一种多功能原位岩土体扭剪试样装置的制作方法

本实用新型属于岩土工程力学试验仪器领域，涉及一种多功能原位岩土体扭剪试样装置。

背景技术：

岩土体的抗剪强度参数是岩土工程变形稳定分析的基础参数，通常的获取方法是室内试验和现场试验。其中，在现场试验一般进行的是直剪试验，而且法向应力考虑的是压应力，也即进行的是压剪试验。但是工程中的很多岩土体不仅存在压剪的应力状态，而且在较多情况下存在拉剪的应力状态，如边坡坡肩位置。以往的研究表明，拉剪应力状态和压剪应力状态下岩土体的力学特性差异明显，因此，有必要考虑工程岩体实际赋存条件，进行相应应力状态的试验。

扭剪试验是新型的剪切试验方法，通过施加扭转力实现剪切荷载的施加，可以保证在剪切的过程中剪切面积的恒定，在室内试验中已经应用较多，但主要加载方式是竖直方向施加压应力，水平方向施加扭转剪切荷载，也即压剪试验。但由于野外环境复杂，大型室内扭剪仪器与设备很难满足现场要求，难以实现野外岩体的扭剪力学试验，而且在试验过程岩土体试样的原位性无法保证。

为了更好的研究岩土体复杂应力状态下的力学性质，为岩土体质量评价提供参考。因此，本实用新型重点研发一种多功能原位岩土体扭剪试样装置，实现现场岩土体试样的原位扭剪试验，包括压剪和拉剪试验。

技术实现要素：

本实用新型旨在提出可进行压剪力学试验、拉剪力学试验的一种多功能原位岩土体扭剪试样装置，操作便利，打破了试样室内力学试验的局限性，实现了野外试样现场扭剪力学试验的可操作性。

本实用新型为解决上述问题所采用的技术方案是：一种多功能原位岩土体扭剪试样装置包括支撑平台、及设在所述支撑平台上端的伺服电机、液压千斤顶，在所述支撑平台下端设有伸缩杆、推杆，所述伸缩杆上端穿过支撑平台与伺服电机传动轴连接，所述推杆上端穿过支撑平台与液压千斤顶连接；

所述的伸缩杆下端固定齿轮a；

所述的推杆通过连接件与试样套筒连接，齿轮b套接在所述试样套筒上，齿轮b与固定齿轮a相啮合。

优选的，所述连接件为圆铁柱、圆盘；

所述圆盘放置于试样套筒上，圆铁柱设置在圆盘上表面、并与推杆相接触。

优选的，所述连接件为圆形环形螺母a、圆形环形螺母b、圆环；

在所述推杆底部设有一或二个圆孔a，在所述试样套筒上端设有一或二个圆孔b，一个或二个圆形环形螺母a穿入一个或二个圆孔a中，一个或二个圆形环形螺母b穿入一个或二个圆孔b中，圆环上端设有圆形环形螺母a固定孔、下端设有圆形环形螺母b固定孔，圆环上端套设在推杆下端、下端套设在试样套筒上端。

优选的，所述试样装置还包括力传感器，力传感器与液压千斤顶、伺服电机连接关系。力传感器是控制液压千斤顶所施加的法向压（拉）力，以及监测伺服电机的转轴带动齿轮转动而施加的侧扭转力，从而的得到试样的抗剪强度。

优选的，所述试样套筒表面有螺纹，采用上环形环形螺母、下环形环形螺母将齿轮b固定在套筒上。

本实用新型所述的一种多功能原位岩土体扭剪试样装置具有以下优势：

（1）本实用新型所述的一种多功能原位岩土体扭剪试样装置采用机器控制，通过a齿轮与齿轮b啮合，实现试样的抗剪强度试验；齿轮b固定在试样套筒上时上下均用环形螺母固定，防止齿轮在旋转过程中发生滑移；试样套筒是两个半圆柱合成，通过环形螺母将齿轮固定成套筒时，也可以有效的将试样套筒紧缩在试样上，齿轮的旋转从而带动试样发生扭转运动；本扭剪试验仪保证了试样的原位性，试验的可从操作性，以及试验进行的有效性；

（2）本实用新型所述的一种多功能原位岩土体扭剪试样装置可进行压剪力学试验、拉剪力学试验，压剪力学试验通过液压千斤顶施加法向的压力，拉剪力学试验通过液压千斤顶施加法向的拉力；

（3）本实用新型所述的一种多功能原位岩土体扭剪试样装置将野外现场扭剪试验便捷化、简单化和规范化，试验中套筒的使用，保护了试验过程中试样的完整性，有便于对扭剪试验后试样的裂纹进行有效分析；减少了整个扭剪试验的试验误差；本扭剪试验仪在整个操作过程中简单便捷，对试样伤害小，缩短了试验周期，效率高。

附图说明

图1一种多功能原位岩土体扭剪试样装置结构示意图。

图2为一种多功能原位岩土体扭剪试样装置另一结构示意图。

图3a、b齿轮套嵌示意图。

图4试样套筒示意图。

图5圆环示意图。

如图中，控制器1、力传感器2、伺服电机3、液压千斤顶4、支撑平台5、保护筒b6、保护筒a7、推杆8、圆盘10、伸缩杆11、上环形螺母12、齿轮a13、齿轮b14、试样套筒15、下环形螺母16、圆环17、圆孔a18、圆形环形螺母a19、圆孔b20、圆形环形螺母b21。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来对本实用新型作详细说明：

