一种粗粒土直剪试验可视化剪切装样盒的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种粗粒土直剪试验可视化剪切装样盒，包括上剪切盒、下剪切盒、承压板及用于传递压力和剪力的刚性组件A和刚性组件B，所述上剪切盒与下剪切盒通过固定销钉串接固定在一起，所述承压板安装在上剪切盒上方，所述刚性组件A设置在承压板上面，刚性组件B设置在上剪切盒侧面，所述上剪切盒与下剪切盒之间还设置有泡沫垫圈和限位钢珠，所述上剪切盒及下剪切盒均由完全透明的钢化玻璃制成，在上剪切盒及下剪切盒内部侧壁上均贴有标识条带。采用本发明可以实现直接观测粗粒土颗粒的受力情况，通过观察颗粒运动及土体变形，能更加深刻的了解土体剪切破坏情况及理解直剪试验的原理，从而更好地理解土体的受力情况及剪切带的发育过程。
【专利说明】一种粗粒土直剪试验可视化剪切装样盒
【技术领域】
[0001]本发明属于岩土工程【技术领域】，涉及一种粗粒土直剪试验装置，具体是涉及一种粗粒土直剪试验可视化剪切装样盒。
【背景技术】
[0002]在岩土工程领域，粗粒土作为一种常见的建筑及工程材料，其应用相当广泛，主要担负抗剪抗滑等工程作用。粗粒土普遍的具有颗粒粒径不均匀、颗粒间粘结力小、单个颗粒强度大、抗剪强度高、承载力大、压缩性小等特点。为获取粗粒土的抗剪强度参数，一般需通过直剪试验或三轴试验得出。然而，传统的直剪试验只能得出土体的强度参数，而无法探究粗粒土颗粒在受剪时的受力状态，为了测出粗粒土颗粒在受剪时的受力状态，减小随剪切位移的发生而产生的剪切面中心位移，达到真实反映岩土实际抗剪特性，目前通常是采用粗粒土直剪仪器进行试验，现有的粗粒土直剪仪器种类繁多，但是这些粗粒土直剪仪器在直剪试验中均难以观察到土颗粒的运动变形过程。
[0003]如申请号为200320114794.1的中国实用新型专利就公开了一种粗粒土直剪仪，它包括底座、下剪盒、上剪盒、传压板、滚动支撑架、和安装的横梁上的垂直加载装置，所述传压板与上剪盒之间设置有上滚轴排，下剪盒与上剪盒分别与加载力的方向相反的水平加载装置连接。下剪盒和上剪盒均为活动的，通过水平加载装置施加在下剪盒和上剪盒上的方向相反的水平加载力，下剪盒和上剪盒做相反方向的移动，保证了试验过程中垂直载荷始终不偏心，即锁定了剪切面中心位置。该技术方案虽然试验的基本条件和理论要求的库伦抗剪强度定力的条件一致，使试验结果产生的失真和误差均较小，直剪试验可以比较真实的反映岩、土的实际抗剪特性。但是粗粒土在直剪试验中，其剪切面附近上下剪切盒中的颗粒会因受力而运动，从而是土体发生变形，所有翻滚运动的颗粒形成一个变形区域，此区域即所谓的剪切带。采用上述技术方案所述粗粒土直剪仪无法直观观察到土颗粒的运动变形过程，不能更好的理解土体的受力情况及剪切带的发育过程，也即土体的剪切破坏过程。因此，如何研制一种可视化剪切装置来实现上述目的，并用于进行粗粒土颗粒粒径对直剪试验中剪切带宽度影响的研究，是目前亟待解决的问题。
【发明内容】
[0004]为解决上述问题，本发明提供一种粗粒土直剪试验可视化剪切装样盒。通过该剪切装样盒可以使得直剪试验中土颗粒的受剪过程直观的展现出来，从而更好地理解土体的受力情况及剪切带的发育过程。
[0005]本发明是通过如下技术方案予以实现的。
[0006]一种粗粒土直剪试验可视化剪切装样盒，包括上剪切盒、下剪切盒、承压板及用于传递压力和剪力的刚性组件A和刚性组件B，所述上剪切盒与下剪切盒通过固定销钉串接固定在一起，所述承压板安装在上剪切盒上方，所述刚性组件A设置在承压板上面，刚性组件B设置在上剪切盒侧面，所述上剪切盒与下剪切盒之间还设置有泡沫垫圈和限位钢珠，所述上剪切盒及下剪切盒均由完全透明的钢化玻璃制成。
