一种温控式反复剪切的非饱和土直剪仪制造技术

本发明专利技术公开了一种温控式反复剪切的非饱和土直剪仪，支架系统由底座、立柱和平板组成，底座上焊接有剪切盒支座。剪切盒设置在剪切盒支座上，剪切盒内侧底部粘结有高进气值陶土板，在陶土板下部可量测孔隙水压力。气压室外侧设置有环境室，制冷器安装在环境室侧板上，加热棒设置在环境室内的剪切盒底座上，采用电子制冷和加热的方式实现试验的恒温温度控制。下剪切盒右侧焊接有第一连接件，与推动轴左端固定连接；上剪切盒左侧焊接有第二连接件，与传力杆右端的限制连接件固定连接，通过电机的正反转动实现非饱和土试样的反复剪切，并可在反复剪切控制部分设定剪切位移大小。本发明专利技术可以开展温度和剪切位移对非饱和土残余强度的影响研究。

【技术实现步骤摘要】
一种温控式反复剪切的非饱和土直剪仪
本专利技术涉及岩土工程测试
，尤其是一种温控式反复剪切的非饱和土直剪仪，可用于研究温度对非饱和土抗剪强度和残余强度指标的影响。
技术介绍
滑坡是一种常见的地质灾害，其频繁发生且影响严重。我国是一个多山国家，滑坡频繁，给工农业生产以及人民生活造成巨大损失，有的甚至是毁灭性的灾难。其中滑带土作为滑坡的重要组成部分，由于受力的特殊性和形成过程中的复杂地质作用，使得其组构特征和物理力学等性质与滑坡体中其他部位的土体存在较大的差别，其强度指标是滑坡稳定性评价与预测预报的关键内容。滑带土大多数处于非饱和状态，并随着季节的更替和降水量的变化，土的非饱和状态也是在不断变化的。而自然界中的非饱和土，也具有复杂的工程特性，因此进行非饱和土的残余强度试验研究是非常必要的。此外，在自然条件下北方地区土体的温度是变化的，包括昼夜温差和季节性温度变化等，温度对非饱和土残余强度的影响是不可忽略的，因此非饱和土的残余强度研究需要考虑温度的影响。不同温度下的非饱和土残余强度指标对于揭示不同季节条件下滑坡的发生机制、滑坡的稳定性分析以及滑坡治理等都有十分重要的意义。目前，滑坡灾害的防护工作已引起工程界和学术界的广泛关注，已有许多学者做了大量的残余强度研究，并取得了有意义的研究成果，但国内外现有设备还无法进行非饱和土直剪条件下反复剪切的残余强度的试验研究，也还无法评价温度对残余强度指标的影响程度，因而也无法开展剪切位移对于非饱和土的残余强度指标的影响研究。针对上述不足，需探索一种温控式反复剪切的非饱和土直剪仪，使其针对非饱和土，满足对测试温度的有效控制及不同剪切位移下的反复剪切，便于开展研究温度和剪切位移对非饱和土残余强度指标的影响评价。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种温控式反复剪切的非饱和土直剪仪，解决了目前常规非饱和土直剪仪不能实现试样的反复剪切，且只能局限于常温测定非饱和土抗剪强度的缺点。为了解决不同温度对非饱和土抗剪强度的影响研究困难，本专利技术可以较好地模拟实际工程中非饱和土体温度变化的实际情况，为研究温度和剪切位移对非饱和土残余强度指标的影响提供了一种可靠的研究装置。