一种多功能大型温控饱和直剪单剪两用仪的制作方法

本实用新型涉及岩土工程技术领域，尤其涉及一种多功能大型温控饱和直剪单剪两用仪。

背景技术：

修建大型填埋场是我国处理城市生活垃圾问题的主要手段之一，针刺钠基膨润土防水毯（GCL）和土工膜（GM）等土工合成材料越来越多地应用于现代卫生填埋场的底部衬里结构中。由于土工合成材料之间界面以及土工合成材料与土层界面的抗剪强度较低，研究土工合成材料的界面抗剪强度对分析填埋场的稳定性有重要意义。

由于垃圾土的生化降解会产生大量的热使得底部衬里的温度升高，一般正常运行的填埋场底部温度可达60℃，而在特殊情况下衬里的温度可达70℃或更高。土工合成材料与光滑金属表面的摩擦力很小，仅采用两端固定的夹具方式不能避免试样在剪切过程中的局部滑移。

正是基于上述考虑，本实用新型设计了一种多功能大型温控饱和直剪单剪两用仪。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多功能大型温控饱和直剪单剪两用仪可以用来试验研究不同温度条件下土工合成材料之间界面抗剪强度、土与土工合成材料界面抗剪强度、粗颗粒土和垃圾土的抗剪强度；有效地解决了土工合成材料的固定问题，更好地研究土工合成材料的界面抗剪强度。

为了实现本实用新型的目的,本实用新型采用的技术方案为：

本实用新型公开了一种多功能大型温控饱和直剪单剪两用仪，包括主机架、用于放置试样的剪切盒、用于放置剪切盒的水箱、垂直加载机构、水平加载机构以及位移计，所述水箱外部设有保温隔热层，所述水箱的内壁上设有加热器、温度传感器；所述剪切盒由上剪切盒和下剪切盒拼接组合而成，所述上剪切盒的一侧与设置在主机架上的水平反力座顶紧，所述下剪切盒的另一侧与所述水平加载机构的端部顶紧；所述垂直加载机构端部与所述上剪切盒的顶部顶紧。

所述水箱的一侧壁上设有用于与第一刚性传力杆配合滑动的第一通孔，所述上剪切盒的一侧壁下方设有呈L形的第一顶杆，所述第一刚性传力杆的一端与水平反力座顶紧，另一端与第一顶杆的端部顶紧；所述水箱的另一侧壁上设有用于与水平刚性传力杆配合滑动的第二通孔，所述下剪切盒的一侧壁下方设有呈L形的第二顶杆，所述水平刚性传力杆的一端与第二顶杆的端部顶紧，另一端与水平加载机构的端部顶紧；所述水箱的水箱盖上设有用于与垂直刚性传力杆配合滑动的第三通孔，所述垂直刚性传力杆的一端与上剪切盒顶部的上剪切盒盖顶紧，另一端与所述垂直加载机构的端部顶紧；所述第一、水平与垂直刚性传力杆呈两端部设有外缘的圆柱形结构。

所述垂直、水平加载机构为液压缸，所述水平加载机构的活塞杆端部设有与之连接的顶块，所述顶块的端部设有与所述水平刚性传力杆端部凸起形状相匹配的凹槽，所述凹槽的截面呈弧形结构。

所述上剪切盒呈中空底部开口的方形结构，所述下剪切盒呈中空顶部开口的方形结构，所述上剪切盒的顶部与下剪切盒的底部之间设有开缝滚珠排；所述上、下剪切盒内设有用于夹持试样的尖齿固定板。

所述开缝滚珠排呈方形结构，所述开缝滚珠排的顶部设有滚珠，底部设有插入件；所述下剪切盒顶部与所述水平加载机构轴向相平行的顶壁上设有用于插入件插入的限位孔。

所述尖齿固定板的截面形状与所述上、下剪切盒的内腔截面形状相同，所述尖齿固定板的一侧壁上均匀分布有尖齿；所述尖齿固定板与上、下剪切盒的内腔顶部与底部之间设有垫块。

还包括防翘装置，所述防翘装置包括防翘杆、防翘螺栓，所述水箱盖上设有用于防翘杆插入的防翘孔，所述防翘杆的一端插入防翘孔后与放置在水箱内的上剪切盒的顶部顶紧，另一端设有截面大于所述防翘杆截面的限位部；所述防翘螺栓包括螺杆以及设置在螺杆底部的顶杆，所述螺杆外部的螺纹与设置在所述主机架上的螺纹孔相匹配，所述顶杆的端部可与所述限位部顶紧。

