专利名称：饱和岩土试样直剪试验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及岩土力学强度试验技术，尤其涉及一种饱和岩土试样直剪试验装置。 具体地说，涉及到中小粒径碎石、裂隙土以及软岩的非饱和或饱和状态下力学强度的测试 技术；采用本试验装置，可以方便地对黏性与非黏性岩土试样进行本装置内饱和后并开展 饱和试样的直剪试验，同时还可方便地将本装置移至现场实时测试岩土的力学强度指标。
背景技术：
岩土工程的失稳绝大多数是由于剪切破坏引起的，准确测定岩土体的抗剪强度参 数在岩土工程建设中具有重要意义。岩土工程的失稳破坏都伴随着剪切位移的发展，因此， 通过施加剪切力(或剪切位移)对岩土体进行试验的方法一直受到重视，其中，直剪试验由 于其操作简便而受到普遍应用。众所周知，水对土体力学性状尤其是强度影响非常大，工程与研究中均需测试土 样的饱和状态下的力学性状。针对直剪试验根据土性不同采用不同的饱和方法，如针对砂 砾试样主要采用淋滤浸泡对试样进行饱和，对于细粒土主要采用抽真空饱和方法进行试样 饱和后将试样安装至剪切盒中进行试验。由于碎石土其保水性较差，通过淋水法对试样饱 和无法准确控制饱和度，即使试样饱和后，土样孔隙中的水也会在重力作用下排出，而针对 大型黏性裂隙土样的饱和采用抽真空饱和方法也因为试样尺寸过大而不能很好适用，即使 是通过抽真空饱和后试样的安装也存在诸多困难，目前还未有较好的解决办法。
发明内容
本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供了一种饱和岩土试样
直剪试验装置。本发明的目的是这样实现的
根据不同试验要求，进行天然含水或饱和土样的直剪试验，解决粗粒土以及裂隙土直 剪试验中土样饱和以及饱和土样直剪问题。具体地说，本装置包括试样剪盒、框架、加载系统、饱和系统、真空泵和数据采集系 统；
试样剪盒、加载系统、饱和系统、真空泵和数据采集系统都固定于框架20上组成一个 整体；
试样剪盒置于饱和系统的水槽之中，保证试样能完全饱和；
加载系统包括竖向加载系统和横向加载系统，分别和试样剪盒连接，实现对剪盒进行 竖向加载和横向加载；
真空泵和饱和系统连接，对封闭的水槽进行抽真空处理；
数据采集系统分别与剪盒和加载系统连接，实时监测记录力的大小和剪盒的位移。工作原理
通过在试样剪切盒外部设置一顶盖可以自由拆卸的密封水槽，将试样安装至剪切盒后，将水槽盖板安装密封好，开启真空泵将水槽内部空气抽除；又关闭真空泵和与之相连的 阀门后，开启注水阀门，向水槽以及试样注水饱和；再去除水槽盖板，施加垂直压力后进行 剪切试验。剪切试验过程中根据不同要求利用变速箱进行剪切速率控制，一般每组采用四 个不同垂直压力，可得到试样的水平应力与应变曲线和C、Φ强度指标 本发明具有以下优点和积极效果
①将真空饱和装置与直剪试验设备有机结合，避免了大尺寸黏性土样饱和与装样的不 便，同时还避免了先饱和后装样对松散土样的扰动，更避免粗粒碎石土持水性差无法完全 饱和的问题。②实现了中小粒径碎石土、裂隙土以及软岩的直剪试验测试，尤其是可实现对试 样的工地现场测试以及饱水状态岩土的往复直剪试验。③结构简单，紧凑较轻便，可方便运输至现场，大大节约了土样运输成本和扰动。
图1是本装置的结构方框图； 图2是本装置的结构示意图(主视)； 图3是本装置的结构示意图(俯视)； 图4是本装置的结构示意图(侧视)。图中
10—试样剪盒，
11一上剪切盒，12—下剪切盒，13—上剪盒固定架， 14一试样承压板，15—滑排，16—剪缝调节垫片；
20—框架，
21—竖向传力柱，22—竖向反力框架，23—底座，24—水平传力柱； 30—加载系统，
3Α—竖向加载系统，3Β—横向加载系统，
31—手动油压泵千斤顶，32—齿轮变速箱，33—变频电机；
40—饱和系统，
41 一进水管，42 —阀门，43—水槽； 50—真空泵；
60—数据采集系统，
61—竖直方向应力和位移传感器，
62—水平方向应力和位移传感器。
具体实施例方式下面结合附图和实施例详细说明 1、总体
如图1，本装置包括试样剪盒10、框架20、加载系统30、饱和系统40、真空泵50和数据 采集系统60 ；
其连接关系是试样剪盒10、加载系统30、饱和系统40、真空泵50和数据采集系统60都固定于框架 20上组成一个整体；