[0007]所述上剪切盒及下剪切盒内部侧壁上均贴有标识条带。以标识粗粒土颗粒运动变形状态及剪切破坏带发育情况，标识条带为一种轻薄的泡沫窄条带，其中一面有粘性，直接粘贴于剪切盒内部侧壁。
[0008]所述上剪切盒及下剪切盒的横断面为内边长500mmX500mm的正方形。其高度可以调整以适应不同粒径大小的粗粒土颗粒。
[0009]所述上剪切盒和下剪切盒的形状和大小相同，且在上剪切盒的下端和下剪切盒的上端设置有用于容纳限位钢珠的钢珠槽。
[0010]本发明的有益效果是:
[0011]与现有技术相比，采用本发明所述的剪切装样盒，可以实现直接观测粗粒土颗粒的受力情况，通过观察颗粒运动及土体变形，能更加深刻的了解土体剪切破坏情况及理解直剪试验的原理。本发明可以适用于颗粒较大的粗粒土直剪试验，其尺寸可随意调整，可制成室内大型粗粒土直剪试验500mmX 500mm的直剪仪尺寸，满足最大粒径为60mm的粗粒土试样进行试验。
[0012]本发明由于采用完全透明的钢化玻璃制成剪切盒，用于在粗粒土直剪试验中放置土样。在装样前，将下剪切盒与加压系统的下底板固定，上、下剪切盒通过销钉固定在一起，待装样完毕后拔去销钉，开始试验。在试样剪切过程中，完全透明的剪切盒可以直接观察剪切盒子内部粗粒土颗粒的受力状态及土体运动变形情况；同时，通过设置在剪切盒内部侧壁的标识条带，可以更加清晰地展示土体的剪切破坏带的发育情况。本发明结构简单、制作及操作容易，可方便地用于实际生产，并可用于科研，如研究不同颗粒大小的粗粒土对直剪试验中剪切带的发育宽度的影响等，可在岩土工程【技术领域】广泛推广应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明的剖面结构示意图；
[0014]图2为图1的A-A向剖视结构示意图；
[0015]图3为本发明中泡沫垫圈的结构示意图。
[0016]图中:1-上剪切盒，2-下剪切盒，3-承压板，4-泡沫垫圈，5-限位钢珠，6_刚性组件A, 7-刚性组件B, 8-底板，9-标识条带，10-固定销钉，11-销钉孔，12-钢珠槽。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
[0018]如图1至图3所示，本发明所述的一种粗粒土直剪试验可视化剪切装样盒，包括上剪切盒I及下剪切盒2，所述下剪切盒2与反力系统的底板8固定在一起，上剪切盒I与下剪切盒2通过固定销钉10串接固定在一起，所述上剪切盒I上面设置有承压板3，在承压板3上方设置有刚性组件A6，在上剪切盒I侧面设置有刚性组件B7，在剪切试验中，装样完毕后压力通过刚性组件A6施加在承压板3上，剪力通过刚性组件B7施加在上剪切盒I的侧面。所述上剪切盒I与下剪切盒2之间还设置有泡沫垫圈4和限位钢珠5。所述泡沫垫圈4制作成正方形结构，其大小和形状与上剪切盒I和下剪切盒2相匹配，在上剪切盒I与下剪切盒2之间采用泡沫垫圈4填塞，是为了防止试样挤出或洒落，限位钢珠5的作用是形成剪切开缝并限制剪切方向。在试验前，将泡沫垫圈4安放在下剪切盒2内壁边缘上并进行简易固定；待装样完毕后即可开始试验。
[0019]所述上剪切盒I及下剪切盒2内部侧壁上均贴有标识条带9。以便于标识粗粒土颗粒运动变形状态及剪切破坏带发育情况。标识条带9为一种轻薄的泡沫窄条带，其中一面有粘性，直接粘贴于剪切盒内部侧壁上。在粘贴时，确保上剪切盒I上的标识条带9与下剪切盒2上的标识条带9处于同一条直线上。
[0020]所述上剪切盒I及下剪切盒2均由透明的钢化玻璃制成，其断面形状为内边长500mmX500mm的正方形。其高度可以调整，以适应不同粒径大小的粗粒土颗粒；其刚度可根据试验规程中关于土料最大粒径和最小试样高度的规定选取。
