用于测定化学污染土剪切强度的全自动直剪仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于测定化学污染土剪切强度的全自动直剪仪。该直剪仪相对于现有技术增加了化学腐蚀装置，且在剪切盒底部设置有入渗孔和在化学腐蚀装置的容器槽底部设置有刻槽，因此，用本实用新型方法测定时，可直接向容器槽中注入化学腐蚀液，进行密封养护；待养护结束后，直接进行竖直压力加载，完成全自动直剪试验，这样可以模拟现场土体污染物腐蚀状况，实现测试土样的无破坏养护，避免取样过程中应力释放的影响，尽可能减小土体受到的扰动，使试样更接近原位土样性质；同时，由于化学腐蚀液渗透速率波动较小，更接近自然土壤受污染状况，使腐蚀分布相对均匀，避免了局部腐蚀对土样力学性质测定的影响，解决了常规直剪试验仪无法检测化学污染土剪切强度及参数的难题。
【专利说明】
用于测定化学污染土剪切强度的全自动直剪仪
技术领域
[0001]本实用新型属于土木工程仪器测试领域，具体涉及一种用于测定化学污染土剪切强度的全自动直剪仪。
【背景技术】
[0002]大多数工业厂区的地基土层均受到化学污染物不同程度的侵蚀破坏，使土层结构腐蚀破坏，造成土体强度衰减、承载力下降，进而引发上层建筑结构不均匀沉降变形、失稳破坏。针对工业厂区地基土层边界环境的特殊性，在地基土层承载力设计过程中考虑化学溶液的腐蚀等，对合理确定地基土层承载能力及强度参数至关重要。
[0003]目前，为确定地基土层承载力，国内外大多采用传统的直剪仪对土层进行直接剪切试验，这些剪切仪主要包括剪切盒、垂直和水平加载装置、数据测控装置等。而近年来，土体受外界环境影响越来越大，传统的直剪仪已不能准确获取土体的基本参数。虽然“一种全自动数字大型冻土直剪仪”(CN 102313673 B)、“冻土-结构直剪仪及其使用方法”(CN102252919 B)、“温控式直剪仪”(CN 102230868 B)和“大型多功能冻土-结构接触面循环直剪仪及试验操作方法”(CN 102798575 B)等已对传统直剪仪进行了改进，以适应复杂环境下结构性土体的直剪测试，但是，这些装置仅仅解决了寒冷条件下土建及交通工程设计中复杂土体剪切试验难等问题，现有的土工直剪仪依然无法满足化学溶液与载荷耦合作用下土体试样直剪测试要求，使用上述直剪仪的测定方法必然会使测定结果产生较大偏差。这是因为，一方面，现有的土工直剪仪通常测定的是，经化学溶液腐蚀后的试样在一定荷载作用下的抗剪强度，无法实现化学溶液与载荷对试样产生作用的同步性，因此，与实际工程中所需的参数相比有较大出入，指导意义有限；另一方面，试验过程中，常规的试样制作方法，难以避免对土样产生扰动，使试验土样与原位土样的性质出现差异，对土样的力学性质测定有较大影响，也会使测定的参数产生偏差。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种简捷可靠、测定准确度高、耐久实用的用于测定化学污染土剪切强度的全自动直剪仪，实现化学溶液与载荷耦合作用下，土体试样的抗剪强度的直接试验。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型所设计的全自动直剪仪，包括水平承台，设置在水平承台上的水平加载装置、垂直加载装置和数据测控装置，剪切盒，其特别之处在于:该全自动直剪仪还包括化学腐蚀装置;所述化学腐蚀装置包括容器槽和容器盖，所述容器槽滑动连接在水平承台上，底部设置有刻槽；
[0006]所述剪切盒包括下剪切盒、上剪切盒、设置在下剪切盒内的下透水石和设置在上剪切盒内上透水石，所述下剪切盒的底部中心设置有入渗孔，所述剪切盒设置于所述容器槽内，所述刻槽与所述入渗孔连通，且刻槽的端口位于剪切盒外侧，所述上透水石和下透水石之间用于装填试样；
[0007]所述水平加载装置的推进杆连接于容器槽的一侧，所述水平加载装置的位移传递杆穿过所述容器槽的另一侧与所述上剪切盒相连接;所述垂直加载装置的传载杆穿过容器盖与垂直加载装置的活塞板相连，压力传感器设置在传载板和容器盖之间。
[0008]优选地，所述容器槽与容器盖通过销钉固定。