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种温控式反复剪切的非饱和土直剪仪，其特征是：包括支架系统、剪切盒、气压室、环境室、变温系统、水平反复剪切系统、垂直加压系统及排水系统、量测系统和控制系统，所述支架系统由底座、平板及连接底座和平板的若干立柱组成，各立柱之间的底座上焊接有剪切盒支座，剪切盒支座上固定连接有剪切盒，剪切盒外侧套接有气压室，气压室套接在环境室内，变温系统分别设置在气压室及环境室内，剪切盒分为下剪切盒和上剪切盒，水平反复剪切系统贯穿环境室和气压室分别与下剪切盒和上剪切盒连接，上剪切盒的上方设置有垂直加压系统，所述垂直加压系统穿过气压室和环境室且延伸至平板上方并与平板固定连接，下剪切盒底部还连接有排水系统，水平反复剪切系统及垂直加压系统还分别连接有量测系统，所述变温系统、水平反复剪切系统的控制单元分别与控制系统电连接，垂直加压系统则通过控制系统连接有气泵。所述平板是四角均设置有圆孔的正方形，四根立柱下端焊接在底座左侧上，立柱上端设置有螺纹，四根立柱上端通过上下两个螺帽固定在带有圆孔的平板上，底座上焊接有剪切盒支座，剪切盒支座中间设置有滑轨，滑轨上放置有若干滚珠，滚珠上放置有剪切盒，所述的剪切盒还包括盒盖，盒盖中心位置开口且固定连接有顶槽，顶槽内部呈凹槽状，上剪切盒通过顶槽和垂直加压系统固定连接，盒盖和上剪切盒通过卡扣活动连接，所述下剪切盒下部粘结有陶土板，上剪切盒上部设置有多孔板，多孔板和陶土板之间填充有试样，所述多孔板和盒盖底板上均开有若干小孔。所述气压室由圆筒和气压罩组成，圆筒和气压罩均采用金属制成且通过螺栓可拆卸连接并在连接缝隙处设置橡皮圈，橡皮圈呈O形，其中圆筒焊接在剪切盒支座上，圆筒右侧中心处设置有围压孔，圆筒前侧开设有贯穿排水系统两个通孔，圆筒左侧和右侧下部均开设有贯穿水平反复剪切系统的圆孔，圆筒上端面中心位置开设有贯穿垂直加压系统的圆孔，围压孔外接有围压管，围压管贯穿环境室与控制系统连接，气压罩上开设有若干个圆孔，每个圆孔在气压室内壁一侧固定安装有一个热电偶。所述环境室由左侧板、右侧板、前侧板、后侧板四块侧板和顶板组成，其中左侧板、右侧板、前侧板、后侧板的下端面均紧贴剪切盒支座且垂直焊接在底座上，左侧板、右侧板、前侧板、后侧板之间固定连接组成一体结构，顶板通过若干个螺栓一与左侧板、右侧板、前侧板、后侧板的上端面可拆卸连接且连接缝隙处均设置有密封圈一，顶板左侧开有注水孔，所述环境室内剪切盒支座上设置有若干个加热棒，左侧板上设置有呈正方形的开口，正方形的开口处通过螺栓固定安装有制冷器，制冷器由导冷片、半导体制冷片和导热片组成，前侧板前侧开设有贯穿排水系统两个通孔，右侧板下部和左侧板下部开设有贯穿水平反复剪切系统的圆孔，顶板中心位置开设有贯穿垂直加压系统的圆孔。所述排水系统由进水管、排水管、水箱支座和水箱组成，其中进水管和排水管均为软管，进水管上设置有阀门一，排水管上设置有阀门二和压力变送器，进水管和排水管均放置在立柱外侧，水箱支座固定连接在底座右侧，进水管外接有水箱，水箱放置在水箱支座上，所述下剪切盒底部设置有螺旋槽，螺旋槽中心处设置有进水孔，螺旋槽末端处设置有排水孔，所述下剪切盒前侧、气压室前侧和环境室前侧对应进水孔和排水孔均开有通孔，进水管和排水管均贯穿环境室前侧、气压室前侧和下剪切盒前侧的通孔分别通过下剪切盒前侧的接头一和接头二和进水孔和排水孔固定连接，气压室前侧和环境室前侧的通孔与进水管、排水管的间隙处均设置有密封圈三。