专利名称：直剪仪的剪切容器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种直剪仪的剪切容器，尤其涉及一种用于测定地下结构曲面与 土相互作用力学特性的直剪仪剪切容器。
背景技术：
对于土和结构相互作用的研究，比较常用的仪器是盒式直剪仪、三轴实验仪、叠环 式接触面单剪仪、扭剪仪、共振柱仪以及接触面循环加载剪切仪等，其中应用比较多的是直 剪仪和单剪仪。由于直剪仪的试样制备和仪器操作过程比较简单，而且由其得到的实验结 果与其它复杂设备所得到的结果基本一致，因此，目前在研究土与结构相互作用的接触面 力学特性中对直剪仪的应用更为广泛。常用的直剪仪主要由垂直加载部件、垂直变形量测 部件、水平加载部件、剪切力量测部件和剪切容器等构成。如
图1所示，传统的剪切容器由 基座、下剪切盒、上剪切盒和加压盖板等组成。用直剪仪做土与结构物接触面的剪切力学特 性实验时，将结构物置于下剪切盒中，且结构物上表面与下盒的上面平齐，然后放上剪切容 器的上剪切盒，对准上下剪切盒插入固定销，用透水石和加压盖板将土样推入上剪切盒，然 后加上竖向荷载，达到实验固结要求后，拔出固定销，即可进行剪切实验，从而测出土与结 构物接触面的相关力学参数。但现有的直剪仪仅能对表面是平面的结构物与土的相互作用 进行测试，而且现有的剪切盒为铸铜材料，容易发生锈蚀，无疑对所测出的力学参数产生一 定影响。但对一些特殊构筑物(如建筑及交通工程等大量采用的桩基础、钻井海洋平台所 采用的深水桩基础、煤炭及冶金矿山的立井井壁等)，其表面不再是平面，而是有一定弧度 的曲面，此时若再采用这种只能用于平面结构物的传统剪切容器，剪切盒中土体的受力状 态与工程中其实际的受力状态存在明显差异，所测出的力学参数显然与实际情况不符。
发明内容为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于测定地下结构曲面与土相互作 用力学特性的直剪仪剪切容器。本实用新型所述直剪仪的剪切容器，包括基座、上剪切盒、加压盖板及传压板，所 述基座上设有一用于放置结构物的结构面固定框，所述上剪切盒中设有一用于放置土样的 滑动框，所述传压板用于向滑动框内推入土样，其中所述结构面固定框的上表面加工成与 结构物曲面对应且曲率半径相同的凸面/凹面，所述滑动框和传压板的下表面加工成与结 构物曲面相对且曲率半径相同的凹面/凸面。本实用新型将传统的表面为平面的上下剪切 盒改为作用面具有一定曲率(曲率半径根据所需要测定的实际结构物表面确定)的结构面 固定框和滑动框，其中当结构物表面为凸面时，将结构物固定框的上表面设置为相配合的 凸面，而滑动框和传压板的下表面设置为对应的凹面，当结构物表面为凹面时，结构物固定 框对应设置为凹面，滑动框和传压板设置为凸面，这样可使该剪切容器适用于测定具有任 意曲面的结构物与土体接触面的力学特性。为使结构面固定框相对基座静止不动，在所述基座上设有一圆形凸台，该凸台与结构面固定框下部设置的圆形凹槽相配合，两者配合连接后能实现较好的定位效果。进一步，所述凸台上设有环形凹槽和/或十字形凹槽，便于控制实验过程的排水 条件。进一步，所述基座与结构面固定框活动连接，基座和结构面固定框分别加工，后用 螺栓连接，在使用过程中可只更换结构面固定框，无需将基座取下，在实际应用过程中可加 工多种曲率的结构面固定框和滑动框，根据结构物的曲面情况随时更换相同曲率的结构面 固定框和滑动框，增加了该剪切容器的通用性。