专利名称：框架组合式岩土体现场水平推剪试验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及岩土工程力学中现场岩土体抗剪强度的测定，特别涉及用于岩土体现场水平推剪试验的设备。
背景技术：
岩土体的抗剪强度是岩土工程力学中最重要的力学参数之一，是天然土石混合体、人工提坝、土石坝以及路基等土石方工程稳定性分析的重要依据。目前，广泛应用的岩土体抗剪强度的现场测定方法主要有直接剪切试验和三轴剪切试验，本实用新型所涉及的岩土体现场水平推剪试验属直接剪切试验，现有岩土体现场水平推剪试验方法，如中国建筑工业出版社1994年的《岩土工程手册》一书中所述，该试验方法在试坑预定深处将试体加工成三面垂直临空的半岛状，如图1所示，该试验方法所用的主要设备有装有压力表的卧式千斤顶安装在试坑内，以后枕木为依托通过前枕木对试体施加压力，所述千斤顶和前枕木、后枕木之间设置有钢板，钢板的厚度以加力后不变形为限；试体的尺寸要求为高度大于最大粒径的5倍，高度和宽度之比为1/3 1/4，长度为宽度的0. 8 1. 0倍，并在试体两侧各挖约20cm宽的空隙，槽中放置塑料布，其上用挖出的土回填并稍加夯实；然后，将千斤顶的着力点对准矩形试体正面的1/3高度及1/2宽度处，以每15 20分钟内水平位移约4mm的缓慢速度施加水平推力，当试验进行到压力表读数达到最大值，若再继续加压，压力表读数不但不增加反而降低时，此时的压力表最大读数为最大水平推力Pmax ；松开千斤顶油阀，使油压表读数回落到某一稳定值继续加压，使压力表读数再次达到某一试验峰值， 此时压力表读数为最小的水平推力Riiin。这样，根据相关公式即可计算出所测岩土体的抗剪强度的相关参数，并由此确定出滑动面位置，测量滑动面剖面线上各点的距离和高度，绘制滑动弧线剖面图。从现有的岩土体现场水平推剪试验方法很容易看出其不足之处，其一就是试验中试体前端受千斤顶推力的前钢板没有采取任何的固定措施，这就使得前钢板在加载受力过程中由于受力不平衡容易产生倾斜，从而导致对试体的推力方向产生变化，最终造成试验的失败或最后数据结果的不准确性；其二就是试验中试体两侧的空隙中放置的是塑料布包裹的稍加夯实后回填的土，这就使得施加在试体两侧侧面上的力不但具有很大的随意性， 而且还使试体两侧受到剪应力，从而导致试验数据的不准确性；因此，现有的试验方法得到的试验结果很难反映实际情况，在实际应用上存在一定的局限性。
发明内容本实用新型要解决的技术问题是克服现有的岩土体现场水平推剪试验方法中试体前端钢板在受力过程中无法保证始终竖直从而导致试体正面受力方向不稳定的缺陷，以及避免两侧面受回填土体摩擦阻力给最后分析结果所带来的影响，从而提供一种用于岩土体现场水平推剪试验的装置。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是框架组合式岩土体现场水平推剪试验装置，如图2所示，包括一放置在试体顶端的前加肋钢板及前枕木和一固定在试坑内侧后壁上的后加肋钢板及后枕木，前加肋钢板和后加肋钢板之间放置一安装有压力表的卧式微动千斤顶，其特征在于，试体两侧的空隙中分别安装有C型钢框架，该C型钢框架下方放置侧面钢板；所述侧面钢板与试体之间放置乳胶气囊，与试坑侧壁之间放置两个侧压千斤顶。所述两个C型钢框架由上部的C形滑道和下部的U形卡槽组成，由固定钢板和固定螺丝连接并保持C形滑道水平固定于试体两侧。