所述位移计包括垂直位移计和水平位移计，所述垂直位移计的一端固定于主机架1上，另一端与垂直位移计接触杆的顶部接触，所述水箱盖上设有用于垂直位移计接触杆插入的接触孔，所述垂直位移计接触杆的底端与所述上剪切盒盖相连；所述水箱的侧壁上设有用于螺栓杆插入的螺栓孔，所述螺栓杆的一端与所述下剪切盒侧壁相连；所述水平位移计设置于水箱外用于测量所述螺栓杆的位移距离。

所述水箱的侧壁下方设有固定座，所述固定座与设置在主机架上的连接座通过固定螺栓相连。

所述下剪切盒的底部设有滚动轴排。

本实用新型的有益效果在于：

1.本实用新型可以用来试验研究不同温度条件下土工合成材料之间界面抗剪强度、土与土工合成材料界面抗剪强度、粗颗粒土和垃圾土的抗剪强度；

2.本实用新型通过设置尖齿固定板有效地解决了土工合成材料的固定问题，更好地研究土工合成材料的界面抗剪强度；

3.本实用新型通过设置开缝滚珠排保证上、下剪切盒之间形成滚动工作状态，可以根据实际情况选择上、下剪切盒之间的开缝高度来适应土工合成材料单剪试验的需要。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中开缝滚珠排和下剪切盒的装配图；

图3为本实用新型中上、下剪切盒和开缝滚珠排的结构示意图；

图4为本实用新型中尖齿固定板的结构示意图；

图5为本实用新型中水箱盖的俯视图；

图6为本实用新型的部分结构示意图；

图7为本实用新型中水箱的右视图。

图中，1主机架，11水平反力座，12连接座，2上剪切盒，21第一顶杆，22上剪切盒盖，3下剪切盒，31第二顶杆，32限位孔，33滚动轴排，4水箱，41第一刚性传力杆，42水平刚性传力杆，43垂直刚性传力杆，44水箱盖，45垂直位移计接触杆，46螺栓孔，47固定座，5垂直加载机构，6水平加载机构，61顶块，62凹槽，7开缝滚珠排，71滚珠，72插入件，8尖齿固定板，81尖齿，91防翘杆，92防翘螺栓，93限位部，94螺杆，95顶杆，96螺纹孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：

参见图1-图7。

本实用新型公开了一种多功能大型温控饱和直剪单剪两用仪，包括主机架1、用于放置试样的剪切盒、用于放置剪切盒的水箱4、垂直加载机构5、水平加载机构6以及位移计，所述水箱4外部设有保温隔热层，所述水箱4的内壁上设有加热器、温度传感器；所述剪切盒由上剪切盒2和下剪切盒3拼接组合而成，所述上剪切盒2的一侧与设置在主机架1上的水平反力座11顶紧，所述下剪切盒3的另一侧与所述水平加载机构6的端部顶紧；所述垂直加载机构5端部与所述上剪切盒2的顶部顶紧，通过水箱4内壁上的加热器将其内的水加热，当温度传感器测得水箱4内的水达到所需温度时，停止加热器，通过保温隔热层对水箱4内的水进行温度控制，从而实现饱和温控剪切试验；优选的，保温隔热层为ESP保温隔热层。

对土样进行剪切试验的工作过程如下：在下剪切盒3放入一块透水板，然后把上剪切盒2放在下剪切盒3上，用定位螺栓将上剪切盒2与下剪切盒3连接，将所需试验的土样装入剪切盒内，在土样上面再放入透水板，随后将剪切盒装入恒温封闭饱和的水箱4内，安装水箱盖44，将水箱4推入主机架1内，安装位移计，安装好后拆除定位螺栓，通过计算机控制垂直加载机构5与水平加载机构6，同时可在计算机上采集到土样的垂直位移与水平位移以及对应的垂直荷载与剪切应力；

