一种具有竖向反力架的岩土大剪试验系统及方法与流程

本发明涉及土木工程试验，尤其涉及一种具有竖向反力架的岩土大剪试验系统及方法。

背景技术：

1、现有大剪试验中，如图1所示，利用竖向施力模块对试样施加正应力，利用千斤顶对上盒施加剪力，千斤顶支撑在左侧的支撑物上，在逐渐增大的水平剪力的作用下上盒产生位移，试样逐渐被剪坏。竖向施力模块通过竖向加压板将竖向压力施加在剪切盒内的试样上。竖向压力的施加多采用堆载法，为了实现较高的竖向压力，需要事先把庞大的重物堆积到横梁支撑物上，试验时，再通过安放在试样上的千斤顶把重物顶起来。竖向堆载法往往需要几吨甚至几十吨的重物，使用非常不便，存在安全隐患。另外，试样在受剪过程中存在水平移动，加载重物对试样的移动有限制作用。室内直剪试验的竖向力是通过杠杆施加的，但对大剪试验来说，需要更大的杠杆比，需要更多的砝码和更大支撑力的滑道，实现难度远超室内直剪试验。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本发明的实施例提出一种具有竖向反力架的岩土大剪试验系统及方法。

3、一方面，本发明提出了一种具有竖向反力架的岩土大剪试验系统，包括：

4、竖向施力单元，所述竖向施力单元包括竖向反力架、竖向施力模块和滚排，所述竖向施力模块的两端通过承压板分别抵靠在所述滚排上和试样顶面，所述试样放置在所述竖向反力架的底座上；

5、剪切单元，所述剪切单元包括上下设置的上盒和下盒，所述上盒套设在所述试样上部，所述下盒套设在所述试样下部，所述下盒放置在所述底座上；

6、水平施力单元，所述水平施力单元的一端抵靠在所述上盒上，所述水平施力单元远离所述上盒的一端抵靠在支撑物上，所述水平施力单元用于产生剪力；

7、水平尺，所述水平尺固定在所述下盒上，所述水平尺用于测试所述上盒的水平位移。

8、在一些实施例中，所述承压板包括上承压板和下承压板，所述竖向施力模块上端通过所述上承压板抵靠在所述滚排上，所述竖向施力模块下端通过所述下承压板抵靠在所述试样顶面。

9、在一些实施例中，所述竖向反力架的顶板内侧设置插槽，所述滚排和所述上承压板上下依次插设在所述插槽内。

10、在一些实施例中，所述底座与所述顶板之间通过竖板连接。

11、在一些实施例中，所述竖向施力模块为竖向千斤顶，所述竖向千斤顶连接液压泵。

12、在一些实施例中，所述上盒和所述下盒均为由前侧面、后侧面、左侧面、右侧面四个侧面组成的框式结构。

13、在一些实施例中，所述水平施力单元为水平千斤顶，通过手动泵控制所述水平千斤顶的力。

14、在一些实施例中，所述水平千斤顶的一端抵靠在所述支撑物上，所述水平千斤顶的另一端连接测力环。

15、在一些实施例中，所述测力环用于测试所述水平千斤顶施加的剪力，所述测力环远离所述水平千斤顶的一端抵靠在所述上盒上。

16、另一方面，本发明提出了一种具有竖向反力架的岩土大剪试验方法，包括以下步骤：

17、记录剪切面横截面面积aj；

18、把滚排和上承压板安放到竖向反力架的插槽内，把下盒平稳地置于竖向反力架的底座上，把试样装入下盒内，把上盒放在下盒上，上下盒与试样之间的缝隙用砂土填满，试样顶面用砂土找平，试样顶部依次放置下承压板和竖向千斤顶；

19、安装水平千斤顶，并使测力环抵靠在上盒的下部；

20、将水平尺固定在下盒上以方便测读上盒的相对位移；

21、将竖向千斤顶加压到指定数值；

22、通过水平千斤顶由小到大向上盒施加水平方向位移序列ui，并记录与之相应的水平方向的力ti，当试样破坏或变形过大时，停止施加位移；

23、绘制水平力与位移曲线，并确定峰值水平力tmax，计算破坏时正应力σj与剪切应力τj；

24、试样全部完成后用最小二乘法整理出黏结力c与内摩擦角φ。

25、相对于现有技术，本发明的有益效果为：

26、本发明的竖向反力架内部构件在竖向受到的力是平衡的，使得竖向施力模块可以施加较大范围的竖向力，竖向反力架为竖向施力模块提供牢固的支撑，滚排的设置保证了试样在水平方向的滑动不受竖向反力架的顶板的限制，从而保证了水平施力单元提供的力主要作用在试样的剪切面上，提高了试验效率和可靠性。

技术特征：

1.一种具有竖向反力架的岩土大剪试验系统，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述承压板包括上承压板和下承压板，所述竖向施力模块上端通过所述上承压板抵靠在所述滚排上，所述竖向施力模块下端通过所述下承压板抵靠在所述试样顶面。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述竖向反力架的顶板内侧设置插槽，所述滚排和所述上承压板上下依次插设在所述插槽内。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述底座与所述顶板之间通过竖板连接。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述竖向施力模块为竖向千斤顶，所述竖向千斤顶连接液压泵。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述上盒和所述下盒均为由前侧面、后侧面、左侧面、右侧面四个侧面组成的框式结构。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水平施力单元为水平千斤顶，通过手动泵控制所述水平千斤顶的力。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述水平千斤顶的一端抵靠在所述支撑物上，所述水平千斤顶的另一端连接测力环。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述测力环用于测试所述水平千斤顶施加的剪力，所述测力环远离所述水平千斤顶的一端抵靠在所述上盒上。

10.一种具有竖向反力架的岩土大剪试验方法，其特征在于，利用如权利要求1-9中任一所述的系统，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种具有竖向反力架的岩土大剪试验系统及方法，包括竖向施力单元、剪切单元、水平施力单元和水平尺，竖向施力单元包括竖向反力架、竖向施力模块和滚排，竖向施力模块的两端通过承压板分别抵靠在滚排上和试样顶面；剪切单元包括上下设置的上盒和下盒；水平施力单元的一端抵靠在上盒上，水平施力单元远离上盒的一端抵靠在支撑物上。本发明的竖向反力架内部构件在竖向受到的力是平衡的，使得竖向施力模块可以施加较大范围的竖向力，竖向反力架为竖向施力模块提供牢固的支撑，滚排的设置保证了试样在水平方向的滑动不受竖向反力架的顶板的限制，从而保证了水平施力单元提供的力主要作用在试样的剪切面上，提高了试验效率和可靠性。

技术研发人员：姚再兴,李磊,樊强利,刘宁宁,杨洋,马强,刘堉杉,池津维,曹牧,宋福海,冯栩瑞
受保护的技术使用者：中煤科工能源科技发展有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12