用于原位测试土体水平及竖直方向抗剪强度的剪切板的制作方法

本实用新型涉及岩土工程技术领域，尤其是一种用于原位测试土体水平及竖直方向抗剪强度的剪切板。

背景技术：

随着现代工程技术的发展，岩土工程设计对土体抗强度指标的精确度和丰富性也提出了更高的要求。目前对于土体强度的测试方法主要采用直剪仪、三轴仪、空心扭剪仪、无侧限抗压仪以及十字板剪切仪等仪器进行试验。前四种测试方法均属室内试验，需取土样进行，但是取土不可避免地会导致土样扰动，影响测试精度。十字板剪切试验属原位测试方法，该方法可避免取土扰动的影响，适合于现场测定饱和粘性土的原位不排水抗剪强度，其具有仪器构造简单、操作方便的优点，在工程建设中应用广泛。十字板剪切仪在抗剪强度值计算过程中把土体水平方向和竖直方向的抗剪强度值当作相同数值，但待测土体由于受固结程度不同、各向异性等影响，一般情况下在水平方向和竖直方向上的抗剪强度值是不相等的，因此该计算方法并不严格，这是十字板剪切仪的不足之处。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于：提供一种用于原位测试土体水平及竖直方向抗剪强度的剪切板，可克服土样干扰、土体固结程度不同和各向异性等问题，能够分别测试出土体在水平方向和竖直方向上的剪切强度，实现土体各向异性强度的原位测试，提高土体强度测试的精度。

本实用新型针对上述技术问题的解决方案包括：

用于原位测试土体水平及竖直方向抗剪强度的剪切板，包括转轴、与转轴下端抵接的若干个形状大小完全相同的叶片，所述叶片包括位于叶片下部的弧形边和至少一条直线边，各所述叶片均通过竖直边固定在转轴的中心轴向下延长线上，各所述竖直边的顶端均与转轴下端抵接，相邻两个叶片的夹角均大于0°。

进一步，所述叶片的数量为4个，叶片包括上侧直线边、第一弧形边、第一内侧直线边、下侧直线边以及第二弧形边，所述第二弧形边位于叶片下部，所述上侧直线边、第一内侧直线边、下侧直线边、第二弧形边以及第一弧形边依次沿逆时针方向首尾连接形成一个闭合图形，所述第一内侧直线边与上侧直线边、下侧直线边的夹角均为直角，所述第一弧形边和第二弧形边均为外凸弧形边。

进一步，各所述叶片通过第一内侧直线边固定在转轴的中心轴向下延长线上，各所述第一内侧直线边的顶端均与转轴的下端抵接，相邻两个叶片的夹角为直角。

进一步，各所述上侧直线边均位于同一个平面上，各所述第一弧形边均位于同一曲面上，各所述下侧直线边位于同一个平面上，各所述第二弧形边均位于同一个曲面上。

进一步，所述叶片的数量为4个，所述叶片包括第二内侧直线边、第三弧形边、外侧直线边以及第四弧形边，所述第三弧形边位于叶片下部，所述第二内侧直线边、第三弧形边、外侧直线边以及第四弧形边依次沿逆时针方向首尾连接形成一个闭合图形，所述第二内侧直线边和外侧直线边相互平行，第二内侧直线边的长度大于外侧直线边的长度，所述第三弧形边和第四弧形边均为外凸弧形边。

进一步，各所述叶片通过第二内侧直线边固定在转轴的中心轴向下延长线上，各所述第二内侧直线边的顶端均与转轴的下端抵接，相邻两个叶片的夹角为直角。

进一步，各所述外侧直线边均位于同一个曲面上，各所述第三弧形边均位于同一个曲面上，各所述第四弧形边均位于同一个曲面上。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过设计带有弧形边的叶片形状，改进了现有剪切板的结构，可用于现场原位测试，避免了室内试验取土扰动的影响，直接获得土体的真实应力状态及结构状态，确保测试的准确度；克服常规十字板剪切仪仅能测试土体竖直方向的抗剪强度的缺点，实现各向异性土体强度的原位测试，可测试出土体在竖直方向和水平方向的抗剪强度值。该实用新型结构简单，操作方便，测试耗时短，经济性好，在岩土工程技术领域中具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型横向剪切板的结构示意图；

图2是本实用新型横向剪切板的叶片结构示意图；

图3是本实用新型竖向剪切板的结构示意图；

图4是本实用新型竖向剪切板的叶片结构示意图。

附图标记：11、转轴；12、叶片；13、上侧直线边；14、第一内侧直线边；15、下侧直线边；16、第二弧形边；17、第一弧形边；23、第二内侧直线边；24、第三弧形边；25、外侧直线边；26、第四弧形边。

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。

实施例1：

参照图1～图4，用于原位测试土体水平及竖直方向抗剪强度的剪切板，包括转轴11、与转轴下端抵接的4个形状大小完全相同的叶片12，所述叶片12包括一条位于叶片下部的弧形边和至少一条直线边，各所述叶片12均通过一条竖直边固定在转轴11的中心轴向下延长线上，各所述竖直边的顶端均与转轴11的下端抵接，相邻两个叶片12的夹角均大于0°。所述剪切板插入待测土体进行剪切试验时，所述转轴11呈竖直方向放置，转轴11可将地面上的转动扭矩传递至插入待测土体的剪切板。在满足强度和刚度的情况下，转轴11的下部应尽可能小，以减小剪切板对待测土体的扰动。