所述水平反复剪切系统主要包括变速箱、电机、推动轴、第一连接件、第二连接件、传力杆和限制连接件，其中变速箱通过螺栓固定在底座右侧上，变速箱内设置有电机，电机通过导线与控制系统相连接，电机与推动轴右端相连接，环境室右侧板和变速箱之间的推动轴上固定连接有荷重传感器，气压室右侧和环境室右侧下部均设置有圆孔，推动轴穿过圆孔，气压室右侧和环境室右侧下部的圆孔与推动轴间隙处均设置有密封圈三，推动轴左端呈圆弧状并设置凹槽，下剪切盒右侧焊接有第一连接件，第一连接件末端扣在凹槽上，上剪切盒左侧焊接有第二连接件，第二连接件末端扣在传力杆右端的限制连接件上；气压室左侧和环境室左侧下部均设置有圆孔，传力杆穿过圆孔，气压室左侧和环境室左侧下部的圆孔与传力杆间隙处均设置有密封圈三，立柱外侧底座上固定连接有传力杆支座，传力杆支座上设置有带有螺纹的圆孔，传力杆通过圆孔穿过传力杆支座，传力杆左端设置有锁紧螺母，锁紧螺母与传力杆支座通过带有螺纹的圆孔相连接。所述垂直加压系统主要包括气压腔、活塞和活塞杆，其中气压腔通过螺栓连接在平板上方，平板中心处设置有开口，气压腔内部设置有活塞，活塞下端中心处固定连接活塞杆，活塞杆穿过平板中心的开口处，所述气压腔右侧设置有上气压孔和下气压孔，且活塞在上气压孔和下气压孔之间可活动，所述活塞杆分为上、下两部分，活塞杆的上部分穿过平板中心的开口处，在活塞杆的下部分上端和平板下方之间设置有轴压传感器，活塞杆的下部分可拆卸，活塞杆的上部分下端空心，活塞杆的下部分上端外径稍小于活塞杆的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种温控式反复剪切的非饱和土直剪仪，其特征是：包括支架系统、剪切盒、气压室、环境室、变温系统、水平反复剪切系统、垂直加压系统及排水系统、量测系统和控制系统（59），所述支架系统由底座（1）、平板（3）及连接底座（1）和平板（3）的若干立柱（2）组成，各立柱（2）之间的底座（1）上焊接有剪切盒支座（5），剪切盒支座（5）上固定连接有剪切盒，剪切盒外侧套接有气压室，气压室套接在环境室内，变温系统分别设置在气压室及环境室内，剪切盒分为下剪切盒（8）和上剪切盒（9），水平反复剪切系统贯穿环境室和气压室分别与下剪切盒（8）和上剪切盒（9）连接，上剪切盒（9）的上方设置有垂直加压系统，所述垂直加压系统穿过气压室和环境室且延伸至平板（3）上方并与平板（3）固定连接，下剪切盒（8）底部还连接有排水系统，水平反复剪切系统及垂直加压系统还分别连接有量测系统，所述变温系统、水平反复剪切系统的控制单元分别与控制系统（59）电连接，垂直加压系统则通过控制系统（59）连接有气泵（64）。

【技术特征摘要】
1.一种温控式反复剪切的非饱和土直剪仪，其特征是：包括支架系统、剪切盒、气压室、环境室、变温系统、水平反复剪切系统、垂直加压系统及排水系统、量测系统和控制系统（59），所述支架系统由底座（1）、平板（3）及连接底座（1）和平板（3）的若干立柱（2）组成，各立柱（2）之间的底座（1）上焊接有剪切盒支座（5），剪切盒支座（5）上固定连接有剪切盒，剪切盒外侧套接有气压室，气压室套接在环境室内，变温系统分别设置在气压室及环境室内，剪切盒分为下剪切盒（8）和上剪切盒（9），水平反复剪切系统贯穿环境室和气压室分别与下剪切盒（8）和上剪切盒（9）连接，上剪切盒（9）的上方设置有垂直加压系统，所述垂直加压系统穿过气压室和环境室且延伸至平板（3）上方并与平板（3）固定连接，下剪切盒（8）底部还连接有排水系统，水平反复剪切系统及垂直加压系统还分别连接有量测系统，所述变温系统、水平反复剪切系统的控制单元分别与控制系统（59）电连接，垂直加压系统则通过控制系统（59）连接有气泵（64）。2.