[0009]优选地，所述容器槽采用耐腐蚀的金属或陶土材料制成。
[0010]优选地，所述数据测控装置包括数据控制器和分别与数据控制器相连的第一采集器、第二采集器和第三采集器，所述第一采集器还通过数据线与垂直加载装置的荷载气缸连接，所述第二采集器还通过数据线与垂直加载装置的压力传感器连接，所述第三采集器还通过数据线与垂直加载装置的位移传感器连接。
[0011]本实用新型在常规直剪试验仪器上，设置了化学腐蚀装置，且在剪切盒底部设置有入渗孔和在容器槽底部设置有刻槽，这样，在制取土样时，可以将土样放入剪切盒中，通过向容器槽注入化学腐蚀液，进行密封养护;待养护结束后，直接进行竖直压力加载，完成全自动直剪试验。因此，本实用新型用于测定化学污染土的剪切强度时，具有以下有益效果:
[0012]I)测定时，避免了取样过程中应力释放的影响，尽可能减小了土体受到的扰动，使试样更接近原位土样性质；
[0013]2)化学腐蚀液渗透速率波动较小，更接近自然土壤受污染状况，使腐蚀分布相对均匀，避免了局部腐蚀对土样力学性质测定的影响。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型的全自动直剪仪的剖视结构示意图。
[0015]图2为本实用新型的剪切盒剖视结构放大图。
[0016]图3为本实用新型的剪切盒及刻槽结构放大图(俯视图)。
[0017]图中:1、速率控制器，2、水平推进器，3、伺服电机，4、水平承台，5、空气压缩机，6、横梁，7、入渗孔，8、推进杆，9、水平滚珠导轨，1、滚珠，11、容器槽，12、容器盖，13、销钉，14、下剪切盒，15上剪切盒，16、活塞板，17、刻槽，18、下透水石，19、试样，20、上透水石，21、传载板，22、荷载气缸，23、传载杆，24、压力传感器，25、位移传递杆，26、位移传感器，27、调压阀，28、第一数据线，29、第二数据线，30、第三数据线，31、第一采集器，32、第二采集器，33、第三采集器，34、数据控制器
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步说明:
[0019]如图1、图2所示，本实用新型的全自动直剪仪在常规直剪试验仪器的基础上，增加了一个化学腐蚀装置。即本实用新型的全自动直剪仪包括水平承台4，设置在水平承台4上的水平加载装置、垂直加载装置和数据测控装置，剪切盒，以及化学腐蚀装置。该化学腐蚀装置由容器槽11和容器盖12组成，容器槽通过水平滚珠导轨9和滚珠10滑动连接在水平承台4上，底部设置有刻槽17，下剪切盒14的底部中心设置有入渗孔7，设置于容器槽内11，刻槽17与入渗孔7连通，且刻槽17的端口位于下剪切盒14外侧;其中刻槽14既可以为以入渗孔为对称中心的一条或多条刻槽(本【具体实施方式】中为一条对称的刻槽)，也可以为不对称的多条刻槽。全自动直剪仪的水平加载装置的推进杆8连接于该容器槽11的左侧，位移传递杆26穿过该容器槽11的右侧与上剪切盒15相连接，全自动直剪仪垂直加载装置的传载杆23穿过容器盖12与活塞板16相连，压力传感器24设置在传载板21和容器盖12之间。为更好地防止化学腐蚀液中的有害成分逸出，在测试过程中，容器槽11最好用容器盖12进行密封，密封的形式既可以是通过本【具体实施方式】销钉13固定，也可以采用螺纹形式、密封垫圈形式或者公知的其它密封形式。为避免容器槽11被化学溶液所腐蚀，增强实验仪器的耐久性和实用广泛性，优先采用耐腐蚀的金属或陶土材料制成。
[0020]数据测控装置可以采用现有的Datataker等数据采集仪，但为了方便、准确性，也可以采用由数据控制器34和均与数据控制器34相连的第一采集器31、第二采集器32和第三采集器33共同组成的数据测控装置。其中，第一采集器31还通过第一数据线28与垂直加载装置的荷载气缸22连接，第二采集器32还通过第二数据线29与垂直加载装置的压力传感器24连接，第三采集器33还通过第三数据线30与垂直加载装置的位移传感器27连接。
[0021 ]本实用新型在使用上述全自动直剪仪测量化学污染土剪切强度的测定时，步骤如下:
