本发明涉及一种原位直剪仪，具体讲涉及一种剪力自平衡原位直剪仪。
背景技术：
剪切参数是输电杆塔工程的重要勘察内容，是进行地基和基础承载力计算的重要参数，常通过室内直剪试验或原位直剪试验测量，所用仪器分别称为室内直剪仪和原位直剪仪。原位直剪试验是在保持试验土体既有结构、密度、湿度等条件不受扰动条件下，在工程建设场地开展的剪切试验。由于原位直剪试验保持了试验土体的原位状态，因此原位直剪试验数据更准确、可信。
经过多年发展，原位直剪仪已有多种类型，从直剪盒的数量上分，有单直剪盒和双直剪盒2种类型；从加载结构上分，有自平衡和非自平衡2种类型；从加载控制方式上看，有应力控制式和应变控制式2种类型；另外，也有针对软土、粗粒土等不同土质类型的原位直剪仪见诸报道。
上述原位直剪仪各有优缺点，如单直剪盒原位直剪仪最为简单、轻便，但剪切面形状及破坏方式不易控制，采用原位地基做反力往往需要较大的作业空间。应力控制式或应变控制式原位直剪仪往往具有复杂的人工操作或电机控制机构，可实现剪切过程的精确控制，但同时也存在体量庞大的弊端，另外，将剪切土样从原位移入剪切盒的移样过程会对剪切土样产生扰动，且扰动强度无法评估。
总体而言，双剪切盒式原位直剪仪较之于单直剪盒式原位直剪仪的测试结果更准确、可靠，对复杂加载控制机构的适当简化，也更适合输电杆塔基础工程勘察对仪器轻量化的需求。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明提供了一种剪力自平衡原位直剪仪，实现了对土样剪切面的控制及水平加载的自平衡，减小了水平加载的作业空间，避免了对直剪土样的扰动，提高了测量数据的准确性。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明提供的一种剪力自平衡原位直剪仪，用于测量位于输电线路杆塔基础地基处的原位岩土体的剪切参数，进而确定输电线路杆塔基础和地基的承载力，其改进之处在于：所述原位直剪仪包括上直剪盒1、下直剪盒3、平衡槽4和千斤顶8；所述上直剪盒1和下直剪盒3均为六面体，其相对的两面开口，竖直设置的所述上直剪盒1与下直剪盒3的开口相对应，其内部构成长方体空腔；所述下直剪盒3的一侧水平设置平衡槽4，所述千斤顶8水平设置在平衡槽4中；所述千斤顶8的一端与上直剪盒1连接，另一端与平衡槽4的竖直侧壁连接。
其中，所述下直剪盒3高于平衡槽4，所述上直剪盒1与千斤顶8之间依次设置弯头2和压力传感器7。
其中，所述弯头2的弯转角度为90°，相互垂直的两个端面分别与上直剪盒1和平衡槽4连接。
其中，通过所述弯头2使千斤顶8的轴线、压力传感器7的轴线与上剪切盒1和下剪切盒3之间的剪切面共面。
其中，沿所述千斤顶8运动方向的上直剪盒1和下直剪盒3的相同侧壁设置位移传感器6。
其中，所述位移传感器6包括底座和探头，所述底座设置在下直剪盒3侧壁，所述探头设置在上直剪盒1侧壁。
其中，沿所述千斤顶8运动方向的上直剪盒1和下直剪盒3的两侧壁相交处分别设有侧向约束板5。
其中，所述侧向约束板5间隔对称设置在上直剪盒1和下直剪盒3的两侧壁相交处。
其中，所述千斤顶8包括顶杆81、注油孔82和压力控制器83；所述顶杆81与压力传感器7连接并沿千斤顶8的轴线方向做直线运动。
其中，位于输电线路杆塔基础地基处的原位岩土体的直剪土样9设置在所述上直剪盒1与下直剪盒3构成的长方体空腔内，所述直剪土样9的体积与所述空腔体积相匹配。
与现有技术比，本发明达到的有益效果是：
1、本发明提供的剪力自平衡原位直剪仪，采用上下直剪盒可以测出剪切面上、下土体的相对位移，位移测量更加科学准确。
2、本发明提供的剪力自平衡原位直剪仪，采用的弯头可以调整千斤顶的轴线、压力传感器的轴线与上直剪盒和下直剪盒间的剪切面共面，避免水平剪力对上直剪盒和下直剪盒间的剪切面产生附加弯矩，使剪切面受力均匀，测试结果更准确。
3、本发明提供的剪力自平衡原位直剪仪，侧向约束板约束了上直剪盒和下直剪盒间的旋转自由度，使上直剪盒和下直剪盒仅发生沿千斤顶轴线方向的单向平动，提高了试验成功率。
4、本发明提供的剪力自平衡原位直剪仪，结构简单、拆装便利，实现直剪仪的小型化和轻量化。
5、本发明提供的剪力自平衡原位直剪仪，采用的平衡槽在实现剪力自平衡的同时，减小了原位直剪试验试坑的开挖尺寸。
6、本发明提供的剪力自平衡原位直剪仪，在试验过程中省略了直剪土样的移动，避免了对直剪土样的扰动，提高了测量参数的准确性。
附图说明
图1：本发明提供的剪力自平衡原位直剪仪的结构示意图；
图2：本发明提供的剪力自平衡原位直剪仪的剖视结构示意图；
