一种土层界面剪切试验机及土层界面剪切试验箱的制作方法

本发明涉及用于对土层剪切力试验的土层界面剪切试验机及土层界面剪切试验箱。

背景技术：

在建筑工程领域，通常会遇到在土层中进行工程建设和处理的情形，如边坡与基坑工程、桩基工程、土钉支护及地铁隧道工程等。土层中的工程实践，其土层内或土层与土层之间的剪切力，以及土层与土钉、桩、隧道等结构之间的界面剪切力测试与认知关乎着整个工程设计施工的经济合理与安全稳定。目前缺少能够对土层界面剪切力进行试验的土层界面剪切试验机。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够对土层界面剪切力进行试验的土层界面剪切试验机；本发明的目的还在于提供一种该土层界面剪切试验机中使用的土层界面剪切试验箱。

为解决上述技术问题，本发明中土层界面剪切试验机的技术方案如下：

一种土层界面剪切试验机，包括土层界面剪切试验箱和加载装置，加载装置包括装置架，装置架上设置有竖向加载机构和横向加载机构，土层界面剪切试验箱包括下箱体和用于填充试验土层的上箱体，下箱体具有与上箱体相通以用于填充试验土层的内腔或者下箱体具有用于与上箱体中的试验土层摩擦接触的阻力板，上箱体的上端敞开，竖向加载机构的动力输出端上设置有用于对上箱体中的试验土层施压的上压板，下箱体与装置架之间设置有导向方向沿横向的下部导向结构，上箱体与下箱体之间设置有导向方向沿横向的上部导向结构，横向加载机构的动力输出端与所述下箱体传动连接。

装置架上设置有用于固定所述上箱体的上箱体固定结构。

横向加载机构与下箱体的右端相连，上箱体的左端设置有上箱体连接板，上箱体固定结构包括与所述上箱体连接板固定连接的轴线沿左右方向延伸的固定螺杆，固定螺杆的左端通过螺栓与装置架相连。

下箱体的右端设置有水平布置的下箱体连接板，横向加载机构的动力输出端具有竖向设置的传动销轴，下箱体连接板上设置有供传动销轴适配穿过的销轴孔，传动销轴的高度大于或等于销轴孔的高度。

横向加载机构包括上下高度可调的横向加载缸。

下箱体的前后两侧面上外凸设置有下箱体支撑翻沿，上箱体的前后两侧面上外凸设置有上箱体支撑翻沿，上部导向结构包括上凸固定于所述下箱体支撑翻沿上的公轨道，公轨道与下箱体的对应侧面间隔布置，上部导向结构还包括设于上箱体支撑翻沿下侧的与公轨道适配的母轨道槽。

本发明中土层界面剪切箱的技术方案为：

一种土层界面剪切试验机的土层界面剪切试验箱，包括下箱体和用于填充试验土层的上箱体，下箱体具有与上箱体相通以用于填充试验土层的内腔或者下箱体具有用于与上箱体中的试验土层摩擦接触的阻力板，上箱体的上端敞开以供相应竖向加载机构上的上压板通过，下箱体与装置架之间设置有导向方向沿横向的下部导向结构，上箱体与下箱体之间设置有导向方向沿横向的上部导向结构。

横向加载机构与下箱体的右端相连，上箱体的左端设置有上箱体连接板，上箱体固定结构包括与所述上箱体连接板固定连接的轴线沿左右方向延伸的固定螺杆，固定螺杆的左端通过螺栓与装置架相连。

下箱体的右端设置有水平布置的下箱体连接板，下箱体连接板上设置有供传动销轴适配穿过的销轴孔，传动销轴的高度大于或等于销轴孔的高度。

下箱体的前后两侧面上外凸设置有下箱体支撑翻沿，上箱体的前后两侧面上外凸设置有上箱体支撑翻沿，上部导向结构包括上凸固定于所述下箱体支撑翻沿上的公轨道，公轨道与下箱体的对应侧面间隔布置，上部导向结构还包括设于上箱体支撑翻沿下侧的与公轨道适配的母轨道槽。

本发明的有益效果为：试验时，在上箱体内填充试验土层，通过竖向加载机构的上压板对上箱体内的试验土层施加竖向载荷以模拟土层压力，通过横向加载机构对下箱体横向加载，下箱体相对上箱体移动时，此时的横向加载机构的加载力就体现了土层界面剪切力，如果下箱体内填充试验土层，那该剪切试验机就能够测出土层与土层之间的界面剪切力；如果下箱体具有与上箱体内试验土层接触摩擦的阻力板，那阻力板就模拟了结构面与土层的接触，可以直接对结构面与对应土层之间的界面剪切力进行试验。下部导向结构保证下箱体的移动轨迹为水平移动，上部导向结构可以保证在加载的过程中，避免上箱体相对下箱体出现倾斜，产生多余的摩擦力而影响土层界面剪切力的测量。