上述装置中，所述滑动框的外壁与上剪切盒的内壁形状相配合，滑动框插入上剪 切盒中并与其紧密贴合，保证滑动框与上剪切盒运动一致。上述装置中，所述结构面固定框的上部和滑动框内均设有用来放置结构物和土样 的圆孔，且结构面固定框上部的圆孔与下部的凹槽连通。进一步，所述传压板和加压盖板的外径与结构面固定框和滑动框内圆孔的内径相 配合。优选的，所述传压板为透水石，便于排出土样中的水分。为降低成本，所述剪切容器中除传压板外的其他构件均采用不锈钢材料制造，并 对其进行调质处理，为防止发生锈蚀，所有构件加工完成后进行发蓝处理。综上所述，本实用新型具有以下优点1、通过设计具有与结构物曲面相配合的结构面固定框和滑动框，可研究具有不同 曲率的结构物表面与土之间相互作用的力学特性，克服了传统剪切盒只能研究具有水平结 构物表面与土之间相互作用力学特性的弊端。2、将结构面固定框和滑动框加工成可拆装的单独部分，增加了基座和上剪切盒的 通用性，实验时无需将基座取下，仅需根据结构物的曲面更换相应的结构面固定框和滑动 框即可，提高了实验效率，同时节约了成本。3、将与土体相接触的透水石表面加工成与结构物表面曲率半径相同的凹面或凸 面，使土体的受力更接近于实际的径向应力状态，从而使测得的力学参数更加精确。4、剪切容器采用不锈钢材料制造，并进行调质和发蓝处理，与传统的铸铜材料相 比，提高了仪器的强度、硬度、塑性以及韧性等力学性能和抗锈蚀的能力，节约了成本。
以下结合附图对本实用新型的实施方式进行详细描述图1是传统剪切容器的结构示意图；图加是本实用新型所述剪切容器的主视图；图2b是本实用新型所述剪切容器的俯视图；图2c是本实用新型所述剪切容器的左视图；图3a是基座的俯视图；图北是基座的A向剖视图；图3c是基座的左视图；图如是结构面固定框的俯视图；图4b是结构面固定框的B向剖视图；[0028]图如是结构面固定框的左视图；图fe是滑动框的俯视图；图恥是滑动框的C向剖视图；图5c是滑动框的左视图；图6a是上剪切盒的俯视图；图6b是上剪切盒的D向剖视图；图6c是上剪切盒的左视图；图7a是传压板的俯视图；图7b是传压板的左视具体实施方式
本实用新型所述的直剪仪的剪切容器，如图所示，包括基座1、上剪切盒2、置于基 座中的结构面固定框3和置于上剪切盒中的滑动框4以及用于给土体加压的加压盖板和传 压板13，结构面固定框3上部设有第一圆孔10，滑动框4内设有第二圆孔12，两圆孔内径相 同，且两者的内径与加压盖板和传压板13的外径相配合，滑动框4的外壁与上剪切盒2的 内壁形状相配合，使得滑动框4能插入上剪切盒2中。所述基座1中设有一圆形凸台5，结 构面固定框3下部设有一与第一圆孔10连通的圆形凹槽9，其中凸台5的外径与凹槽9的 内径相配合，并且凸台5上表面设有用来排水的环形凹槽6和十字形凹槽7，所述结构面固 定框3的对角位置设有两沉孔11，基座1上的对应位置设有两螺栓孔8，用来旋入螺栓，固 定基座1和结构面固定框3。测定表面为凸面的结构物时，所述结构面固定框3的上表面加 工成曲率半径为R的凸面(R为结构物表面的曲率半径)，所述滑动框4的下表面和传压板 13的下表面加工成曲率半径为R的凹面。所述传压板13可以采用透水性较好的透水石，其 它构件采用不锈钢制作，并进行调质和发蓝处理。实验时的具体操作步骤如下1、将基座1放在直剪仪下剪切盒滑道上，并使基座左端卡入直剪仪驱动端头。