用于原位测试土体各向异性强度的新型剪切板的制作方法

本实用新型属于岩土工程测试的技术领域，特别是一种用于原位测试土体各向异性强度的新型剪切板。

背景技术：

地质资料是工程规划设计的基础资料，在工程建设中处于极其重要的地位，随着现代工程技术的发展，相应地对工程地质资料的丰富性、准确性等也提出了更高的要求。

目前对于土体强度的研究主要采用直剪仪、三轴仪、空心扭剪仪、无侧限抗压仪以及十字板剪切仪等进行试验研究。直接剪切试验、三轴试验、空心扭剪试验及无侧限抗压强度试验均属室内试验，需先在现场取土体样本，然后运送到实验室进行试验，但取土及运送不可避免地会对土样进行扰动，影响试验精度。其中真三轴仪及空心扭剪仪可模拟复杂应力状态下土体的变形特征，是现行研究各向异性土的主要试验仪器，但它们存在仪器设备及试验操作较复杂、试验周期长等缺点。十字板剪切试验属原位测试方法，可避免取土扰动的影响，适合于现场测定饱和软黏土的不排水抗剪强度，具有仪器构造简单、操作方便等优点，在工程建设中应用广泛。但对于土体而言，由于受固结程度不同或各向异性的影响，一般在水平方向、竖直方向及它们之前的斜面上的抗剪强度是不相等的，而十字板剪切试验只能测试出土体在竖直方向上的抗剪强度，这是十字板剪切仪的一个不足之处。

技术实现要素：

本实用新型的目的，在于提供一种用于原位测试土体各向异性强度的新型剪切板，与常规的十字板剪切仪相比，该剪切装置可实现土体竖直面和水平面之间的斜面上的强度测试，实现各向异性土体强度的原位测试，提高土体强度测试的精度。

本实用新型解决其技术问题的解决方案是：用于原位测试土体各向异性强度的新型剪切板，包括转轴以及固定于转轴下部的剪切板，所述剪切板的下端面布置下剪切边，剪切板的上端面布置有与下剪切边平行的上剪切边，所述下剪切边与转轴的外向夹角均为锐角，或者，所述下剪切边与转轴的外向夹角均为钝角。

作为上述技术方案的进一步改进，所述剪切板包括四片相同的平行四边形钢板，所述平行四边形钢板的其中一条侧边固定在转轴上，平行四边形钢板中位于其下部的边为下剪切边，平行四边形钢板中位于其上部的边为上剪切边，位于同一个平行四边形钢板中下剪切边和固定在转轴上的侧边之间的夹角为30°~90°，或者，位于同一个平行四边形钢板中下剪切边和固定在转轴上的侧边之间的夹角为90°~150°。

作为上述技术方案的进一步改进，四片所述平行四边形钢板均匀分布于转轴四周，相邻的两片平行四边形钢板之间的夹角为90°。

作为上述技术方案的进一步改进，所有所述平行四边形钢板中的下剪切边位于同一个锥面上。

作为上述技术方案的进一步改进，所有所述平行四边形钢板中的上剪切边位于同一个锥面上。

本实用新型的有益效果是：本实用新型用于现场原位试验，可避免室内试验取土扰动的影响，保证试验过程中土体的真实应力状态及结构状态，确保试验的精确度；试验操作简单、快捷，试验方法经济、环保；可测试出土体在竖直方向和水平方向之间的斜面上的抗剪强度值，克服常规十字板剪切仪仅能测试土体竖直方向上的抗剪强度的缺点，实现各向异性土体强度的原位测试。该实用新型结构简单，操作方便，测试时间短，经济性好，在土木工程领域中具有广泛的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是利用本实用新型进行剪切试验的被剪切土体的形状示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本实用新型的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。

参照图1～图2，用于原位测试土体各向异性强度的新型剪切板，包括转轴11以及固定于转轴11下部的剪切板12，所述剪切板12的下端面布置下剪切边14，剪切板12的上端面布置有与下剪切边14平行的上剪切边15，所述下剪切边14与转轴11的外向夹角均为锐角，或者，所述下剪切边14与转轴11的外向夹角均为钝角。转轴11用于将地面上的转动扭矩传递给地面下的剪切板12，剪切板12用于插入地面以下的测试土体中，对土体进行剪切试验。通过设置上下平行且相差一定距离的上剪切边和下剪切边，这样，被剪切土体的上下锥面相差一定的距离，可以减少被剪切土体的上下锥面相互之间的影响。当下剪切边14与转轴11的外向夹角均为锐角，或者，当下剪切边14与转轴11的外向夹角均为钝角，即位于不同的平行四边形钢板13中下剪切边14和固定在转轴11上的侧边之间的夹角，该夹角指的是位于平行四边形钢板13中的该位置的夹角，同时向上或者同时向下，使得在剪切试验中被剪切的土体受力均匀，四片平行四边形钢板13的夹角同时向上或同时向下，可使被剪切土体的上面和下面为相同的锥面。

进一步作为优选的实施方式，所述剪切板12包括四片相同的平行四边形钢板13，所述平行四边形钢板13的其中一条侧边固定在转轴11上，平行四边形钢板13中位于其下部的边为下剪切边14，平行四边形钢板13中位于其上部的边为上剪切边15，位于同一个平行四边形钢板13中下剪切边14和固定在转轴11上的侧边之间的夹角为30°~90°，或者，位于同一个平行四边形钢板13中下剪切边14和固定在转轴11上的侧边之间的夹角为90°~150°。在剪切试验时，通过下剪切边14和固定在转轴11上的侧边之间的夹角使得土体在竖直面和竖直面与水平面之间的斜面产生剪切破坏。转轴11的上部及与剪切板12连接的下部可为不同的截面，在满足强度和刚度的前提下，转轴11的下部应尽可能小，以减小剪切板入土时对原状土的扰动。

进一步作为优选的实施方式，四片所述平行四边形钢板13均匀分布于转轴11四周，相邻的两片平行四边形钢板13之间的夹角为90°，即相邻的两片平行四边形钢板13垂直。

进一步作为优选的实施方式，所有所述平行四边形钢板13中的下剪切边14位于同一个锥面上。

进一步作为优选的实施方式，所有所述平行四边形钢板13中的上剪切边15位于同一个锥面上。

为了实施如图1、2所示的用于海上风电的用于原位测试土体各向异性强度的新型剪切板12，本实用新型实施例还提供了一种施工方法，包括如下步骤：

S1、利用常规十字板剪切试验或其它测试方法测出被测试土体在竖直面上的抗剪强度值t₁；

S2、将本实用新型中的剪切板12压入测试土体中；

S3、对转轴11施加某一方向扭矩使转轴11朝一向转动，带动剪切板12剪切土体；

S4、通过测量装置测出土体剪破时施加于剪切板12上的扭矩M₁；

S6、利用土体竖直面上的抗剪强度值t₁求出土体被剪破时在竖直面上的剪应力所产生的抵抗力矩M₂，通过如下公式：

△M=M₁－M₂。

计算得出土体被剪破时在上下两个锥面上的剪应力所产生的抵抗力矩的和△M，进而求解土体在斜面上的抗剪强度值。

以上是对本实用新型的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。