用于岩体现场直剪试验翻转试件的装置和方法与流程

本发明属于岩土工程中岩体现场直剪试验领域，具体涉及一种可用于岩体现场直剪试验翻转试件的装置和方法。

背景技术：

岩体现场直剪试验是指预定的剪切面在垂直（法向）压应力作用下，施加剪切力，直至试件剪切破坏的试验，主要包括混凝土与岩体接触面直剪试验、结构面直剪试验以及岩体直剪试验三种类型。该试验的目的在于测定岩体抵抗剪切破坏的能力，为地（坝）基、地下建筑物和边坡的稳定计算分析提供抗剪强度参数（摩擦系数和黏聚力），是各类工程，尤其是大型水利工程勘察设计中的重要一环。

岩体现场直剪试验结束后，需翻转试件，测量剪切面面积，记录剪切面的破坏情况。然而，各类型岩体现场直剪试验所采用的试件由岩体和混凝土保护壳组成，尺寸多在50cm×50cm×35cm（长×宽×高）以上，重量在220kg以上。并且，直剪试验试件的混凝土保护壳多在模板内浇筑，表面规则光滑，徒手不易抓牢。在现场无辅助工具的条件下翻转试件具有一定的难度，通常需要多人配合完成。一旦试件脱手，易将作业人员砸伤，具有一定的危险性。

另外，翻转试件时试件不会被完全抬起，试件底面将在剪切面上滑动，剪切面的真实情况，如剪切面面积、擦痕的分布、碎屑的分布等将被破坏，严重影响试验结果的真实性。

因此，急需发明一种用于岩体现场直剪试验翻转试件的装置，使得翻转试件工作变得简单、快捷、轻巧、安全，使得剪切面破坏情况不被扰动，以此推动岩体现场直剪试验技术改进，为勘察设计工作提供更加真实、准确、科学的数据。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于岩体现场直剪试验翻转试件的装置，用以解决岩体现场直剪试验翻转试件难度大的问题，其技术方案如下：

用于岩体现场直剪试验翻转试件的装置，包括框形且上下相对的上层夹件装置和下层夹件装置，下层夹件装置后侧绕左右延伸的轴线转动连接有前后伸缩可调的反力杆，下层夹件装置和上层夹件装置之间连接有在左右两侧各自设置且上下两端滑动连接的剪叉形的斜拉杆。

优选地，上层夹件装置和下层夹件装置均为矩形框架结构。

优选地，上层夹件装置和下层夹件装置均包括左右延伸的转轴及其上左右滑动连接的两个纵梁，两纵梁位于转轴前方，两纵梁的前段之间搭接有左右延伸的横梁，横梁上开设有位于搭接位置且左右延伸、上下贯通的横梁调距槽，横梁调距槽的下方设有开设在纵梁上且前后延伸、上下贯通的纵梁调距槽，纵梁调距槽和横梁调距槽之间穿接有固定螺栓组件。

优选地，转轴的两端各自固定有挡止在两横梁相背侧的转轴帽。

优选地，斜拉杆包括两相互交叉而呈x形的斜杆，两斜杆的两端各自固定有滑动螺栓，滑动螺栓沿前后方向滑动插接在上层夹件装置的纵梁和下层夹件装置的纵梁上开设的滑槽中。

优选地，上层夹件装置的转轴中间固定有升降座，下层夹件装置的转轴中间固定有升降杆转筒，升降杆转筒和升降座之间连接有升降杆，升降杆连接有设置在升降座上且在手轮驱动下控制升降座上下移动的手轮升降机构。

优选地，反力杆的前端连接有绕左右延伸的轴线转动连接在下层夹件装置后侧的转筒，反力杆的前端同轴连接有伸缩螺杆，伸缩螺杆的前端固定有球冠形的反力座。

本发明的另一目的是提供一种应用上述装置的用于岩体现场直剪试验翻转试件的方法，其技术方案如下：

可用于岩体现场直剪试验翻转试件的方法，包括：

将框形的上层夹件装置套接固定在试件顶部，将与上层夹件装置通过剪叉形的斜拉杆相连的框形的下层夹件装置套接固定在试件底部，并将下层夹件装置后侧铰接的反力杆伸长至抵顶硐壁岩体的位置；然后，以下层夹件装置和反力杆的铰接位置为铰点翻转试件。

