专利名称：直剪式抗滑结构模型试验仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种模型试验设备，具体是一种用于抗滑结构模型试验的直剪式模型 试验仪，可对边坡(滑坡)支挡结构在滑坡推力作用下的内力变形特征进行模型试验研究， 从而为边坡(滑坡)治理及抗滑支挡结构特性研究提供技术支持。
背景技术：
对于边坡(滑坡)等地质灾害的发生及其防治问题研究，除了进行理论分析和现 场测试研究外，更多的要借助岩土体地质力学模型试验来解决。目前地质力学模型试验主 要分为两大类，一类是离心模型试验，另一类是普通的地质力学模型试验。离心模型试验在将岩土结构物或地基缩小N倍的同时，利用离心场提高模型的体 积力，人工形成N倍的重力加速度加到模型上，这样在保证与原型几何相似的前提下，也保 证了它们的力学相似；但离心模型试验中离心力分布远不像地层的重力那样分布均勻，导 致离心加速度场的误差，同时考虑到离心模型试验的费用较高，因此离心模型试验应用相 对较少。目前边坡(滑坡)抗滑支挡结构的普通地质力学模型试验中，通常是先选择合适 的相似比配制模型材料(包括滑床、滑体、滑带和模型桩等)，再根据已经设计好的模型试 验方案布设模型桩以及土压力盒测点等，最后在滑坡模型制作完成后，采用堆加沙袋的方 法或者采用千斤顶进行分级施加荷载，从而得出结果，这种试验方式通常都需要制作大型 的模型架，且其加载方式较为耗费人力和物力。当前已有部分学者通过直剪试验方式对边坡(滑坡)等抗滑支挡结构进行了试 验研究。Tomspon等[2006]利用单剪切盒模型，研究了微型抗滑桩在土体侧向运动时的 荷载传递特性，试验中采用单剪切盒推动土体侧向运动，但其进行的是现场试验研究，只在 地面以上部分设置了滑动轨道和剪切盒，没有形成一套完整的直剪式试验装置。丁建明等 [2005]利用室内小型直剪仪对三种不同粗糙度的土工合成材料与粘土在不同含水量、垂直 压力下进行了直剪试验研究，得出了垂直压力、含水量及土工合成材料的粗糙度对筋土之 间剪切性能的影响规律，其利用的是室内小型直剪仪，上下剪切盒均通过滚珠进行连接，其 缺点较为明显，即滚珠不固定、不均勻分布且容易掉落，并且模型试验过程中土体容易进入 滚珠之间的缝隙进而影响试验效果。尤迪[2009]利用直剪方式进行了室内抗滑桩加固岩 质顺层边坡模型试验，主要研究滑面存在的情况下，岩质顺层边坡中抗滑桩的内力随水平 滑坡推力的变化规律，但其试验过程中没有相应的上下剪切盒等直剪模型装置，而是直接 固定下部岩块模型，利用千斤顶直接推动上部岩块模型进行试验研究。反压式双盒现场直剪仪实用新型专利(申请号2005200972 . 3)提供了一种可 以用于土体原位剪切试验的现场直剪试验装置，上剪切盒和下剪切盒之间没有任何连接， 没有考虑上下剪切盒之间的摩擦带来的影响。应变控制式大型室内及现场两用直剪装置 实用新型专利(申请号200420057748. 7)和岩土力学直剪实验系统发明专利(申请号 200410061351. X)是一种可以用于各种细粒土、粗粒土及软岩的大型现场原位直剪试验及室内直剪试验的剪切装置，上剪切盒和下剪切盒直接用滚珠连接，滚珠的分布不均勻且容 易掉落，并且模型试验过程中土体容易进入滚珠之间的缝隙进而影响试验效果。一种粗 粒土直剪仪发明专利(申请号200310110739. X)和粗粒土直剪仪实用新型专利(申请号 200320114794. 1)是一种由测量上剪切盒或下剪切盒位移量的位移传感器来控制法向应力 大小的直剪仪，用来测量粗粒土的抗剪强度。