[0022]a、在下剪切盒14和上剪切盒15的内侧面涂抹凡士林后，将下剪切盒14置于容器槽11的底部，并使刻槽17的端口位于剪切盒外侧，再依次将下透水石18置于下剪切盒14内、在下透水石18上铺设滤纸和将上剪切盒15放置在下剪切盒14上；
[0023]b、用与剪切盒同界面尺寸的环刀制取待测试样19，将带环刀的试样19置于上剪切盒15上，用脱模器将试样19压入到剪切盒内，使试样19底部与下透水石18上的滤纸无缝隙接触;在试样19顶部铺设滤纸，在滤纸上放置上透水石20，在上透水石20上放置活塞板16;
[0024]C、往容器槽11中注入化学腐蚀液，液面高度不高于位移传递杆26的下部，盖上容器盖12并固定，化学腐蚀液经刻槽17导流到入渗孔7，并经入渗孔7、下透水石18及其上的滤纸渗透到试样19直至试样19被完全浸泡，对试样19进行浸泡养护；
[0025]d、待养护完成后，将传载杆23穿过容器盖12上的孔，调整好传载板21、荷载气缸22、压力传感器24和横梁6，使传载杆23与传载板21、传载板21与荷载气缸22、荷载气缸22与横梁6分别紧密接触;使压力传感器24与传载板21和容器盖12接触；
[0026]e、启动空气压缩机5，调节调压阀29使压力传感器24达至预定的垂直压力；
[0027]f、调节速率控制器I，启动伺服电机3，在水平推进器2的作用下，推进杆8推动容器槽11，容器槽11的移动又推动下剪切盒14移动，试验过程中记录时间、压力和剪切位移，计算试样的剪切参数。
[0028]本实用新型由于在剪切盒底部设计有入渗孔7和刻槽17，且刻槽17的端口直接与容器槽11相通，使试验养护阶段中化学腐蚀液缓慢入渗土体，减缓了土样中化学腐蚀液的扩散，使腐蚀更加均匀。进行直剪试验阶段，本发明采用全自动数据测控装置，优化了传统的人工读数数据采集方法，使试验测试结果具有更高的准确性。
【主权项】
1.一种用于测定化学污染土剪切强度的全自动直剪仪，包括水平承台，设置在水平承台上的水平加载装置、垂直加载装置和数据测控装置，剪切盒，其特征在于:该全自动直剪仪还包括化学腐蚀装置； 所述化学腐蚀装置包括容器槽和容器盖，所述容器槽滑动连接在水平承台上，底部设置有刻槽； 所述剪切盒包括下剪切盒、上剪切盒、设置在下剪切盒内的下透水石和设置在上剪切盒内上透水石，所述下剪切盒的底部中心设置有入渗孔，所述剪切盒设置于所述容器槽内，所述刻槽与所述入渗孔连通，且刻槽的端口位于剪切盒外侧，所述上透水石和下透水石之间用于装填试样； 所述水平加载装置的推进杆连接于容器槽的一侧，所述水平加载装置的位移传递杆穿过所述容器槽的另一侧与所述上剪切盒相连接;所述垂直加载装置的传载杆穿过容器盖与垂直加载装置的活塞板相连，压力传感器设置在传载板和容器盖之间。2.根据权利要求1所述的用于测定化学污染土剪切强度的全自动直剪仪，其特征在于:所述容器槽与容器盖通过销钉固定。3.根据权利要求1或2所述的用于测定化学污染土剪切强度的全自动直剪仪，其特征在于:所述容器槽采用耐腐蚀的金属或陶土材料制成。4.根据权利要求1或2所述的用于测定化学污染土剪切强度的全自动直剪仪，其特征在于:所述数据测控装置包括数据控制器和与数据控制器相连的第一采集器、第二采集器和第三采集器，所述第一采集器还通过数据线与垂直加载装置的荷载气缸连接，所述第二采集器还通过数据线与垂直加载装置的压力传感器连接，所述第三采集器还通过数据线与垂直加载装置的位移传感器连接。5.根据权利要求3所述的用于测定化学污染土剪切强度的全自动直剪仪，其特征在于:所述数据测控装置包括数据控制器和设置在数据控制器上的第一采集器、第二采集器和第三采集器，所述第一采集器通过数据线与垂直加载装置的荷载气缸连接，所述第二采集器通过数据线与垂直加载装置的压力传感器连接，所述第三采集器通过数据线与垂直加载装置的位移传感器连接。
【文档编号】G01N3/24GK205538499SQ201620064402
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月22日
【发明人】陆海军, 张芊, 蔡光华, 李继祥, 刘肖凡, 刘辉凯, 董祎挈
【申请人】武汉轻工大学