本发明的有益效果：

本发明通过上、下层夹件装置及斜拉杆，可以将试件夹牢，翻转试件时，便于抓牢和发力，使翻件工作变的更加轻巧和安全；通过反力杆在硐壁岩体合试件之间的支撑作用，可以防止试件翻转过程中滑动，减少对剪切面真实情况的破坏。从而在本发明装置的作用下，辅助工作人员进行试件翻转，降低了试件翻转的难度。

附图说明

图1为本发明用于岩体现场直剪试验翻转试件的装置整体结构示意图；

图2为图1的后视图；

图3为本发明装置中下层夹件装置示意图；

图4为本发明装置中上层夹件装置示意图。

图中：

1、试件；2、上层纵梁；3、上层滑槽；4、滑动螺栓；5、下层纵梁；6、斜拉杆；7、下层滑槽；8、升降杆；9、中部固定螺栓；10、下层转轴；11、反力杆；12、伸缩螺杆；13、反力座；14、上层右转轴；15、升降阀门；16、上层左转轴；17、升降座；18、升降杆转筒；19、下层横梁；20、下层横梁调距槽；21、下层纵梁调距槽；22、横纵梁固定螺栓；23、转轴帽；24、纵梁转筒；25、反力杆转筒；26、上层横梁；27、上层横梁调距槽；28、上层纵梁调距槽。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本发明实施例提供了一种用于岩体现场直剪试验翻转试件的装置，如图1至图4所示，包括：下层夹件装置、上层夹件装置，还包括：

斜拉装置，包括若干斜拉杆6、若干斜拉杆滑动螺栓4和若干斜拉杆中部固定螺栓9，设置在所述下层夹件装置与上层夹件装置之间，在翻转试件1时用来进行力的传递，并保证所述上下层夹件装置将试件1固定牢固，不滑脱；

升降装置，包括：升降杆8、升降座17和升降阀门15，所述升降装置用来调节所述上层夹件装置的位置；

支撑装置，包括反力杆11、伸缩螺杆12和反力座13，所述支撑装置在翻转试件1时，用来提供反力，使试件1不发生滑动；

转动装置，包括下层转轴10、上层右转轴14、上层左转轴16、升降杆转筒18、转轴帽23、纵梁转筒24、反力杆转筒25，所述转动装置用来将所述上下层夹件装置、所述升降装置、所述支撑装置连接，使得彼此之间可以绕轴转动，实现试件1的翻转；

该装置通过上下层夹件装置实现对试件上部和下部的加紧，翻转试件时，便于抓牢和发力，使翻件工作变的更加高效和安全。

升降装置可以调节上下层夹件装置制件的距离，加之上、下层夹件装置的长度和宽度也可以自由调节，使得该翻转试件装置的适应能力更强。

支撑装置可以在翻转试件时提供反力，防止试件在抬起前沿剪切面滑动，对剪切面真实情况造成破坏。

通过转动装置实现试件翻转时绕轴转动，加之支撑装置提供支点，试件可以更高效的翻转过来。

上述技术方案可以在实现传统翻转试件过程的同时，能够适用不同尺寸试件，提高翻件效率、减少对剪切面情况的破坏。

实施例2

在实施例1的基础上，如图3所示；

所述下层夹件装置包括：下层纵梁5、下层滑槽7、下层横梁19、下层纵梁调距槽21、下层横梁调距槽20、横纵梁固定螺栓22；

所述下层纵梁调距槽21位于所述下层纵梁5外端，在所述下层纵梁5内部，并使得所述下层纵梁5上下面贯通，用来调节所述下层夹件装置的长度；

所述下层横梁调距槽20位于所述下层横梁19两端，在所述下层横梁19内部，并使得所述下层横梁19上下面贯通，用来调节所述下层夹件装置的宽度；

所述下层滑槽7位于所述下层纵梁5中部，且在所述下层横梁19内部，使得所述下层横梁19左右面贯通，在上下层夹件装置距离变化时，使得所述斜拉杆滑动螺栓4可以在所述下层滑槽7内自由滑动；