应变控制式直接剪切仪实用新型专利(申请 号200620049927. 5)是一种测定土样抗剪强度的直接剪切仪，其上剪切盒和下剪切盒之间 通过滚珠进行连接，用于小型土样强度的测试。一种可直接测定界面摩擦力的直剪仪发明 专利(申请号200810048416. 5)提供了一种可以直接测定土样和上剪切盒之间界面摩擦力 的直剪装置，上下剪切盒之间仍采用滚珠连接，且需要设置额外的反力装置。以上各直剪式 发明或实用新型专利均只涉及现场或室内土样的抗剪强度参数测定，没有考虑用于抗滑结 构模型试验研究的需要。综上，目前边坡(滑坡)抗滑支挡结构模型试验研究中还未见有利用专门研制的 直剪试验设备进行相关模型试验研究的报道。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是，克服背景技术中的不足，提供一种稳定的可以在 加载方向上保持自平衡的直剪式模型试验设备，该设备可用于边坡(滑坡)支挡结构特性 的模型试验研究。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种直剪式抗滑结构模 型试验仪，该试验仪包括剪切系统和加载系统两大部分，其中剪切系统主要由钢板底座、下 剪切盒、上剪切盒及钢质直线导轨组成；加载系统主要由反力架、荷载传感器和液压千斤顶 组成。上剪切盒与下剪切盒之间通过钢质直线导轨连接在一起，钢质直线导轨安装在上剪 切盒盒壁外侧下部的角钢上，保持导轨滑动中心面略高于剪切缝中心面。下剪切盒与反力 架通过钢板底座形成一个整体而固定不动，在上剪切盒的后侧面设置承载装置，承载装置 上安装荷载传感器，上剪切盒在水平推力作用下相对于下剪切盒作相对滑动。本发明的有益效果是在该直剪式抗滑结构模型试验仪中，用钢质直线导轨代替 滚珠，避免了滚珠不固定、分布不均勻等缺陷；由于导轨安装在上剪切盒盒壁外侧的角钢 上，因而盒壁可以使用透明的有机玻璃，重量轻，便于观测，同时剪切缝的宽度不受导轨限 制，可以根据实际需要通过调整剪切盒壁的高度控制剪切缝的宽度；导轨滑动中心面略高 于剪切缝中心面，避免了试验过程中土体进入导轨而影响试验效果；反力架通过底座与下 剪切盒固定，从而使得该直剪式模型试验设备能够在加载方向上保持自平衡，不需要额外 的反力装置。同时，通过设置固定螺栓保证了模型填筑过程中上剪切盒的位置固定，通过设 计保证了试验所需的剪切行程并避免了滑动后上剪切盒中土体的滑落。
附图1是本发明直剪式抗滑结构模型试验仪的右侧面图示；附图2是本发明直剪式抗滑结构模型试验仪的正立面图示。其中编号 名称编号 名称
a上剪切盒4导轨底座b下剪切盒5固定螺栓C钢板底座6剪切缝d钢质直线导轨7槽钢e反力架8荷载传感器f加载装置9千斤顶1角钢10小钢板2钢板11水平托板3有机玻璃板
具体实施例方式参照附图1、附图2并结合相应的实施例，对本发明提供的直剪式抗滑结构模型试 验仪的具体实施方式
进行说明。该直剪式抗滑结构模型试验仪包括剪切系统和加载系统两大部分。剪切系统主要 由上剪切盒、下剪切盒、钢板底座及钢质直线导轨组成；加载系统主要由反力架、千斤顶、荷 载传感器组成。实施例中剪切系统的总高度为1245mm，其中，上剪切盒高496mm，下剪切盒高 700mm，剪切缝宽4mm，钢板底座的厚度为45mm。上剪切盒及下剪切盒的净长、宽均为600mm， 盒骨架由不同型号的角钢焊接而成。盒壁采用8mm厚的有机玻璃板，通过螺栓与盒骨架固 定在一起。下剪切盒与钢板底座焊接成一个整体。