低。研究人員或工程人員可以借此實現(xiàn)對凍土的旋轉(zhuǎn)剪切模擬。

冷媒劑在吸收土體試樣的熱量后，溫度逐漸升高。故在冷媒劑通過冷媒管110的過程中，冷媒劑對土體試樣的冷卻作用逐漸減弱，土體試樣的溫度將在上筒體212到下筒體214的延伸方向上產(chǎn)生梯度。

在對土體試樣冷凍后，進(jìn)行土體試樣的剪切試驗，即可以模擬進(jìn)行凍土的抗剪性能分析。土體試樣沿上筒體212與下筒體214的連接面破壞時，研究人員或工程人員可以收集驅(qū)動組件250的輸出力矩、土體試樣的尺寸、剪切阻力、下筒體214的位移和下筒體214的轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)進(jìn)行土體試樣抗剪強(qiáng)度的計算。

本實用新型實施例中還設(shè)置了加熱件150，加熱件150置于隔熱塊132之間的間隔中，加熱件150中含有電阻絲。當(dāng)對加熱件150通電后，加熱件150產(chǎn)生熱量，其熱量傳遞至冷媒劑，使得冷媒劑在每通過一次加熱件150后即實現(xiàn)依次溫升，在冷媒管110中的各段處，冷媒劑的溫度差異被進(jìn)一步擴(kuò)大，從而使土體試樣上產(chǎn)生較大的溫度梯度，以更接近于實際的凍土結(jié)構(gòu)中的溫度分布情況。

在本實用新型中，還可以設(shè)置多個高度相同的剪切筒210，在各剪切筒210中，上筒體212與下筒體214的高度比例不同。研究人員或工程人員可以通過多個剪切筒210進(jìn)行以剪切面位置為變量的多次旋轉(zhuǎn)剪切實驗，從而觀測剪切面位置對實驗結(jié)果的影響。

本實用新型實施例的有益效果在于：本實用新型實施例提供的凍土旋轉(zhuǎn)剪切裝置1中包括了溫度梯度發(fā)生組件100，可在剪切土體試樣的之前冷凍土體試樣，以實現(xiàn)對凍土土體試樣的模擬；冷凍后即可立即對土體試樣進(jìn)行剪切，土體試樣的溫度受外界的影響小，確保較佳的冷凍效果，從而進(jìn)行凍土的抗剪性能分析，使實驗結(jié)果貼近于凍土施工的工程實際。

本實用新型實施例提供的凍土旋轉(zhuǎn)剪切裝置1，冷媒管110呈螺旋形的套設(shè)于剪切筒210，使得冷媒劑和土體試樣的熱量交換充分，對土體試樣具有較佳的冷凍效果。

本實用新型實施例提供的凍土旋轉(zhuǎn)剪切裝置1，其溫度梯度發(fā)生組件100結(jié)構(gòu)簡單，只需使冷媒劑在冷媒管110中流通，即可實現(xiàn)對土體的冷凍。

本實用新型實施例提供的凍土旋轉(zhuǎn)剪切裝置1，通過由伸縮件2322驅(qū)動的滑動板234向下運(yùn)動對上筒體212中的土體試樣加壓，使得上筒體212中的土體試樣受壓均勻，有利于測試結(jié)果的穩(wěn)定。

本實用新型實施例提供的凍土旋轉(zhuǎn)剪切裝置1，剪切筒210上設(shè)置有卡接塊2146和卡接槽2126結(jié)構(gòu)，在土體試樣受到壓力時，卡接塊2146和卡接槽2126結(jié)構(gòu)可以避免土體試樣從上筒體212和下筒體214的接觸面處擠出，從而提高測量結(jié)果的精確度。

本實用新型實施例提供的凍土旋轉(zhuǎn)剪切裝置1，可以包括多個剪切筒210，研究人員或工程人員可以通過多個剪切筒210進(jìn)行多次旋轉(zhuǎn)剪切實驗，從而得出剪切面位置對實驗結(jié)果的影響。

需要說明的是，冷媒管110的作用是實現(xiàn)土體試樣的冷凍，在本實用新型的其他實施方式中，冷媒管110的數(shù)量不限于一個，冷媒管110還可以連接于剪切筒210內(nèi)部或同時連接于剪切筒210內(nèi)部或剪切筒210外部；在本實用新型的其他實施方式中，伸縮件2322還可以為千斤頂、與頂板232轉(zhuǎn)動相連并配合的螺桿等結(jié)構(gòu)；潤滑油的作用是減小上筒體212和下筒體214之間的阻力，從而得到更精確的實驗結(jié)果，在本實用新型的其他的實施方式中，還可以采用軸承等方式實現(xiàn)減阻作用。

實施例二。

本實用新型實施例提供了一種凍土旋轉(zhuǎn)剪切裝置1。本實用新型實施例二所提供的凍土旋轉(zhuǎn)剪切裝置1與實施例一種所提供的凍土旋轉(zhuǎn)剪切裝置1的結(jié)構(gòu)基本相同。其區(qū)別在于：溫度梯度發(fā)生組件100的結(jié)構(gòu)不同。

請參閱圖9，本實用新型實施例二中，溫度梯度發(fā)生組件100包括冷媒管110、隔熱件130和加熱件150。

請參閱圖6及圖7，冷媒管110包括輸入端114、輸出端116和多個分管112。多個分管112并排相連，剪切筒210套設(shè)于多個分管112圍成的空間中。輸入端114和輸出端116通過并排的多個分管112相連。輸入端114用于與冷媒劑源相連，輸出端116用于與冷媒劑回收裝置相連。多個分管112的延伸方向垂直或接近垂直于上筒體212至下筒體214的延伸方向，冷媒劑通過輸入端114進(jìn)入冷媒劑后，同時途徑多個分管112從輸出端116排出冷媒管110。

請參閱圖8，隔熱件130包括多個隔熱塊132。多個隔熱塊132間隔地連接于剪切筒210外側(cè)。多個隔熱塊132沿垂直于上筒體212和下筒體214的連線的方向間隔分布。

請參閱圖9，加熱件150設(shè)于隔熱件130的間隔處，加熱件150中設(shè)有電阻絲。

本實用新型實施例二提供的凍土旋轉(zhuǎn)剪切裝置1的工作原理與本實用新型實施例一提供的凍土旋轉(zhuǎn)剪切裝置1的工作原理基本相同。其區(qū)別在于：本實用新型實施例二提供的溫度梯度發(fā)生組件100為土體試樣提供的溫度梯度的方向與實施例一中的不同。本實用新型實施例一中，土體試樣上的溫度梯度方向為上筒體212到下筒體214的延伸方向；本實用新型實施例二中，土體試樣的溫度梯度方向為垂直于上筒體212到下筒體214的延伸方向。

本實用新型實施例二提供的凍土旋轉(zhuǎn)剪切裝置1的有益效果與實施例一種的基本相同。其區(qū)別在于：可以提供垂直于上筒體212到下筒體214的延伸方向上的溫度梯度。

以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施方式而已，并不用于限制本實用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。