2、将结构面固定框3放入基座1中，使得凸台5插入凹槽9中，将内六角螺栓沿预 留沉孔11旋入基座1，使二者连为一体。3、依次将垫块、两面均为平面的常用透水石以及与结构面固定框3上表面曲率相 同的结构物等放入结构面固定框3的第一圆孔10内，并使结构物曲面与结构面固定框3上 表面平齐。4、将与结构面固定框3曲率相同的滑动框4放入上剪切盒2内，然后将二者放在 结构面固定框3上，并使上剪切盒2右端卡入直剪仪荷重传感器测试端头。5、驱动基座1，以使滑动框4中的第二圆孔12与结构面固定框3中的第一圆孔10 对齐。6、将实验土样放入滑动框中的第二圆孔12中，再依次放上下表面曲率半径为R的 透水石及加压盖板，然后施加法向荷载，按照实验的加载及固结要求即可进行土与结构物 接触面的剪切力学特性实验。
权利要求1.一种直剪仪的剪切容器，包括基座(1)、上剪切盒O)、加压盖板及传压板(13)，其特 征在于所述基座(1)上设有一用于放置结构物的结构面固定框(3)，所述上剪切盒O)中 设有一用于放置土样的滑动框G)，所述传压板(1 用于向滑动框内推入土样，其中 所述结构面固定框(3)的上表面加工成与结构物曲面对应且曲率半径相同的凸面/凹面， 所述滑动框(4)和传压板(1 的下表面加工成与结构物曲面相对且曲率半径相同的凹面 /凸面。
2.根据权利要求1所述的直剪仪的剪切容器，其特征在于所述基座(1)上设有一圆 形凸台(5)，该凸台(5)与结构面固定框(3)下部设置的圆形凹槽(9)相配合。
3.根据权利要求2所述的直剪仪的剪切容器，其特征在于所述凸台(5)上设有环形 凹槽(6)和/或十字形凹槽(7)。
4.根据权利要求3所述的直剪仪的剪切容器，其特征在于所述基座(1)与结构面固 定框( 活动连接。
5.根据权利要求4所述的直剪仪的剪切容器，其特征在于所述滑动框的外壁与 上剪切盒O)的内壁形状相配合。
6.根据权利要求5所述的直剪仪的剪切容器，其特征在于所述结构面固定框(3)的 上部和滑动框内均设有用来放置结构物和土样的圆孔，且结构面固定框(3)上部的圆 孔与下部的凹槽(9)连通。
7.根据权利要求6所述的直剪仪的剪切容器，其特征在于所述传压板(1 和加压盖 板的外径与结构面固定框(3)和滑动框内圆孔的内径相配合。
8.根据权利要求7所述的直剪仪的剪切容器，其特征在于所述传压板(13)为透水石。
9.根据上述权利要求任一项所述的直剪仪的剪切容器，其特征在于所述剪切容器中 除传压板(13)外的其他构件均采用不锈钢材料制造。
专利摘要本实用新型涉及一种直剪仪的剪切容器，尤其涉及一种用于测定地下结构曲面与土相互作用力学特性的直剪仪剪切容器。该直剪仪的剪切容器包括基座、上剪切盒、加压盖板及传压板，所述基座上设有一用于放置结构物的结构面固定框，所述上剪切盒中设有一用于放置土样的滑动框，所述传压板用于向滑动框内推入土样，其中所述结构面固定框的上表面加工成与结构物曲面曲率半径相同的凸面/凹面，所述滑动框和传压板的下表面均加工成与结构物曲面曲率半径相同的凹面/凸面。本实用新型可用于研究具有不同曲率的结构物表面与土之间相互作用的力学特性，并且将结构面固定框和滑动框加工成可拆装的单独部分，增加了基座和上剪切盒的通用性，节约了成本。
文档编号G01N3/24GK201885920SQ20102058783
公开日2011年6月29日 申请日期2010年11月2日 优先权日2010年11月2日
发明者周国庆, 夏红春, 李亭, 汤美安, 赵光思, 陆勇 申请人:中国矿业大学, 聊城大学