所述前加肋钢板的上边缘两端各设置有两个滚动轴承，该滚动轴承镶嵌于C型钢框架的C形滑道内。所述侧面钢板上边缘镶嵌在U形卡槽中。所述试体两侧的乳胶气囊通过一条连通气压软管连接。所述试体两侧的四个侧压千斤顶通过一套连通油压软管连接。所述前加肋钢板前端面安装有四个记录位移量的百分表。所述乳胶气囊的外壁与试体的侧壁之间涂抹一层润滑油。本实用新型所产生的有益效果是本实用新型采用了在试体两侧安装框架并且把前钢板与框架结合在一起的方式，这样既使得钢板在受力移动过程中不会受到底面岩土体对钢板产生的摩擦阻力，也避免了钢板在受力不均勻的情况下产生的倾斜，从而保证了钢板在整个加载过程中始终保持竖直的状态不变，使得试体受到的正应力方向始终不变。同时，在试体侧面与钢板之间放置充气的乳胶气囊，并在乳胶气囊与试体接触面涂抹润滑油， 利用乳胶气囊的可变形特性，在加载过程中，使得乳胶气囊可以和试体的侧壁一起变形，在乳胶气囊和试体侧壁之间的摩擦力极大地减小，这样在试验过程中由于试体受力变形而引起的乳胶气囊和试体间的摩擦可以忽略不计，从而可以把试验过程真正简化为平面问题。 因此，本实用新型装置，可以保证对试体的正应力方向保持不变，且消除了试体两侧面上所受的剪应力，克服了现有的岩土体现场水平推剪试验装置存在的缺点，使得试验结果更加真实、可靠。
[0014]
以下结合附图和实施例对本实用新型的具体实施方式
作进一步说明。[0015] 图1为现有原位水平推剪法试验俯视图；[0016] 图2为本实用新型框架组合式岩土体现场水平推剪试§金装置的一实施例俯视图；[0017] 图3为本实用新型框架组合式岩土体现场水平推剪试§金装置的一实施例主视图；[0018] 图4为本实用新型框架组合式岩土体现场水平推剪试壤t装置的C型钢框架一实施例横截面图。[0019] 附图标示[0020] 卧式微动千斤顶1前枕木2后枕木3[0021]钢板 4试体5前加肋钢板6[0022] 后加肋钢板7C型钢框架8固定螺丝9[0023] 固定钢板10C形滑道11百分表12[0024] 侧压千斤顶13油压软管14滚动轴承15[0025]乳胶气囊16U形卡槽17试坑18侧面钢板19气压软管20破坏滑面2具体实施方式
参照附图，将详细叙述本实用新型的具体实施方案。制作一框架组合式岩土体现场水平推剪试验装置，如图2、图3所示，前加肋钢板6 及前枕木2放置在试体5的顶端，后加肋钢板7及后枕木3固定在试坑18内侧壁上，前加肋钢板6和后加肋钢板7之间放置卧式微动千斤顶1 ；试体5两侧的空隙中分别安装一条C 型钢框架8，该C型钢框架8结构如图4所示，由上部的C形滑道11和下部的U形卡槽17 组成，C型钢框架8由固定螺丝9和固定钢板10固定于试体两侧，并保持C型钢框架8上部的C形滑道11水平；前加肋钢板6的上部两边顶端各安装有两个滚动轴承15，两边的两个滚动轴承15各安装在两边C型钢框架8的C形滑道11内，并且在前加肋钢板6前端面安置4个用来记录钢板位移量的百分表12 ；试体5两边C型钢框架8下部的U形卡槽17中分别安置侧面钢板19，侧面钢板19与试体5之间各放置一个乳胶气囊16，两边的乳胶气囊 16用一条气压软管20连通，侧面钢板19与试坑18侧壁之间各安装两个侧压千斤顶13，两边共四个侧压千斤顶13用一套油压软管14连通；本例中，C型钢框架8的安装高度按照以下标准，即前加肋钢板6上端滚动轴承15嵌入C形滑道11后，前加肋钢板6底端恰好悬离试坑18底面为宜；所述的乳胶气囊16与试体5侧壁之间涂抹一层润滑油，进一步保证乳胶气囊16与试体5侧壁之间只有正应力而没有剪应力。