根据权利要求1所述的一种温控式反复剪切的非饱和土直剪仪，其特征是：所述平板（3）是四角均设置有圆孔（16）的正方形，四根立柱（2）下端焊接在底座（1）左侧上，立柱（2）上端设置有螺纹，四根立柱（2）上端通过上下两个螺帽（4）固定在带有圆孔（16）的平板（3）上，底座（1）上焊接有剪切盒支座（5），剪切盒支座（5）中间设置有滑轨（6），滑轨（6）上放置有若干滚珠（7），滚珠（7）上放置有剪切盒，所述的剪切盒还包括盒盖（10），盒盖（10）中心位置开口且固定连接有顶槽（10-1），顶槽（10-1）内部呈凹槽状，上剪切盒（9）通过顶槽（10-1）和垂直加压系统固定连接，盒盖（10）和上剪切盒（9）通过卡扣活动连接，所述下剪切盒（8）下部粘结有陶土板（11），上剪切盒（9）上部设置有多孔板（13），多孔板（13）和陶土板（11）之间填充有试样（12），所述多孔板（13）和盒盖（10）底板上均开有若干小孔。3.根据权利要求1所述的一种温控式反复剪切的非饱和土直剪仪，其特征是：所述气压室由圆筒（14）和气压罩（15）组成，圆筒（14）和气压罩（15）均采用金属制成且通过螺栓可拆卸连接并在连接缝隙处设置橡皮圈（18），橡皮圈（18）呈O形，其中圆筒（14）焊接在剪切盒支座（5）上，圆筒（14）右侧中心处设置有围压孔（65），圆筒（14）前侧开设有贯穿排水系统两个通孔，圆筒（14）左侧和右侧下部均开设有贯穿水平反复剪切系统的圆孔（16），圆筒（14）上端面中心位置开设有贯穿垂直加压系统的圆孔（16），围压孔（65）外接有围压管（66），围压管（66）贯穿环境室与控制系统（59）连接，气压罩（15）上开设有若干个圆孔（16）（16），每个圆孔（16）（16）在气压室内壁一侧固定安装有一个热电偶（17）。4.根据权利要求1所述的一种温控式反复剪切的非饱和土直剪仪，其特征是：所述环境室由左侧板（19-1）、右侧板（19-2）、前侧板（19-3）、后侧板（19-4）四块侧板和顶板（20）组成，其中左侧板（19-1）、右侧板（19-2）、前侧板（19-3）、后侧板（19-4）的下端面均紧贴剪切盒支座（5）且垂直焊接在底座（1）上，左侧板（19-1）、右侧板（19-2）、前侧板（19-3）、后侧板（19-4）之间固定连接组成一体结构，顶板（20）通过若干个螺栓一（20-1）与左侧板（19-1）、右侧板（19-2）、前侧板（19-3）、后侧板（19-4）的上端面可拆卸连接且连接缝隙处均设置有密封圈一（21），顶板（20）左侧开有注水孔（22），所述环境室内剪切盒支座（5）上设置有若干个加热棒（23），左侧板（19-1）上设置有呈正方形的开口，正方形的开口处通过螺栓固定安装有制冷器，制冷器由导冷片（24）、半导体制冷片（25）和导热片（26）组成，前侧板（19-3）前侧开设有贯穿排水系统两个通孔，右侧板（19-2）下部和左侧板（19-1）下部开设有贯穿水平反复剪切系统的圆孔（16），顶板（20）中心位置开设有贯穿垂直加压系统的圆孔（16）。5.