对土工合成材料复合界面进行剪切试验的工作过程如下：将下剪切盒3中放入不锈钢多孔垫块和尖齿固定板8，并使得尖齿固定板8刚好达到下剪切盒3的顶面位置，在尖齿固定板8上依序铺设多层土工合成材料，根据多层土工合成材料的总厚度选择合适尺寸的开缝滚珠排7，将上剪切盒2装入仪器并在铺设好的多层土工合成材料顶面再放入分布小尖齿的不锈钢板和传力刚性垫块，确保上部的不锈钢板能够随剪切盒位置不变而固定，随后将剪切盒装入恒温封闭饱和的水箱4，安装水箱盖，其余步骤同上。

所述水箱4的一侧壁上设有用于与第一刚性传力杆41配合滑动的第一通孔，所述上剪切盒2的一侧壁下方设有呈L形的第一顶杆21，所述第一刚性传力杆41的一端与水平反力座11顶紧，另一端与第一顶杆21的端部顶紧，确保在剪切试验整个过程中上剪切盒2保持位置不动；所述水箱4的另一侧壁上设有用于与水平刚性传力杆42配合滑动的第二通孔，所述下剪切盒3的一侧壁下方设有呈L形的第二顶杆31，所述水平刚性传力杆42的一端与第二顶杆31的端部顶紧，另一端与水平加载机构6的端部顶紧；所述水箱4的水箱盖44上设有用于与垂直刚性传力杆43配合滑动的第三通孔，所述垂直刚性传力杆43的一端与上剪切盒2顶部的上剪切盒盖22顶紧，另一端与所述垂直加载机构5的端部顶紧；所述第一、水平与垂直刚性传力杆呈两端部设有外缘的圆柱形结构，确保第一、水平与垂直刚性传力杆不会有第一、第二、第三通孔中滑出，造成剪切试验无法正常进行，优选的，水箱4的外壁上设有密封换，密封环的内壁上设有O形密封圈，O形密封圈与第一、水平与垂直刚性传力杆的外壁贴紧，确保其在自由推移时不会出现透水现象。

所述垂直、水平加载机构为液压缸，所述水平加载机构6的活塞杆端部设有与之连接的顶块61，所述顶块61的端部设有与所述水平刚性传力杆42端部凸起形状相匹配的凹槽62，所述凹槽62的截面呈弧形结构。

所述上剪切盒2呈中空底部开口的方形结构，所述下剪切盒3呈中空顶部开口的方形结构，所述上剪切盒2的顶部与下剪切盒3的底部之间设有开缝滚珠排7，优选的开缝滚珠排7的厚度可分为5mm、10mm、15mm、20mm等规格，可以根据实际情况选择上、下剪切盒之间的开缝高度来适应土工合成材料单剪试验的需要；所述上、下剪切盒内设有用于夹持试样的尖齿固定板8，通过设置尖齿固定板8可以很好的固定土工合成材料。

所述开缝滚珠排7呈方形结构，所述开缝滚珠排7的顶部设有滚珠71，底部设有插入件72；所述下剪切盒3顶部与所述水平加载机构6轴向相平行的顶壁上设有用于插入件72插入的限位孔32，保证上、下剪切盒之间形成滚动工作状态。

所述尖齿固定板8的截面形状与所述上、下剪切盒的内腔截面形状相同，所述尖齿固定板8的一侧壁上均匀分布有尖齿81，相较于传统仪器在进行土工合成材料剪切试验时需要对其进行胶粘而节省了大量时间，通过尖齿81能够有效的避免试样在剪切过程中的局部滑动；所述尖齿固定板8与上、下剪切盒的内腔顶部与底部之间设有垫块，优选的垫块为不锈钢多孔垫块。

对土工合成材料与土体界面进行剪切试验的工作过程如下：将下剪切盒3中放入不锈钢多孔垫块和尖齿固定板8，并使得尖齿固定板8的表面刚好与下剪切盒3的顶面位置齐平，将土工合成材料铺在尖齿固定板8上，然后将上剪切盒2装上并采用定位螺栓将其与下剪切盒8固定住，再在上剪切盒2内装入所需试验的土样，随后将剪切盒装入恒温封闭饱和的水箱4，安装水箱盖44，将水箱4推入主机架1内，安装垂直位移计和水平位移计，同时拆除定位螺栓，通过计算机控制垂直加载机构5与水平加载机构6施力，同时可在计算机上采集到土样的垂直位移与水平位移以及对应的垂直荷载与剪切应力。