试样剪盒10置于饱和系统40的水槽43之中，保证试样能完全饱和； 加载系统30包括竖向加载系统3A和横向加载系统:3B，分别和剪盒10连接，实现对试 样剪盒10进行竖向加载和横向加载；
真空泵50和饱和系统40连接，对封闭的水槽进行抽真空处理； 数据采集系统60分别与试样剪盒10和加载系统30连接，实时监测记录力的大小和剪 盒10的位移。2、功能块 1)试样剪盒10
如图1-4，试样剪盒装置10是一种组装式结构(由永昌工程实验仪器公司制作)，包括 上剪切盒11、下剪切盒12、上剪盒固定架13、试样的承压板14、滑排15、剪缝调节垫片16 ； 其连接关系是
上剪切盒11位于下剪切盒12上方，并通过螺栓与上剪盒固定架13固定于底座23之 上，保证上剪切盒11在实验过程中固定不动；
下剪切盒12位于排滑15与上剪切盒11之间，下剪切盒12和上剪切盒11通过剪缝调 节垫片16连接，直接通过钢珠保证减小滑动摩擦，下剪切盒12置于滑排15之上并且受框 架20固定保证能沿剪力方向滑动；
试样承压板14置于上剪切盒11中试样和竖向传力柱21之间，竖向加载系统3A通过 竖向传力柱21把竖向力传递给试样承压板14，通过试样承压板14给试样施加竖向应力。所述上剪切盒11、下剪切盒12为一种容器的上下两部分； 所述试样承压板14为一种平面板；
所述滑排15为数个采用硬钢材料制成的光滑圆柱体；
所述剪缝调节垫片16为数个采用硬钢材料制成的平整光滑薄钢片，中间镶有钢珠保 证了滑动性。2)框架 20
如图1-4，框架20(永昌工程实验仪器公司制作)包括竖向传力柱21、竖向反力框架22、 底座23和水平传力柱M ；
所述竖向传力柱21为一种圆柱形钢柱；
所述竖向反力框架22为一种由横梁与两根立柱组合而成的门型结构，横梁与立柱采 用螺帽紧扣，横梁高度可调；
所述底座23由型钢加工而成，主要提供整套仪器的反力与支撑； 所述水平传力柱M为一种圆柱形钢柱。3)加载系统30
如图1-4，加载系统30包括竖向加载系统3A和横向加载系统:3B， 所述竖向加载系统3A是一种手动油压泵千斤顶31 ； 所述横向加载系统3B包括前后连接的变速箱32和变频电机33 ； 其连接关系是手动油压泵千斤顶31固定于竖向反力框架22之上，通过传力柱21给 试样施加竖向应力；竖向反力框架22利用螺栓固定于底座23之上；变速箱32和变频电机
633固定于底座23上，通过水平传力柱M和下剪切盒12相连，给试样施加剪切应力。手动油压泵千斤顶31选用台湾顺兴牌手动油压泵千斤顶S-4T ； 变速箱32为普通变速箱，选用济宁广兴GX256 ；
变频电机33为普通变频电机，选用南京中科3(145 ； 4)饱和装置40
如图1-4，饱和装置40包括依次连接的进水管41、阀门42和水槽43 ； 所述进水管41采用普通耐压水管； 所述阀门42采用普通球阀)；
所述水槽43 (永昌工程实验仪器公司制作)，采用不锈钢板螺栓组合而成，钢板之间有 密封垫圈，可保证水槽的密封性。5)真空泵 50
如图1，真空泵50选用普通的真空泵，选用淄博凯尼真空泵2BE-165。6)数据采集系统60
如图1-4，数据采集系统60分别与竖向方向应力和位移测量传感器61和水平方向应 力和位移测量传感器62连接；竖向方向应力和位移测量传感器61和水平方向应力和位移 测量传感器62分别位于竖向传力柱21和水平传力柱M之上，各传感器通过数据采集系统 60对实验数据进行采集分析。数据采集系统60 (永昌工程实验仪器公司制作)，通过传感器实时采集应力、应变 数据；
竖向方向应力和位移测量传感器61采用普通位移传感器和普通应力传感器； 位移传感器选用VOLFA直线位移传感器，型号WY020 ； 应力传感器选用INTERFACE，SM普通s型；
水平方向应力和位移测量传感器62采用普通位移传感器和普通应力传感器； 位移传感器选用VOLFA直线位移传感器，型号WY020 ； 应力传感器选用INTERFACE，SM普通s型。
权利要求