附图说明

图1是本发明中土层界面剪切试验机的实施例1的结构示意图；

图2是图1中土层界面剪切箱的结构示意图；

图3是图2的立体图；

图4是本发明中土层界面剪切试验机的实施例2中下箱体的结构示意图。

具体实施方式

一种土层界面剪切试验机的实施例1如图1~3所示：包括土层界面剪切试验箱和加载装置，加载装置包括装置架，装置架包括左右间隔布置的两组立柱，立柱的顶端设置有顶部横梁2，立柱的底端设置有底部横梁13。顶部横梁上设置有竖向加载机构，竖向加载机构包括两个左右间隔布置的竖向加载缸1，两个竖向加载缸1的活塞杆上连接有上压板30，竖向加载缸的活塞杆与上压板之间设置有第一力传感器4。右侧的立柱9上设置有导向方向沿竖向延伸的竖向导轨17，竖向导轨17上导向移动装配有横向加载机构，横向加载机构包括水平设置的横向加载缸18，通过竖向导轨17的设置，可以上下移动调整横向加载缸的位置。

横向加载缸的活塞杆即动力输出端上连接有竖向设置的传动销轴8，横向加载缸的活塞杆与传动销轴之间设置有第二力传感器16，本实施例中第一、第二力传感器均为轮辐式力传感器。土层界面剪切试验箱包括用于填充试验土层的上箱体10和下箱体20，上箱体10的上端敞开，上压板30可以从上箱体的敞开口通过以对上箱体内的试验土层进行竖向加压，上箱体小于下箱体，从而可以保证剪切面积不变。装置架上设置有用于固定上箱体的上箱体固定结构，上箱体的左端设置有上箱体连接板12，上箱体固定结构包括与上箱体连接板固定连接的轴线沿左右方向延伸的固定螺杆11，固定螺杆11的左端通过螺栓与左侧的立柱相连，固定螺杆的右端与上箱体连接板通过螺栓固定连接（或者通过焊接固定连接），通过上箱体固定结构对上箱体的固定，可以保证横向加载机构对下箱体加载时，上箱体相对下箱体是固定不动的，另外上箱体的重力由装置架承担，上箱体10对下箱体20不会产生压力，因此上箱体10与下箱体20之间的摩擦力可以忽略，这样可以更真实的测得土层界面剪切力。下箱体的右端设置有水平布置的下箱体连接板19，下箱体连接板19上设置有供传动销轴8适配穿过的销轴孔21，传动销轴8的高度大于销轴孔21的高度。

下箱体与装置架之间设置有导向方向沿横向的下部导向结构，上箱体与下箱体之间设置有导向方向沿横向的上部导向结构。本实施例中，下箱体的前后两侧面上外凸设置有下箱体支撑翻沿21，上箱体的前后两侧面上外凸设置有上箱体支撑翻沿20，上部导向结构包括上凸固定于所述下箱体支撑翻沿上的公轨道6，共轨道由工字钢构成，公轨道与下箱体的对应侧面间隔布置，上部导向结构还包括设于上箱体支撑翻沿下侧的与公轨道适配的母轨道槽5，在下箱体支撑翻沿上采用公轨道结构，公轨道与下箱体的对应侧面间隔布置，这样在上压板的加压作用下，即使有部分试验土层沿上箱体、下箱体之间的缝隙溢出，也不会进入公轨道与母轨道槽之间，不会造成轨道的磨损和导致轨道间摩阻变大。图中项22表示上箱体的内腔；项23表示下箱体的内腔，下箱体的内腔与上箱体的内腔相通；项3表示左侧的立柱；项9表示右侧的立柱。下部导向结构包括固定于底部横梁13上的固定板，固定板上固定有导向方向沿左右方向延伸的横向导轨15，下箱体上固定有与横向导轨15导向移动配合的轨道槽14。土层界面剪切试验机还包括用于检测上压板竖向位移的竖向位移传感器装置和用于检测下箱体水平位移的水平位移传感器装置，通过竖向位移传感器装置检测上压板的位移以控制对土层的施压量，通过水平位移传感器装置检测下箱体的位移，以量测土层的变形量。

使用时，在上箱体和下箱体内填入试验土层，通过固定螺杆将上箱体的左端固定于左侧的立柱上，竖向加载缸带动上压板下行，上压板对上箱体中的试验土层施加竖向载荷，以模拟真实的土层压力，不同的力值可以模拟不同深度的土层压力，通过横向加载缸对下箱体横向加载，当下箱体移动时，由于上箱体与下箱体之间的摩擦力可以忽略不计，因此第二力传感器测得的力即为土界面剪切力，根据不同型号的箱体，还可以调整横向加载缸的高度来与之适应。在本发明的其它实施例中：竖向加载机构、横向加载机构的加载力也可以通过电动推杆来实现。

一种土层界面剪切试验机的实施例2如图4所示：实施例2与实施例1不同的是，下箱体的内腔与上箱体的内腔不通，上箱体20的上端具有用于与上箱体中的试验土层摩擦接触的阻力板35，通过在阻力板设置摩擦纹路来模拟土钉、桩、隧道等的外周结构体，将结构体与土层接触的柱形接触面转化成阻力板的平面接触，通过横向加载机构对下箱体的横向加载，来对阻力板与之接触的土层界面之间的剪切力进行试验。该阻力板可以取下更换，当阻力板进行更换时，可以实现不同阻力的调整，当然该阻力板还可以完全取下，此时下箱体的内腔与上箱体相通，可以实现土层与土层之间的界面剪切力试验。图中项19表示下箱体连接板；项6表示上部导向结构的公轨道。

土层界面剪切箱的实施例如图1~4所示：土层界面剪切箱的具体结构与上述各土层界面剪切试验机实施例中所述的土层界面剪切箱相同，在此不再详述。