一種檢測粘性土抗剪強度的現場大型直剪試驗裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種檢測粘性土抗剪強度的現場大型直剪試驗裝置，包括用于安放粘性土樣品控制試樣受力的試樣盒、通過側向壓力表與側向液壓泵相連的側向測力千斤頂以及通過固定支架錨固的側向位移指示表，還包括通過地錨錨固、位于試樣盒外側的承力框架座，所述承力框架座內側壁與試樣盒外側壁分別與側向測力千斤頂的兩端相抵靠，所述側向位移指示表與試樣盒外側壁相連、且檢測方向與側向測力千斤頂布置方向平行。本發明具有結構簡單、易于安裝、能夠真實有效地獲取粘性土體抗剪強度數據、適應各種場地的特點，可以廣泛應用于粘性土檢測【技術領域】。
【專利說明】一種檢測粘性土抗剪強度的現場大型直剪試驗裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及粘性土檢測【技術領域】，特別是涉及一種檢測粘性土抗剪強度的現場大 型直剪試驗裝置。
【背景技術】
[0002] 在工程地質勘察及其工程建設中，為了獲取粘性土的抗剪強度值，需要使用儀器 對其進行測試。
[0003] 由于目前室內試驗的試樣采取具有局限性，受人為及天氣影響的因素較多，試樣 多為土塊，且體積偏小，易于擾動，而現有的大型直剪試驗裝置所用的堅向堆載不僅占用場 地大，而且容易出事故，因此，不能全面的反映粘性土體的真實強度。同時，現有的大型直剪 試驗裝置只能檢測水平地面上的試樣而無法對坡面上的試樣進行檢測，適用場合有限。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是為了克服上述【背景技術】的不足，提供一種檢測粘性土抗剪強度的 現場大型直剪試驗裝置，具有結構簡單、易于安裝、能夠真實有效地獲取粘性土體抗剪強度 數據、適應各種場地的特點。
[0005] 本發明提供的一種檢測粘性土抗剪強度的現場大型直剪試驗裝置，包括用于安放 粘性土樣品控制試樣受力的試樣盒、通過側向壓力表與側向液壓泵相連的側向測力千斤頂 以及通過固定支架錨固的側向位移指示表，還包括通過地錨錨固、位于試樣盒外側的承力 框架座，所述承力框架座內側壁與試樣盒外側壁分別與側向測力千斤頂的兩端相抵靠，所 述側向位移指示表與試樣盒外側壁相連、且檢測方向與側向測力千斤頂布置方向平行。
[0006] 在上述技術方案中，所述承力框架座頂面設有橫力梁，所述地錨突出于承力框架 座的錨桿上設有用于限位的栓釘，所述試樣盒內設有用于設置于粘性土樣品頂面的下平 板，所述下平板頂面由下至上依次設有滾軸和上平板，所述滾軸為多個且垂直于側向測力 千斤頂布置方向，所述上平板頂面設有垂向測力千斤頂，所述垂向測力千斤頂的頂面與橫 力梁相抵靠，所述垂向測力千斤頂通過垂向壓力表與垂向液壓泵相連，所述上平板頂面設 有通過固定支架錨固的垂向位移指示表，垂向位移指示表檢測方向與垂向測力千斤頂布置 方向平行。
[0007] 在上述技術方案中，所述滾軸之間等距并排設置。
[0008] 在上述技術方案中，所述滾軸為5個。
[0009] 在上述技術方案中，所述承力框架座頂面通過螺栓與橫力梁相連。
[0010] 在上述技術方案中，所述地錨、承力框架座、橫力梁、試樣盒、下平板、上平板、滾軸 和固定支架均為鋼制。
[0011] 在上述技術方案中，所述地錨穿過承力框架座四角的預留孔。
[0012] 在上述技術方案中，所述試樣盒長寬高分別為40cmX40cmX 15cm。