利用上述实施例制作的框架组合式岩土体现场水平推剪试验装置进行现场试验时的具体步骤如下(1)在试坑18中计划深度处将试体5加工成三面垂直临空的半岛状立方体，试体 5尺寸视土体粒径而定，并在试体5两侧各挖一与试体5深度相同、宽度为20 30cm的空隙；(2)在试体5正对面的试坑18后侧壁上固定后枕木3及后加肋钢板7，在试体5 前端放置前枕木2，把前加肋钢板6上端两端的两个滚动轴承15分别嵌入C型钢框架8上端的C形滑道内，然后把C型钢框架8用固定螺丝9和固定钢板10组成的框架固定在试体 5两侧空隙中，并且保证C型钢框架8上部的C形滑道处于水平，C型钢框架8垂直安装高度以前加肋钢板6底端恰好悬离试坑18基底面为宜，C型钢框架8水平距试体5侧面的距离在1 3cm左右；(3)在前加肋钢板6和后加肋钢板7放置一装有压力表的卧式微动千斤顶1，该千斤顶以后枕木3为依托通过前枕木2对试体5施加压力，将卧式微动千斤顶1的着力点对准试体5顶端面的1/3高度及1/2宽度处，在前加肋钢板6凌空面四角附近各安装一个记录位移量的百分表12，然后把侧面钢板19分别竖直安装在两边C型钢框架8下部的U形卡槽中，侧面钢板19与试体5侧壁之间的空隙中各填充一个乳胶气囊16，乳胶气囊16与试体 5侧壁接触面涂抹一层润滑油，两边的乳胶气囊16通过一条气压软管20连通，侧面钢板19 与试坑18的两边侧壁之间各安装两个侧压千斤顶13，四个侧压千斤顶13之间通过一套油压软管14连通。(4)通过气压软管20向两个乳胶气囊16中充入适量空气，充入的空气量以乳胶气囊16与试体5侧壁及侧面钢板19完全接触为标准，然后通过油压软管14对4个侧压千斤顶13加压，对试体5两边侧壁施加某一定值的压应力，最后驱动卧式微动千斤顶1，以每 15 20分钟内水平位移4mm的速度施加水平推力推动试体5移动；在试验的过程中，由于卧式微动千斤顶1推动试体5向前运动，试体5的两侧面就会向外膨胀，这样就会推动乳胶气囊16和侧面钢板19向外移动，从而使得侧压千斤顶13 所受的压力增大，这时可以通过液压油泵来手动控制侧压千斤顶13保持在一定的压力值不变。(5)记录卧式微动千斤顶1上所带的压力表读数开始下降时的压力值，即为试体被剪坏时的最大推力Pmax，当推力达到最大推力Pmax时，破坏滑面21形成；然后，松开千斤顶油阀，使油压表读数回落到某一稳定值继续加压，使压力表读数再次达到某一试验峰值，此时压力表读数为最小的水平推力Rnin ；最后，根据最大推力Pmax和最小推力Rnin通过计算公式确定出所测岩土体抗剪强度的相关参数。比较本实用新型和现有试验装置可以看出，主要区别就是前钢板的安装方式和试体两侧面上侧向压力的施加方式不同。在现有的试验装置中，前钢板是自由放置的，靠千斤顶与试体的挤压力保持竖直，然而当千斤顶安装位置不恰当时，这样做的结果就是钢板在受力不均勻的情况下容易发生倾斜，从而传递给试体的正应力方向也发生变化，使试体受到其他方向应力分量的影响，导致最终结果不准确。同时，在现有的试验方法中，侧向力的施加是通过在试体两侧的槽中放置塑料布，其上用挖出的土石回填并稍加夯实来实现的， 这样做的结果就使得施加在试体两侧面上的力是不确定的，而且对试体侧壁还存在摩擦力，从而导致试验结果不稳定。