还包括防翘装置，所述防翘装置包括防翘杆91、防翘螺栓92，所述水箱盖44上设有用于防翘杆91插入的防翘孔，所述防翘杆91的一端插入防翘孔后与放置在水箱4内的上剪切盒2的顶部顶紧，另一端设有截面大于所述防翘杆91截面的限位部93；所述防翘螺栓92包括螺杆94以及设置在螺杆94底部的顶杆95，所述螺杆94外部的螺纹与设置在所述主机架1上的螺纹孔96相匹配，所述顶杆95的端部可与所述限位部93顶紧，水箱4推入主机架1之后，转动防翘螺栓92，使得其上的螺杆94沿着螺纹孔96轴向向下移动，直至顶杆95与防翘杆91上的限位部93顶紧，此时防翘杆91的下端与上剪切盒2顶部顶紧；优选的，具有四根防翘杆91分别与上剪切盒2顶部的四个顶角顶紧，防止粗颗粒土在剪切过程中发生翘曲。

所述位移计包括垂直位移计和水平位移计，所述垂直位移计的一端固定于主机架1上，另一端与垂直位移计接触杆45的顶部接触，所述水箱盖44上设有用于垂直位移计接触杆45插入的接触孔，所述垂直位移计接触杆45的底端与所述上剪切盒盖22相连，从而测得垂直位移；所述水箱4的侧壁上设有用于螺栓杆插入的螺栓孔46，所述螺栓杆的一端与所述下剪切盒3侧壁相连；所述水平位移计设置于水箱4外用于测量所述螺栓杆的位移距离，水平位移计在水箱4外测量螺栓杆的位移即可得到下剪切盒3的水平位移。

所述水箱4的侧壁下方设有固定座47，所述固定座47与设置在主机架1上的连接座12通过固定螺栓相连，确保在剪切试验过程中水箱不会发生位移，同时也具有定位限位作用。

所述下剪切盒3的底部设有滚动轴排32，减少剪切时的摩擦阻力，同时可以用于推动下剪切盒3前后移动，方便装卸试样；下剪切盒3侧壁下方安装有导向钢球，防止剪切时产生侧向转动。

实施例1，本实施例主机架1采用板式框架结构，外形尺寸为长1530mm，宽800mm，高1400mm，下剪切盒3为外边方形，内孔尺寸为300mm×300mm，高度为128mm，上剪切盒2同为内孔方形，内孔尺寸为300mm×300mm，在进行土样的剪切试验时，土样最大许用粒径为60mm，垂直加载模机构5和水平加载机构6都使用步进电机，所能施加的最大垂直应力和最大水平推力为200 kN，最大垂直行程和最大水平行程为100mm；步进电机加载模块可通过计算机控制法向压力施加速度和水平剪切速度，通过计算机可以控制下剪切盒3的水平剪切在0.01 mm/min - 10mm/min范围匀速开展；配备垂直位移计3支，水平位移计8支，具体的位移计安装数量及位置按具体试验要求而定。恒温封闭饱和的水箱4的加热温度设置为常温—70℃；将上述装置用于测试钠基膨润土防水毯GCL与土工膜GM复合界面的剪切强度时，其工作过程如下：将下剪切盒3中放入不锈钢多孔垫块和尖齿固定板8，并使得尖齿固定板8刚好达到下剪切盒3的顶面位置，在尖齿固定板8上铺设300mm×300mm的土工膜GM试样，根据GM+GCL土工合成材料复合衬里的厚度情况选择高度为10 mm的开缝滚珠排7，随后将上剪切盒2拼装在下剪切盒3之上，放入300mm×300mm尺寸的钠基膨润土GCL试样，再在GCL顶面依次放入尖齿固定板8和不锈钢多孔垫块，然后将装好试样的剪盒装入恒温封闭饱和的水箱4内，在水箱4内注水并确保浸水位高于土工合成材料表面5mm以上，安装水箱盖44；随后通过移动小车将恒温封闭饱和的水箱4推入主机架1内，安装水平位移计与垂直位移计；通过计算机控制垂直传力装置与水平传力装置进行垂直荷载和水平剪力的施加；通过计算机调节试验所需温度，恒温封闭饱和的水箱4内的加热装置将会自动启动，当温度传感器测得水箱内的温度达到预设值时，加热装置将会自动关闭。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。