[0013] 本發明檢測粘性土抗剪強度的現場大型直剪試驗裝置，具有以下有益效果：由于 現有的大型直剪試驗裝置堅向加荷采用堆載的方法，所以只能檢測水平地面上的試樣而無 法對坡面上的試樣進行檢測，并且占用場地大、易出事故，而本發明堅向加荷采用垂向測力 千斤頂模擬堅向加荷，并且可以分級施加，不僅穩定性更好、對場地要求低、占用面積小，安 全性也大為提高，更為重要的是適應各種場地需要，除了水平地面，對坡度在15°以內坡面 上的試樣也能進行檢測，特別是隨著渠道開挖深度或沿著結構面如長大裂隙面發育方向也 能進行大型剪切試驗，解決了現有堅向堆載無法在坡面上穩定施加荷載的工程問題，而這 一問題的解決也使得側向荷載施力穩定，加力更連貫、更均勻。而在下平板和上平板之間 通過設置5?6個滾軸，不僅在堅向加荷時使試樣土體的受力更均勻，而且減小了側向加 載時沿側向產生的摩擦力，提高了對試樣側向抗剪強度檢測時的檢測精度，而只設置5?6 個滾軸是通過大量的試驗得到的數據，如果太少就不能將堅向荷載均勻地分布到試樣土體 上，而太多又會增加上、下平板與滾軸之間的摩擦力，不適當地提高摩擦力在受力體系中的 比例，從而影響到檢測精度。并且本發明還能根據試樣尺寸的要求進行調整，如承力框架座 的尺寸及地錨錨固的深度，更有利于整個裝置的加荷能力，能更真實地測試粘性土的剪切 強度。同時，與現有的大型直剪試驗裝置相比，本發明結構簡單、搬運方便、易于安裝、制樣 快捷、操作簡單方便。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發明檢測粘性土抗剪強度的現場大型直剪試驗裝置的俯視結構示意圖；
[0015] 圖2為本發明檢測粘性土抗剪強度的現場大型直剪試驗裝置的A-A剖視結構示意 圖；
[0016] 圖3為應用本發明檢測粘性土抗剪強度的現場大型直剪試驗裝置試驗后剪切應 力一側向位移關系曲線圖；
[0017] 圖4為應用本發明檢測粘性土抗剪強度的現場大型直剪試驗裝置試驗后剪切應 力一堅向正應力擬合示意圖。
【具體實施方式】
[0018] 下面結合附圖及實施例對本發明作進一步的詳細描述，但該實施例不應理解為對 本發明的限制。
[0019] 參見圖1至圖2,本發明檢測粘性土抗剪強度的現場大型直剪試驗裝置，包括地錨 1、承力框架座2、橫力梁3、螺栓4、栓釘5、試樣盒6、下平板7a、上平板7b、滾軸8、垂向液壓 泵9、垂向壓力表10、垂向測力千斤頂11、垂向位移指示表12、側向液壓泵13、側向壓力表 14、側向測力千斤頂15、側向位移指示表16和固定支架17。
[0020] 所述試樣盒6用于安放粘性土樣品控制試樣受力，所述試樣盒6長寬高分別為 40cmX40cmX15cm，該尺寸與試樣盒6中的粘土試樣的尺寸相同。所述側向測力千斤頂15 通過側向壓力表14與側向液壓泵13相連，所述側向位移指示表16通過固定支架17錨固。 所述承力框架座2通過地錨1錨固并位于試樣盒6外側，所述地錨1穿過承力框架座2四 角的預留孔。試樣盒6、承力框架座2的尺寸及地錨1錨固的深度還能根據試樣尺寸的要求 進行調整，更有利于整個裝置的加荷能力，能更真實地測試粘性土的剪切強度。所述承力框 架座2內側壁與試樣盒6外側壁分別與側向測力千斤頂15的兩端相抵靠。所述側向位移 指示表16與試樣盒6外側壁相連、且檢測方向與側向測力千斤頂15布置方向平行。本發 明堅向加荷采用垂向測力千斤頂15模擬堅向加荷，并且可以分級施加，不僅穩定性更好、 對場地要求低、占用面積小，安全性也大為提高，更為重要的是適應各種場地需要，除了水 平地面，對坡度在15°以內坡面上的試樣也能進行檢測，特別是隨著渠道開挖深度或沿著 結構面如長大裂隙面發育方向也能進行大型剪切試驗，解決了現有堅向堆載無法在坡面上 穩定施加荷載的工程問題，而這一問題的解決也使得側向荷載施力穩定，加力更連貫、更均 勻。