如图1中，一种多功能原位岩土体扭剪试样装置可进行压剪力学试验、拉剪力学试验，试样装置分别为力传感器2、支撑平台5、伺服电机3、液压千斤顶4：

控制器1能控制伺服电机3、液压千斤顶4的运行；所述力传感器2是控制液压千斤顶4所施加的法向压（拉）力，以及监测伺服电机3的转轴带动a齿轮13转动而施加的侧扭转力,从而通过伺服电机3施加的侧扭转力，计算得到试样的抗剪强度；

设在所述支撑平台5上端的伺服电机3、液压千斤顶4，在所述支撑平台5下端设有伸缩杆11、推杆8；

在所述支撑平台5下端设有伸缩杆11、推杆8，所述伸缩杆11上端穿过支撑平台5与伺服电机3传动轴连接，所述推杆8上端穿过支撑平台5与液压千斤顶4连接；所述的伸缩杆11下端固定齿轮a13；

所述的推杆8通过连接件与试样套筒15连接，齿轮b14套接在所述试样套筒15上，如图3中，齿轮b14与固定齿轮a13相啮合，通过伺服电机3带动齿轮a13的旋转，从而带动齿轮b14的在钻动；齿轮b14采用上环形螺母12、下环形螺母16固定在套筒15上，如图4中所示，试样套筒15表面有螺纹；伸缩杆11与推杆8分别位于保护筒a7、保护筒b6内，试样套筒15表面有螺纹；

优选的，如图1中，所述连接件为圆铁柱9、圆盘10；

所述圆盘10放置于试样套筒15上，圆铁柱9设置在圆盘10上表面、并与推杆8相接触。

优选的，如图2中，所述连接件为圆形环形螺母a19、圆形环形螺母b21、圆环17（如图5中）；

在所述推杆8底部设有二个圆孔a18，在所述试样套筒15上端设有一或二个圆孔b20，二个圆形环形螺母a19穿入一个或二个圆孔a18中，一个或二个圆形环形螺母b21穿入一个或二个圆孔b20中，圆环17上端设有圆形环形螺母a19固定孔、下端设有圆形环形螺母b21固定孔，圆环17上端套设在推杆8下端、下端套设在试样套筒15上端。

所述压剪力学试验是液压千斤顶4上上固定连接推杆8，推杆8的一端与圆铁柱9相抵，圆铁柱9安置在圆盘10上端，圆盘10放置于试样套筒15上；

所述拉剪力学试验是液压千斤顶4上固定连接推杆8，推杆8的一端与试样套筒15相抵，推杆8底部有两个圆孔a18，试样套筒15顶部有两个圆孔b20,两个上圆形环形螺母a19分别通过圆孔a18将圆环17与推杆8固定；两个下圆形环形螺母b21分别通过圆孔b20将推杆8与套筒15通过圆环17固定连接；

本实用新型的工作过程如下：

一种多功能原位岩土体扭剪试样装置进行压剪力学试验：

装样，将试样套筒15安装在试样上，通过上环形螺母12、下环形螺母16将齿轮b固定在试样套筒上，拧紧上环形螺母12、下环形螺母16；在试样套筒15上放置圆盘10，在圆盘10上放置圆铁柱9；

预加载，启动伺服电机3，下放伸缩杆11，使伸缩杆11上的齿轮a13与齿轮b14相啮合；启动液压千斤顶4，下放推杆8，使推杆8与圆铁柱9相抵，并使推杆8、圆铁柱9、圆盘10与试样的中心在同一轴线；

加载，通过控制器施加不同法向压（拉）力，同时再次启动伺服电机与液压千斤顶开始试验，直至试样破坏后；

取样，卸掉法向压（拉）力以及侧向扭剪力，拆除圆铁柱与圆盘，退掉上环形螺母12、下环形螺母16与齿轮b，回升伸缩杆，取出套筒，获得扭剪试验试样。

一种多功能原位岩土体扭剪试样装置进行拉剪力学试验：

装样，将试样套筒15安装在试样上，通过上环形螺母12、下环形螺母16将齿轮b14固定在试样套筒15上，拧紧上环形螺母12、下环形螺母16；在试样套筒15上放置圆环10，启动液压千斤顶，下放推杆8，使推杆8靠近试样套筒15，两个上圆形环形螺母a19穿过推杆8底部和套筒顶部的圆孔，将推杆与套筒固定；

预加载，启动伺服电机3，下放伸缩杆11，使伸缩杆11上的齿轮a与齿轮b相齿合；

加载，通过控制器1施加不同法向压（拉）力，同时再次启动伺服电机与液压千斤顶开始试验，直至试样破坏后；

取样，卸掉法向压（拉）力以及侧向扭剪力，拆除圆铁柱与圆盘，退掉上环形螺母12、下环形螺母16与齿轮b，回升伸缩杆，取出套筒，获得扭剪试验试样。