两根所述下层纵梁5与一根所述下层横梁19通过所述横纵梁固定螺栓22穿过所述下层纵梁调距槽21和所述下层横梁调距槽20进行固定，并通过与所述转动装置的连接，对试件1底部进行固定；

上述技术方案的工作原理和有益效果为：下层纵梁和下层横梁端部均有调距槽，通过调距槽的移动可以调节下层夹件装置的长度和宽度，适应不同尺寸的试件。下层纵梁和下层横梁位置确定好后，通过纵横梁固定螺栓进行固定，实现对试件底部的约束，在翻转试件时，试件底部可以随下层夹件装置的翻转而一起翻转。另外，下层滑槽可以使斜拉杆滑动螺栓在其轨道内滑动，实现斜拉杆的伸展和折叠。

实施例3

在实施例1的基础上，如图4所示；

所述上层夹件装置包括：上层纵梁2、上层滑槽3、上层横梁26、上层纵梁调距槽28、上层横梁调距槽27、横纵梁固定螺栓22；

所述上层纵梁调距槽28位于所述上层纵梁2外端，在所述上层纵梁2内部，并使得所述上层纵梁2上下面贯通，用来调节所述上层夹件装置的长度；

所述上层横梁调距槽27位于所述上层横梁26两端，在所述上层横梁26内部，并使得所述上层横梁26上下面贯通，用来调节所述上层夹件装置的宽度；

所述上层滑槽3位于所述上层纵梁2中部，且在所述上层横梁26内部，使得所述上层横梁26左右面贯通，在上下层夹件装置距离变化时，使得所述斜拉杆滑动螺栓4可以在所述上层滑槽3内自由滑动；

两根所述上层纵梁2与一根所述上层横梁26通过所述横纵梁固定螺栓22穿过所述上层纵梁调距槽28和所述上层横梁调距槽27进行固定，并通过与所述转动装置的连接，对试件1顶部进行固定；

上述技术方案的工作原理和有益效果为：上层纵梁和上层横梁端部均有调距槽，通过调距槽的移动可以调节上层夹件装置的长度和宽度，适应不同尺寸的试件。上层纵梁和上层横梁位置确定好后，通过纵横梁固定螺栓进行固定，实现对试件顶部的约束，在翻转试件时，试件顶部可以随上层夹件装置的翻转而一起翻转。另外，上层滑槽可以使斜拉杆滑动螺栓在其轨道内滑动，实现斜拉杆的伸展和折叠。

实施例4

在实施例1-3任一项的基础上，如图1所示；

所述斜拉装置，包括：斜拉杆6、斜拉杆滑动螺栓4和斜拉杆中部固定螺栓9；

四根所述斜拉杆6以每两根为一组，分别位于试件1的左右两侧，两根所述斜拉杆6中部通过所述斜拉杆中部固定螺栓9进行连接，形成“x”结构，可实现伸展和折叠；

两根所述斜拉杆6的端部通过所述斜拉杆滑动螺栓4分别穿过所述上层滑槽3、所述下层滑槽7进行连接，当上、下层夹件装置间距变化时，所述滑动螺栓4可以在所述下层滑槽7、所述上层滑槽3内自由滑动，实现所述斜拉杆6的自由折叠；

上述技术方案的工作原理和有益效果为：如果只利用下层夹件装置对试件的底部进行约束，在翻转试件时，由于试件重量较大，下层夹件装置的纵横梁与试件的摩擦力不足以将试件翻起，下层夹件装置将起不到约束试件底部的作用。因此，需要增加上层夹件装置，在翻转试件时，可以转动升降装置的升降杆实现上下层夹件装置的翻转，进而实现试件的翻转。但由于试件重量较大，升降装置的升降杆强度不足以满足要求。因而，可以以上层夹件装置为发力点，为升降装置的升降杆分担一部分力。斜拉装置的加入，可以对上下层夹件装置的位置进行固定，保证试件随上、下层夹件装置一起进行翻转，同时可以将上层夹件装置上的力传递一部分给下层夹件装置，使得整个翻件装置的受力分布较均匀，减小装置的尺寸和重量。

另外，由于各试件的高度有所不同，因而上、下层夹件装置之间的距离需要调整，这就要求两根斜拉杆的角度也一起发生变化，通过上层滑槽、下层滑槽、斜拉杆滑动螺栓和斜拉杆中部固定螺栓，实现斜拉杆框架的自由伸展和折叠。