[0021] 所述承力框架座2頂面通過螺栓4與橫力梁3相連，所述地錨1突出于承力框架座 2的錨桿上設有用于限位的栓釘5。所述試樣盒6內設有用于設置于粘性土樣品頂面的下平 板7a，所述下平板7a頂面由下至上依次設有滾軸8和上平板7b。所述滾軸8為多個且垂 直于側向測力千斤頂15布置方向，所述滾軸8之間等距并排設置，在本實施例中，所述滾軸 8為5個，當然，也可以為6個。所述上平板7b頂面設有垂向測力千斤頂11，所述垂向測力 千斤頂11的頂面與橫力梁3相抵靠，所述垂向測力千斤頂11通過垂向壓力表10與垂向液 壓泵9相連。所述上平板7b頂面設有通過固定支架17錨固的垂向位移指示表12,垂向位 移指示表12檢測方向與垂向測力千斤頂11布置方向平行。在下平板7a和上平板7b之間 通過設置5?6個滾軸8,不僅在堅向加荷時使試樣土體的受力更均勻，而且減小了側向加 載時沿側向產生的摩擦力，提高了對試樣側向抗剪強度檢測時的檢測精度，而只設置5?6 個滾軸8是通過大量的試驗得到的數據，如果太少就不能將堅向荷載均勻地分布到試樣土 體上，而太多又會增加上、下平板7與滾軸8之間的摩擦力，不適當地提高摩擦力在受力體 系中的比例，從而影響到檢測精度。
[0022] 所述地錨1、承力框架座2、橫力梁3、試樣盒6、下平板7a、上平板7b、滾軸8和固 定支架17均為鋼制。
[0023] 采用本發明檢測粘性土抗剪強度的步驟如下：
[0024] 步驟一、選取并平整2m2的試驗場地，按試樣盒6切制一個同等尺寸的試樣，要求 試樣無擾動、無松動、無損壞，且試樣側邊與剪切應力方向平行或垂直。
[0025] 步驟二、參見圖1至圖2,在試樣盒6外側擺放承力框架座2,通過螺栓4將橫力梁 3安裝到承力框架座2頂面，在承力框架座2四角的預留孔位同步下地錨1，在地錨1上部 預留孔中穿栓釘5并壓緊承力框架座2四角。
[0026] 步驟三、在試樣盒6內的試樣頂面放置下平板7a，在下平板7a上順剪切方向等距 并排放置5個滾軸8,每個滾軸8垂直剪切方向設置，所述滾軸8頂部再以上平板7b覆蓋； 在上平板7b正中放置垂向測力千斤頂11，所述垂向測力千斤頂11與橫力梁3相抵靠，所 述上平板7b頂面安裝通過固定支架17錨固的垂向位移指示表12,并記錄垂向位移指示表 12初始值；在承力框架座2和試樣盒6之間沿剪切方向設置側向測力千斤頂15和側向位 移指示表16,并使承力框架座2內側壁和試樣盒6外側壁分別與側向測力千斤頂15兩端相 抵靠，側向測力千斤頂15居于試樣盒6外側壁中間，并記錄側向位移指示表16初始值；將 垂向測力千斤頂11通過垂向壓力表10與垂向液壓泵9相連，將側向測力千斤頂15通過側 向壓力表14與側向液壓泵13相連，將垂向壓力表10和側向壓力表14指針回零。
[0027] 步驟四、通過垂向測力千斤頂11向上平板7b勻速施加堅向荷載至預定值，每過 20min記錄上平板7b堅向位移，至上平板7b相對穩定，相對穩定指上平板7b堅向位移值小 于0. Olmm/h ;在20min內通過側向測力千斤頂15向試樣盒6內的試樣分級、連續施加側向 荷載，每級側向荷載為估算最大荷載的8%?10%，每過lmin記錄試樣盒6側向位移以及 側向壓力表14的側向壓力值，并觀察試樣盒6周圍土體變形情況，如果側向位移劇增或側 向位移量達試樣尺寸的1/10時，即可結束試驗。
[0028] 步驟五、完成三?四個不同壓力下的直剪試驗后，繪制如圖3所示的剪切應力一 側向位移關系曲線圖，確定剪切應力，在本實施例中，進行了四個直剪試驗，分別為模擬堅 向荷載在無荷載、天然56kpa、天然89kpa和天然115kpa情況下的剪切應力；然后再以剪 切應力為縱坐標、堅向應力為橫坐標繪制如圖4所示的剪切應力一堅向正應力關系圖，并 依據圖中數據擬合并確定土體抗剪強度，在本實施例中，剪切應力和堅向正應力關系式為y =0· 438χ+18· 70,其中，y為剪切應力，X為堅向正應力。