上剪切盒与下剪切盒之间通过钢质直线导轨连接在一起。见附图2，钢质直线导轨 安装在上剪切盒左右两侧盒壁的外侧，通过薄钢板与螺栓连接于上剪切盒左右两侧下部的 加固角钢上，即将导轨先固定于薄钢板上，再用螺栓将薄钢板和上剪切盒左右两侧面下部 的加固角钢固定在一起。每根导轨上设有两个底座。下剪切盒顶面加固角钢表面设有4个 卡槽，每根导轨对应沿加载方向的两个卡槽，卡槽可将导轨的底座位置固定。由于钢质直线 导轨安装在了上剪切盒盒壁外侧的角钢上，因而盒壁可以使用透明的有机玻璃，重量轻，便 于观测，同时剪切缝的宽度亦可不受导轨限制，可根据需要进行调整；同时导轨滑动中心面 略高于剪切缝中心面，避免了试验过程中土体进入导轨而影响试验效果。在上剪切盒的后侧面设置承载装置。实施例中的承载装置由槽钢、加固钢板及上 剪切盒在该部位的型钢相互焊接而成，承载装置上安装有荷载传感器，用于测量实际施加 在上剪切盒上的水平推力。见附图1及附图2，上剪切盒通过螺栓临时性固定于下剪切盒上，以保证模型填筑 过程中上剪切盒的位置固定不动。下剪切盒正立面顶部设置水平托板(钢板)，在具体的 实施例中，水平托板相对于上剪切盒前缘长12cm，在水平托板外边缘的两端焊接有两块高 5cm的小钢板，通过上述设计既可以满足试验行程，也可以防止试验过程中上剪切盒中土体 的滑落。在加载系统中，反力架由具有足够刚度的槽钢焊接而成，在反力架横梁上与荷载 传感器相对应的部位设置液压千斤顶，千斤顶安装在千斤顶的卡槽内，千斤顶的卡槽由焊 接于反力架横梁上的两个Z 50X5的角钢构成。
反力架与钢板底座焊接在一起，钢板底座又与下剪切盒相连接，从而反力架与下 剪切盒成为一个固定整体，使得该直剪式抗滑结构模型试验仪能够在加载方向上保持自平 衡，不需要额外的反力装置。
权利要求
1.直剪式抗滑结构模型试验仪，包括上剪切盒a、下剪切盒b、钢板底座C、钢质直线导 轨d、反力架e和加载装置f六大部分，其特征在于所述的上剪切盒a和下剪切盒b之间是 通过钢质直线导轨d进行相对滑动的。
2.根据权利要求1所述的上剪切盒，其特征在于所述的钢质直线导轨d安装在了上剪 切盒a左右盒壁外侧下部的加固角钢上。
3.根据权利要求2所述的钢质直线导轨，其特征在于所述的两根钢质直线导轨d是置 于底座上并固定于下剪切盒b上相应位置的卡槽中，钢质直线导轨d的滑动中心面略高于 剪切缝的中心面。
4.根据权利要求1所述的反力架，其特征在于所述的反力架e与钢板底座c和下剪切 盒b是依次连接的，即反力架e与钢板底座c焊接，钢板底座c又与下剪切盒b连接，三者 成为一个固定整体。
全文摘要
本发明提供的直剪式抗滑结构模型试验仪，包括由钢板底座、下剪切盒、上剪切盒及钢质直线导轨组成的剪切系统及由反力架和千斤顶组成的加载系统；上剪切盒通过钢质直线导轨与下剪切盒连接，下剪切盒通过钢板底座与反力架连接。本发明提供的直剪式抗滑结构模型试验仪的优点用钢质直线导轨代替滚珠，避免了滚珠不固定的缺陷；由于导轨安装在上剪切盒盒壁外侧的角钢上，因而盒壁可采用有机玻璃，重量轻，便于观测，同时剪切缝的宽度不受导轨限制；导轨滑动中心面略高于剪切缝中心面，避免了试验过程中土体进入导轨影响试验效果；反力架通过底座与下剪切盒固定，使该直剪式抗滑结构模型试验仪能够在加载方向保持自平衡，无需额外的反力装置。
文档编号G01M99/00GK102135475SQ201010244518
公开日2011年7月27日 申请日期2010年8月4日 优先权日2010年8月4日
发明者刘凯, 刘小丽, 周贺, 张丹丹, 苏媛媛 申请人:中国海洋大学