实施例5

在实施例1-3中任一项的基础上，如图1-2所示；

所述升降装置，包括：升降杆8、升降座17和升降阀门15；

所述升降杆8为长方体钢柱，一面有齿槽；

所述升降座17为长方形套筒，一面有齿槽，所述升降座17可套在所述升降杆8内，两者齿槽进行咬合，通过转动升降阀门15可实现所述升降座17在所述升降杆8上的上下滑动，并能保证滑动至某一位置时所述升降座17固定不动；

上述技术方案的工作原理和有益效果为：升降杆和升降座均为长方形，且尺寸相当，升降座刚好能够套入升降杆，并使两者齿槽进行咬合，这样，通过升降阀门的转动可以使上层夹件装置上升到不同位置，且能够进行固定，保证上层夹件装置不再下滑，以适用于不同高度的试件。

实施例6

在实施例1-4中任一项的基础上，如图1所示；

所述支撑装置，包括：反力杆11、伸缩螺杆12和反力座13；

所述反力杆11为空心圆柱体，截面为圆环形，内壁有螺纹；

所述伸缩螺杆12为实心圆柱体，外壁有螺纹，所述伸缩螺杆12外径与所述反力杆11内径相同，所述伸缩螺杆12可通过转动拧入所述反力杆11内，进而调节所述反力杆11的长度；

所述反力座13为球壳体，通过球铰与所述伸缩螺杆12连接，实现所述反力座13方向的自由调节；

所述反力杆11、所述伸缩螺杆12和所述反力座13依次连接后，所述反力座13支撑在硐壁上，在翻转试件1时，顶住试件1不发生滑动；

上述技术方案的工作原理和有益效果为：传统翻转试件过程中，由于试件后方没有支撑，在翻转试件时试件底边需要顶在剪切面上，加之翻转时试件底边沿剪切面滑动，不仅加大了翻转试件的难度，也对剪切面的真实情况造成了破坏。因此，需要加装一个支撑装置来解决上述问题。反力杆与伸缩螺杆之间可以通过螺纹的转动来调节长度，以适应不同的硐壁距离。伸缩螺杆和反力座通过球铰进行连接，可以灵活的调整反力座的受力方向，以适应不同的现场情况。反力座为球壳体，增高底面面积，减小反力座承受的压强。

实施例7

在实施例1-6中任一项的基础上，如图3-4所示；

所述转动装置，包括：下层转轴10、上层右转轴14、上层左转轴16、升降杆转筒18、转轴帽23、纵梁转筒24、反力杆转筒25；

所述下层转轴10用来连接所述下层夹件装置、所述支撑装置和所述升降装置，使三者绕同一轴进行转动，实现试件1的翻转；

两个所述反力杆转筒25、两个所述下层夹件装置纵梁转筒24、所述升降杆8转筒分别套在所述下层转轴10内，两个所述反力杆转筒25分别与两个所述反力杆11进行焊接固定，实现两个所述反力杆11绕所述下层转轴10转动，两个所述下层夹件装置纵梁转筒24分别与两个所述下层夹件装置纵梁进行焊接固定，实现两个所述下层夹件装置纵梁绕所述下层转轴10转动，所述升降杆转筒18与所述升降杆8进行焊接固定，实现所述升降杆8绕所述下层转轴10转动；

所述上层右转轴14与所述上层左转轴16分别焊接在所述升降座17的两侧，并且在同一轴线上，随升降座17一起上升或下降；

两个所述上层夹件装置纵梁转筒24分别套在所述上层右转轴14与所述上层左转轴16内，两个所述上层夹件装置纵梁转筒24分别与两个所述上层夹件装置纵梁进行焊接固定，实现两个所述上层夹件装置纵梁分别绕所述上层右转轴14与所述上层左转轴16转动；