[0029] 通過與南水北調中線膨脹土滑坡反演得到的參數分析對比，發明人認為采用本發 明檢測粘性土抗剪強度的現場大型直剪試驗裝置所獲得的試驗成果真實可靠。
[0030] 顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精 神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍 之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
[0031] 本說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員公知的現有技術。
【權利要求】
1. 一種檢測粘性土抗剪強度的現場大型直剪試驗裝置，包括用于安放粘性土樣品控制 試樣受力的試樣盒（6)、通過側向壓力表（14)與側向液壓泵（13)相連的側向測力千斤頂 (15)以及通過固定支架（17)錨固的側向位移指示表（16)，其特征在于：還包括通過地錨 (I) 錨固、位于試樣盒（6)外側的承力框架座（2)，所述承力框架座⑵內側壁與試樣盒（6) 外側壁分別與側向測力千斤頂（15)的兩端相抵靠，所述側向位移指示表（16)與試樣盒（6) 外側壁相連、且檢測方向與側向測力千斤頂（15)布置方向平行。
2. 根據權利要求1所述的檢測粘性土抗剪強度的現場大型直剪試驗裝置，其特征在 于：所述承力框架座（2)頂面設有橫力梁（3)，所述地錨（1)突出于承力框架座（2)的錨 桿上設有用于限位的栓釘（5)，所述試樣盒（6)內設有用于設置于粘性土樣品頂面的下平 板（7a)，所述下平板（7a)頂面由下至上依次設有滾軸（8)和上平板（7b)，所述滾軸（8)為 多個且垂直于側向測力千斤頂（15)布置方向，所述上平板（7b)頂面設有垂向測力千斤頂 (II) ，所述垂向測力千斤頂（11)的頂面與橫力梁（3)相抵靠，所述垂向測力千斤頂（11)通 過垂向壓力表（10)與垂向液壓泵（9)相連，所述上平板（7b)頂面設有通過固定支架（17) 錨固的垂向位移指示表（12)，垂向位移指示表（12)檢測方向與垂向測力千斤頂（11)布置 方向平行。
3. 根據權利要求2所述的檢測粘性土抗剪強度的現場大型直剪試驗裝置，其特征在 于：所述滾軸（8)之間等距并排設置。
4. 根據權利要求3所述的檢測粘性土抗剪強度的現場大型直剪試驗裝置，其特征在 于：所述滾軸（8)為5個。
5. 根據權利要求2所述的檢測粘性土抗剪強度的現場大型直剪試驗裝置，其特征在 于：所述承力框架座（2)頂面通過螺栓（4)與橫力梁（3)相連。
6. 根據權利要求2至5中任一項所述的檢測粘性土抗剪強度的現場大型直剪試驗裝 置，其特征在于：所述地錨（1)、承力框架座（2)、橫力梁（3)、試樣盒￠)、下平板（7a)、上平 板（7b)、滾軸⑶和固定支架（17)均為鋼制。
7. 根據權利要求1至5中任一項所述的檢測粘性土抗剪強度的現場大型直剪試驗裝 置，其特征在于：所述地錨（1)穿過承力框架座（2)四角的預留孔。
8. 根據權利要求1至5中任一項所述的檢測粘性土抗剪強度的現場大型直剪試驗裝 置，其特征在于：所述試樣盒（6)長寬高分別為40cmX40cmX15cm。
【文檔編號】G01N3/24GK104142276SQ201410335954
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月15日 優先權日:2014年7月15日
【發明者】陽云華, 趙旻, 強魯斌, 趙鑫, 朱瑛潔, 張良平, 麻斌, 耿軍民 申請人:長江勘測規劃設計研究有限責任公司, 長江巖土工程總公司（武漢）
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