[0021]所述上剪切盒I和下剪切盒2的形状和大小相同，且在上剪切盒I的下端和下剪切盒2的上端设置有用于容纳限位钢珠5的钢珠槽12。安装时，将上剪切盒I刻有钢珠槽12的一面朝下反扣在下剪切盒2上，以使上剪切盒I能顺利地沿刻有钢珠槽12的方向运动。将四根固定销钉10插入销钉孔11以固定住上剪切盒I和下剪切盒2的相对位置，即可进行试样装填。
[0022]下面结合说明附图进一步说明本发明的应用:
[0023]如图1、图2所示，本发明在制作时，首先利用强度和刚度都很大的钢化玻璃制作成透明的上剪切盒I和下剪切盒2，其形状均为正方形，边长可定为500mmX 500mm，其刚度可根据试验规程中关于土料最大粒径和最小试样高度的规定选取。
[0024]为方便起见，事先在上剪切板I和下剪切盒2的内部侧壁粘贴起标识颗粒运动及土体变形的标识条带9。标识条带9的数目根据剪切盒的尺寸而定，若剪切盒尺寸为边长500mmX 500mm,则标识条带9的间距为50mm,标识条带9长度与剪切盒的高度相同。
[0025]将下剪切盒2与反力系统的底板8固定起来，同时在下剪切盒2的钢珠槽12内放置适宜数目的限位钢珠5，以起到形成剪切开缝并限制剪切方向的作用。将泡沫垫圈安放在下剪切盒2内壁边缘并进行简易固定。然后将上剪切盒I刻有钢珠槽的一面朝下反扣在下剪切盒2上，以使上剪切盒I能顺利地沿刻有钢珠槽12方向运动。将四根固定销钉10插入销钉孔11以固定住上剪切盒I和下剪切盒I的相对位置，即可进行试样装填。
[0026]在本发明中，压力的剪力通过外部反力系统进行施加，剪切过程与一般粗粒土直剪试验相同。在粗粒土试样受剪过程中，剪切面附近的土颗粒由于受力而发生运动，包括平移和旋转，不断调整自身位置及颗粒定向排列。粗粒土颗粒本身强度较大，在剪切过程中还会发生颗粒断裂现象。这一切现象都可以通过本发明中完全透明的上剪切盒和下剪切盒直观的观察到，这是普通直剪试验剪切盒所不能做到的。粗粒土试样在剪切过程中，受剪力所影响的颗粒运动从而使剪切面附近的土体形成一个剪切条带，该条带不断发育即形成了土体剪切破坏。颗粒运动可以带动标识条带9的变形，剪切条带的发育过程可以通过标识条带9的变形而直观的展示出来；本技术方案中还可以通过测量标识条带9的变形，从而得到剪切带的发育宽度，这对于进行关于粗粒土颗粒粒径对剪切带宽度影响等方面的科研具有应用价值。
【权利要求】
1.一种粗粒土直剪试验可视化剪切装样盒，包括上剪切盒(I)、下剪切盒(2)、承压板(3)及用于传递压力和剪力的刚性组件A (6)和刚性组件B (7)，所述上剪切盒(I)与下剪切盒(2)通过固定销钉(10)串接固定在一起，所述承压板(3)安装在上剪切盒(I)上方，所述刚性组件A (6)设置在承压板(3)上面，刚性组件B (7)设置在上剪切盒(I)侧面，其特征在于:所述上剪切盒(I)与下剪切盒(2)之间还设置有泡沫垫圈(4)和限位钢珠(5)，所述上剪切盒(I)及下剪切盒(2 )均由完全透明的钢化玻璃制成。
2.根据权利要求1所述的一种粗粒土直剪试验可视化剪切装样盒，其特征在于:所述上剪切盒(I)及下剪切盒(2 )内部侧壁上均贴有标识条带(9 )。
3.根据权利要求1所述的一种粗粒土直剪试验可视化剪切装样盒，其特征在于:所述上剪切盒(I)及下剪切盒(2)的横断面为内边长500mmX500mm的正方形。
【文档编号】G01N3/24GK103852371SQ201410089816
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年3月12日 优先权日:2014年3月12日
【发明者】郑星, 敖大华, 符文熹, 张胜 申请人:中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院有限公司