作为上述技术方案的进一步改进，所述叶片12包括上侧直线边13、第一弧形边17、第一内侧直线边14、下侧直线边15以及第二弧形边16，所述第二弧形边16位于叶片12下部。所述上侧直线边13、第一内侧直线边14、下侧直线边15、第二弧形边16以及第一弧形边17 依次沿逆时针方向首尾连接形成一个闭合图形，所述第一内侧直线边14与上侧直线边13、下侧直线边15的夹角均为直角。上侧直线边13的长度相对较长，第一弧形边17的弧长相对较短，下侧直线边15的长度与上侧直线边13的长度相等，第一内侧直线边14与下侧直线边 15相比长度较短。所述第二弧形边16与第一弧形边17的弧长相等、形状相同，且相互对称。所述第一弧形边17和第二弧形边16均为外凸弧形边，即第一弧形边17所在圆的圆心与所述叶片12的三条直线边在同侧，第二弧形边16所在圆的圆心与所述叶片12的三条直线边在同侧。另外，上侧直线边13与第一弧形边17、下侧直线边15与第二弧形边16的夹角均为钝角，大约为150°，这样可使上下两侧土体的剪切面方向大致相同。各所述叶片12通过第一内侧直线边14固定在转轴11的中心轴向下延长线上，各所述第一内侧直线边14的顶端均与转轴11的下端抵接，使叶片12呈立式放置，更利于剪切板插入待测土体，而且相邻两个叶片12的夹角为直角，这种叶片正交布置方式可使被剪土体受力均匀。另外，在满足强度和刚度的前提下，叶片应尽可能薄，或上下两侧的弧形边和直线边呈刃口型，便于剪切板插入待测土体，并可减小剪切板入土时对待测土体的扰动。

进一步，各所述上侧直线边13均位于同一个平面上，各所述第一弧形边17均位于同一曲面上，各所述下侧直线边15位于同一个平面上，各所述第二弧形边16均位于同一个曲面上。

利用本技术方案中的此改进结构设计出的横向剪切板可用于原位测试土体水平方向的抗剪强度，所述剪切板包括四个叶片12，相邻两个叶片12的夹角为直角。所述叶片12包括三条直线边和两条弧形边，叶片呈树叶形状。在剪切试验时，转轴11通过旋转带动四个叶片 12扭转进行土体剪切试验，被剪切的土体呈规则的空间几何图形，为上下对称的曲边椎体，所述曲边椎体上下两个底面是圆，侧面实质是所述两条弧形边环绕转轴切割而成。

作为上述技术方案的进一步改进，所述叶片12包括第二内侧直线边23、第三弧形边24、外侧直线边25以及第四弧形边26，所述第三弧形边24位于叶片12下部。所述第二内侧直线边23、第三弧形边24、外侧直线边25以及第四弧形边26依次沿逆时针方向首尾连接形成一个闭合图形，所述第二内侧直线边23和外侧直线边25相互平行。，与外侧直线边25的长度相比，第三弧形边24和第四弧形边26的弧长相对较短，第二内侧直线边23的长度相对较长。所述第三弧形边24和第四弧形边26的弧长和弧度均相等，且相互对称，所述第三弧形边24和第四弧形边26均为外凸弧形边，即第三弧形边24所在圆的圆心与所述叶片12的两条直线边在同侧，第四弧形边26所在圆的圆心与所述叶片12的两条直线边在同侧。另外，外侧直线边25与第三弧形边24、第四弧形边26的夹角均为钝角，约为150°，可使第三弧形边24、第四弧形边26对应土体的剪切面的方向大致相同。各所述叶片12通过第二内侧直线边23固定在转轴11的中心轴向下延长线上，各所述第二内侧直线边23的顶端均与转轴 11的下端抵接，使叶片呈立式放置，更利于剪切板插入待测土体，而且相邻两个叶片的夹角为直角，这种叶片正交布置方式可使被剪土体受力均匀。另外，在满足强度和刚度的前提下，叶片应尽可能薄，或上下两侧的弧形边呈刃口型，便于剪切板插入待测土体，并可减小剪切板入土时对待测土体的扰动。

进一步，各所述外侧直线边25均位于同一个曲面上，各所述第三弧边24均位于同一个曲面上，各所述第四弧边26均位于同一个曲面上。

利用本技术方案中的此改进结构设计出的竖向剪切板可用于原位测试土体竖直方向的抗剪强度，所述剪切板包括四个叶片12，相邻两个叶片12的夹角为直角。所述叶片12包括两条直线边和两条弧形边，叶片呈树叶形状。在剪切试验时，转轴11通过旋转带动四个叶片 12扭转进行土体剪切试验，被剪切的土体呈规则的空间几何图形，为上下对称的曲边椎体，所述曲边椎体中间部分实质是一个圆柱，上下两个部分实质是所述两条弧形边环绕转轴切割而成。

实施例2：

与实施例1的区别在于，所述叶片12只有下部一条弧形边，其他均为直线边。

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。