四个所述转轴帽23通过螺纹分别拧入所述下层转轴10的两端、所述上层右转轴14的右端、所述上层左转轴16的左端，防止各转筒从转轴滑出；

上述技术方案的工作原理和有益效果为：下层夹件装置、支撑装置和升降装置都以下层转轴作为旋转轴，使得翻转试件时作用力与反作用力在下层转轴上相互抵消，保证试件不会发生滑动。纵梁转筒均套在转轴上，并且可以左右移动，配合纵横梁端部调距槽来调节上下层夹件装置的长度和宽度。转轴帽固定在各转轴端部，随着转轴帽的转动可实现安装和拆除。转轴帽直径比转轴直径要大，防止转轴上的转筒滑出。由于上层夹件装置需要随升降座一同上升和下降，且升降座需要套在升降杆内，因此上层转轴需要分为两段，即上层右转轴、上层左转轴分别焊接在升降座的左右两侧。

在综合上述实施例1-7的基础上，具体操作步骤如下：

（a）调试装置

由于运输及搬运条件限制，装置可拆卸成各个零件运至试验现场，在到达现场后按图1-4进行调试安装。安装上层夹件装置和下层夹件装置前，量取待翻转试件1的长度及宽度，以此来确定横纵梁固定螺栓22在调距槽中的位置。上层夹件装置和下层夹件装置的尺寸调整好后，转动升降阀门15，使上层夹件装置和下层夹件装置紧贴在一起，以便于将装置套入试件1。

（b）夹牢试件

装置调试好后，将装置整体抬起，从试件1顶部将上层夹件装置和下层夹件装置套入试件1。在步骤（a）中，为了上层夹件装置和下层夹件装置便于套入试件1，两装置的尺寸均略大于试件1尺寸。另外，由于上层夹件装置还需向上移动，因此，应调节下层夹件装置的下层横梁19和下层纵梁5位置，使的横纵梁在横纵梁固定螺栓22穿过调距槽将其固定后，试件1底部被牢牢夹住。

然后，旋转升降阀门15，使上层夹件装置上升至试件1顶部，此时斜拉装置的滑动螺栓4分别沿上层滑槽3和下层滑槽7向内滑动，斜拉杆6被拉开。然后调整上层横梁26和上层纵梁2位置，使的横纵梁在横纵梁固定螺栓22穿过调距槽将其固定后，试件1顶部被牢牢夹住。

最后，转动伸缩螺杆12，调节反力杆11的长度，使反力座13刚好能顶住硐壁岩体。由于硐壁岩体并不平整，在安装支撑装置前可将反力座13支撑位置岩体整平，保证反力座13支撑牢固。反力座13位置固定好后，用扳手等工具再次转动伸缩螺杆12，使反力座13与硐壁岩体紧密接触，不留空隙。但同时应注意转动伸缩螺杆12不宜过度，保证反力座13提供的反力不足以将试件1推走以至于破坏剪切面情况。

（c）翻转试件

试件1被夹牢且支撑装置固定后，开始翻转试件1。翻转试件1时应握住上层横梁26的左右两端，向后，即反力杆11方向翻转试件1，将试件1翻转180°。此时，上下剪切面相互垂直，可对剪切面的破坏情况进行描述。

（d）复位试件

剪切面破坏情况描述完后，仍握住上层横梁26的左右两端，向前，即剪切面方向翻转试件1，将试件1翻转180°，进行复位。

（e）拆除装置

试件1复位后，松开上层夹件装置和下层夹件装置的横纵梁固定螺栓22，松动横梁和纵梁使装置与试件1之间留有一定空隙。转动升降阀门15，将上层夹件装置向下落至与下层夹件装置接触，此时斜拉装置的滑动螺栓4分别沿上层滑槽3和下层滑槽7向外滑动，斜拉杆6被折叠。然后，转动伸缩螺杆12，松开支撑装置。最后，将翻件装置整体抬起，从试件1上拆除，完成整个试件翻转工作。

本发明相对于现有技术的有益效果为：通过支撑装置，可以防止试件翻转过程中滑动，减少对剪切面真实情况的破坏。通过上、下层夹件装置及斜拉装置，可以将试件夹牢，翻转试件时，便于抓牢和发力，使翻件工作变的更加轻巧和安全。通过升降装置，可以调节上、下层夹件装置制件的距离，使得该翻转试件装置能够适用于不同高度的试件。另外，由于上下层夹件装置的长度和宽度也可以自由调节，使得该翻转试件装置的适应能力更强。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。