而在本实用新型改进后的试验装置中，由于前钢板的上端被固定在C形滑道中， 只允许前钢板做前后平移运动，这样就杜绝了前钢板倾斜现象的发生，保证了对试体施加的正应力始终是与试体前端面垂直的。同时，侧向力的加载采用了侧面钢板和乳胶气囊相结合的柔性加载，在可以保持侧向力始终不变的同时，乳胶气囊可以和试体一起变形，从而不产生摩擦力，这样就保证了乳胶气囊与试体侧壁之间只有正应力，没有剪应力，使得试验结果更加准确。
权利要求1.框架组合式岩土体现场水平推剪试验装置，包括一放置在试体( 顶端的前加肋钢板(6)及前枕木(1)和一固定在试坑(18)内侧后壁上的后加肋钢板(7)及后枕木0)， 前加肋钢板(6)和后加肋钢板(7)之间放置一安装有压力表的卧式微动千斤顶(1)，其特征在于，试体(5)两侧的空隙中分别安装有C型钢框架(8)，该C型钢框架(8)下方放置侧面钢板(19)；所述侧面钢板(19)与试体之间放置乳胶气囊(16)，与试坑(18)侧壁之间放置两个侧压千斤顶(13)。
2.根据权利要求1所述的框架组合式岩土体现场水平推剪试验装置，其特征在于，所述两个C型钢框架(8)由上部的C形滑道(11)和下部的U形卡槽(17)组成，由固定钢板 (10)和固定螺丝(9)连接并保持C形滑道(11)水平固定于试体( 两侧。
3.根据权利要求1或2所述的框架组合式岩土体现场水平推剪试验装置，其特征在于， 所述前加肋钢板(6)的上边缘两端各设置有两个滚动轴承(15)，该滚动轴承(1 镶嵌于C 型钢框架⑶的C形滑道(11)内。
4.根据权利要求1或2所述的框架组合式岩土体现场水平推剪试验装置，其特征在于， 所述侧面钢板(19)上边缘镶嵌在U形卡槽(17)中。
5.根据权利要求1所述的框架组合式岩土体现场水平推剪试验装置，其特征在于，所述试体两侧的乳胶气囊(16)通过一条连通气压软管OO)连接。
6.根据权利要求1所述的框架组合式岩土体现场水平推剪试验装置，其特征在于，所述试体两侧的四个侧压千斤顶(1 通过一套连通油压软管(14)连接。
7.根据权利要求1所述的框架组合式岩土体现场水平推剪试验装置，其特征在于，所述前加肋钢板(6)前端面安装有四个记录位移量的百分表(12)。
8.根据权利要求1所述的框架组合式岩土体现场水平推剪试验装置，其特征在于，所述乳胶气囊(16)的外壁与试体(5)的侧壁之间涂抹一层润滑油。
专利摘要本实用新型涉及一种用于岩土体现场水平推剪试验的装置，该装置包括一放置在试体顶端的前加肋钢板及前枕木和一固定在试坑内侧壁上的后加肋钢板及后枕木，前、后加肋钢板之间放置一安装有压力表的千斤顶，试体两侧的空隙中安装C型钢框架，前加肋钢板上面左右两端各有两个滚动轴承，该滚动轴承安置于所述C型钢框架中；试体两侧设置有侧面钢板，所述侧面钢板和试体之间空隙中各填充一个连通的气囊；本实用新型保证了前受力钢板自始至终保持竖直状态，排除了以往试验由于钢板受力不均造成倾斜所带来的误差，同时还保证了所施加的侧向压力的可控性，使得试验结果具有可比性，将三维问题转化为平面问题，简化了试验结果的分析。
文档编号G01N3/24GK201993285SQ201120048000
公开日2011年9月28日 申请日期2011年2月25日 优先权日2011年2月25日
发明者张亚民, 赵海军, 郭捷, 马凤山 申请人:中国科学院地质与地球物理研究所