图3：本发明提供的千斤顶的结构示意图；
图4：本发明提供的剪力自平衡原位直剪仪试验步骤一的示意图；
图5：本发明提供的剪力自平衡原位直剪仪试验步骤二的示意图；
图6：本发明提供的剪力自平衡原位直剪仪试验步骤三的示意图；
图7：本发明提供的剪力自平衡原位直剪仪试验步骤四的示意图；
图8：本发明提供的剪力自平衡原位直剪仪试验步骤五的示意图；
图9：本发明提供的剪力自平衡原位直剪仪试验步骤六的示意图；
其中：1、上直剪盒；2、弯头；3、下直剪盒；4、平衡槽；5、侧向约束板；6、位移传感器；7、压力传感器；8、千斤顶；9、直剪土样；81、顶杆；82、注油孔；83、压力控制器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明实施例提供的剪力自平衡原位直剪仪，用于测量位于输电线路杆塔基础地基处的原位岩土体的剪切参数，进而确定输电线路杆塔基础和地基的承载力，如图1至3所示，包括：上直剪盒1、弯头2、下直剪盒3、平衡槽4、侧向约束板5、位移传感器6、压力传感器7、千斤顶8、顶杆81、注油孔82、压力控制器83。上直剪盒1和下直剪盒3均为六面体，其相对的两面开口，上直剪盒1与下直剪盒3竖直设置并且开口相对应，其内部构成长方体空腔；下直剪盒3的一侧水平设置高度略低的平衡槽4，千斤顶8水平设置在平衡槽4中；千斤顶8的一端通过弯头2与上直剪盒1连接，另一端与平衡槽4的竖直侧壁连接。千斤顶8与弯头2之间设置压力传感器7。
其中，弯头2的弯转角度为90°，相互垂直的两个端面分别与上直剪盒1和平衡槽4活动连接，通过弯头2使千斤顶8的轴线、压力传感器7的轴线与上剪切盒1和下剪切盒3之间的剪切面共面。
沿千斤顶8运动方向的上直剪盒1和下直剪盒3的相同侧壁设置位移传感器6，位移传感器6包括底座和探头，底座设置在下直剪盒3侧壁，探头设置在上直剪盒1侧壁，由此位移传感器6即测得上直剪盒1与下直剪盒3的相对位移。
沿千斤顶8运动方向的上直剪盒1和下直剪盒3的两侧壁相交处分别间隔对称设置侧向约束板5。侧向约束板5约束了上直剪盒1和下直剪盒3间的水平旋转自由度，通过弯头2可调整千斤顶8的轴线和压力传感器7的轴线与假想剪切面共面，侧向约束板5和弯头2共同保证上直剪盒1和下直剪盒3仅发生沿千斤顶8轴线方向的相对平动。
其中，千斤顶8包括顶杆81、注油孔82和压力控制器83；顶杆81与压力传感器7连接并沿千斤顶8的轴线方向做直线运动。千斤顶8是剪力自平衡原位直剪仪的动力装置，通过其出力促使上直剪盒1发生位移，反力则通过平衡槽4传递至下直剪盒3，上直剪盒1与下直剪盒3的作用力大小相等、方向相反，实现水平剪力的自平衡；千斤顶8的出力大小则由压力传感器7测出。
本实施例提供的剪力自平衡原位直剪仪，采用了双剪切盒，并采取了可调控的剪切面的结构，对水平加载结构进行优化，实现水平加载的自平衡，减小了水平加载的作业空间，省略了移样过程，避免了对直剪土样的扰动。
本发明还提供了一种剪力自平衡原位直剪仪的原位直剪试验方法，如图4至9所示，步骤如下：
1、直剪土样9开挖；如图4所示，根据上直剪盒1与下直剪盒3构成的内腔尺寸，人工挖掘出满足需求的直剪土样9。
2、安装下直剪盒3；如图5所示，待直剪土样9修整完毕后，先安装下直剪盒3，将直剪土样9置于下直剪盒3内腔，在安装过程中应避免对直剪土样9产生扰动。
3、安装上直剪盒1；如图6所示，将直剪土样9穿过上直剪盒内腔1，并使上直剪盒1与下直剪盒3竖向对齐、无明显缝隙，安装过程中应避免对直剪土样9产生扰动。
4、安装千斤顶8、压力传感器7及位移传感器6；如图7所示，将压力传感器7及千斤顶8放置于平衡槽4内，并将压力传感器7、千斤顶8、上剪切盒1与下剪切盒3之间的剪切面调整至共轴。位移传感器6的底座位于下直剪盒3，位移传感器6探头位于上直剪盒1，由此位移传感器6即测得上直剪盒1与下直剪盒3的相对位移。
5、进行原位直剪试验；如图8所示，通过千斤顶8逐级施加水平剪力，待压力传感器7和位移传感器6示值稳定后，分别记录千斤顶8出力大小和上剪切盒1与下剪切盒3的相对位移，直至试验结束。在直剪试验开始前，应预加一较小水平力，以消除上直剪盒1、下直剪盒3与直剪土样9之间的缝隙，待压力传感器7和位移传感器6示值稳定后，使二者归零。
6、结束原位直剪试验；如图9所示，待原位直剪试验达到卸载标准后，按步骤1至5逆向拆除试验装置，结束原位直剪试验。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。