1.一种饱和岩土试样直剪试验装置，其特征在于包括试样剪盒(10)、框架(20)、加载系统(30)、饱和系统(40)、真空泵(50)和数据采集 系统(60)；剪盒(10)、加载系统(30)、饱和系统(40)、真空泵(50)和数据采集系统(60)都固定于 框架(20)上组成一个整体；试样剪盒(10)置于饱和系统(40)的水槽(43)之中，保证试样能完全饱和； 加载系统(30)包括竖向加载系统(3A)和横向加载系统C3B)，分别和剪盒(10)连接，实 现对试样剪盒(10)进行竖向加载和横向加载；真空泵(50)和饱和系统(40)连接，对封闭的水槽(43)进行抽真空处理； 数据采集系统(60)分别与试样剪盒(10)和加载系统(30)连接，实时监测记录力的大 小和剪盒(10)的位移。
2.按权利要求1所述的一种饱和岩土试样直剪试验装置，其特征在于试样剪盒(10)是一种组装式结构，包括上剪切盒(11)、下剪切盒(12)、上剪盒固定架 (13)、试样的承压板(14)、滑排(15)、剪缝调节垫片(16)；上剪切盒(11)位于下剪切盒12 (上方)，并通过螺栓与上剪盒固定架(13)固定于底座 (23 )之上，保证上剪切盒(11)在实验过程中固定不动；下剪切盒(12)位于排滑(15)与上剪切盒(11)之间，下剪切盒(12)和上剪切盒(11)通 过剪缝调节垫片(16 )连接，直接通过钢珠减小滑动摩擦，下剪切盒(12 )置于滑排(15 )之上 并且受框架(20)固定保证能沿剪力方向滑动；试样承压板(14)置于上剪切盒(11)中试样和竖向传力柱(21)之间，竖向加载系统 (3A)通过竖向传力柱(21)把竖向力传递给试样承压板(14)，通过试样承压板(14)给试样 施加竖向应力；所述上剪切盒(11)、下剪切盒(12)为一种容器的上下两部分； 所述试样承压板(14)为一种平面板； 所述滑排(15)为数个采用硬钢材料制成的光滑圆柱体；所述剪缝调节垫片(16)为数个采用硬钢材料制成的平整光滑薄钢片，中间镶有钢珠保 证了滑动性。
3.按权利要求1所述的一种饱和岩土试样直剪试验装置，其特征在于框架(20)包括竖向传力柱(21)、竖向反力框架(22)、底座(23)和水平传力柱(24)； 所述竖向传力柱(21)为一种圆柱形钢柱；所述竖向反力框架(22)为一种由横梁与两根立柱组合而成的门型结构，横梁与立柱采 用螺帽紧扣，横梁高度可调；所述水平传力柱(24)为一种圆柱形钢柱。
4.按权利要求1所述的一种饱和岩土试样直剪试验装置，其特征在于 加载系统(30)包括竖向加载系统(3A)和横向加载系统(3B)；所述竖向加载系统(3A)是一种手动油压泵千斤顶(31)； 所述横向加载系统(3B)包括前后连接的变速箱(32)和变频电机(33)； 手动油压泵千斤顶(31)固定于竖向反力框架(22)之上，通过传力柱(21)给试样施 加竖向应力；竖向反力框架(22)利用螺栓固定于底座(23)之上；变速箱(32)和变频电机(33)固定于底座(23)上，通过水平传力柱(24)和下剪切盒(12)相连，给试样施加剪切应 力。
5.按权利要求1所述的一种饱和岩土试样直剪试验装置，其特征在于 饱和装置(40 )包括依次连接的进水管(41)、阀门(42 )和水槽(43 )。
6.按权利要求1所述的一种饱和岩土试样直剪试验装置，其特征在于数据采集系统(60)分别与竖向方向应力和位移测量传感器(61)和水平方向应力和位 移测量传感器(62)连接；竖向方向应力和位移测量传感器(61)和水平方向应力和位移测 量传感器(62)分别位于竖向传力柱(21)和水平传力柱(24)之上，各传感器通过数据采集 系统(60)对实验数据进行采集分析。
全文摘要
本发明公开了一种饱和岩土试样直剪试验装置，涉及岩土力学强度试验技术。本发明的结构是试样剪盒、加载系统、饱和系统、真空泵和数据采集系统都固定于框架上组成一个整体；剪盒置于饱和系统的水槽之中，保证试样能完全饱和；加载系统包括竖向加载系统和横向加载系统,分别和剪盒连接，实现对剪盒进行竖向加载和横向加载；真空泵和饱和系统连接，对封闭的水槽进行抽真空处理；数据采集系统分别与剪盒和加载系统连接，实时监测记录力的大小和剪盒的位移。本发明实现了中小粒径碎石土、裂隙土以及软岩的直剪试验测试，尤其是可实现对试样的工地现场测试以及饱水状态岩土的往复直剪试验。
文档编号G01N3/24GK102095649SQ20101061220
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者孟庆山, 胡明鉴, 韦昌富, 颜荣涛, 魏厚振 申请人:中国科学院武汉岩土力学研究所