根据权利要求1或2所述的一种温控式反复剪切的非饱和土直剪仪，其特征是：所述排水系统由进水管（29）、排水管（31）、水箱支座（33）和水箱（34）组成，其中进水管（29）和排水管（31）均为软管，进水管（29）上设置有阀门一（32-1），排水管（31）上设置有阀门二（32-2）和压力变送器（54），进水管（29）和排水管（31）均放置在立柱（2）外侧，水箱支座（33）固定连接在底座（1）右侧，进水管（29）外接有水箱（34），水箱（34）放置在水箱支座（33）上，所述下剪切盒（8）底部设置有螺旋槽（27），螺旋槽（27）中心处设置有进水孔（28），螺旋槽（27）末端处设置有排水孔（30），所述下剪切盒（8）前侧、气压室前侧和环境室前侧对应进水孔（28）和排水孔（30）均开有通孔，进水管（29）和排水管（31）均贯穿环境室前侧、气压室前侧和下剪切盒（8）前侧的通孔分别通过下剪切盒（8）前侧的接头一（29-1）和接头二（31-1）和进水孔（28）和排水孔（30）固定连接，气压室前侧和环境室前侧的通孔与进水管（29）、排水管（31）的间隙处均设置有密封圈三（48-2）。6.根据权利要求1所述的一种温控式反复剪切的非饱和土直剪仪，其特征是：所述水平反复剪切系统主要包括变速箱（35）、电机（36）、推动轴（37）、第一连接件（39）、第二连接件（40）、传力杆（41）和限制连接件（42），其中变速箱（35）通过螺栓固定在底座（1）右侧上，变速箱（35）内设置有电机（36），电机（36）通过导线（60）与控制系统（59）相连接，电机（36）与推动轴（37）右端相连接，环境室右侧板和变速箱（35）之间的推动轴（37）上固定连接有荷重传感器（51），气压室右侧和环境室右侧下部均设置有圆孔（16），推动轴（37）穿过圆孔（16），气压室右侧和环境室右侧下部的圆孔（16）与推动轴（37）间隙处均设置有密封圈三（48-2），推动轴（37）左端呈圆弧状并设置凹槽（38），下剪切盒（8）右侧焊接有第一连接件（39），第一连接件（39）末端扣在凹槽（38）上，上剪切盒（9）左侧焊接有第二连接件（40），第二连接件（40）末端扣在传力杆（41）右端的限制连接件（42）上；气压室左侧和环境室左侧下部均设置有圆孔（16），传力杆（41）穿过圆孔（16），气压室左侧和环境室左侧下部的圆孔（16）与传力杆（41）间隙处均设置有密封圈三（48-2），立柱（2）外侧底座（1）上固定连接有传力杆支座（43），传力杆支座（43）上设置有带有螺纹的圆孔（16），传力杆（41）通过圆孔（16）穿过传力杆支座（43），传力杆（41）左端设置有锁紧螺母（44），锁紧螺母（44）与传力杆支座（43）通过带有螺纹的圆孔（16）相连接。7.根据权利要求1所述的一种温控式反复剪切的非饱和土直剪仪，其特征是：所述垂直加压系统主要包括气压腔（45）、活塞（46）和活塞杆（47），其中气压腔（45）通过螺栓连接在平板（3）上方，平板（3）中心处设置有开口，气压腔（45）内部设置有活塞（46），活塞（46）下端中心处固定连接活塞杆（47），活塞杆（47）穿过平板（3）中心的开口处，所述气压腔（45）右侧设置有上气压孔（49-1）和下气压孔（49-2），且活塞（46）在上气压孔（49-1）和下气压孔（49-2）之间可活动，所述活塞杆（47）分为上、下两部分，活塞杆（47）的上部分穿过平板（3）中心的开口处，在活塞杆（47）的下部分上端和平板（3）下方之间设置有轴压传感器（52），活塞杆（47）的下部分可拆卸，活塞杆（47）的上部分下端空心，活塞杆（47）的下部分上端外径稍小于活塞杆（47）的上部分下端内径，活塞杆（47）的上部分下端和活塞杆（47）的下部分上端开有对穿孔，并在对穿孔处设置连接螺栓（50），环境室和气压室上端面中心位置设置有圆孔（16），活塞杆（47）的下部分贯穿环境室和气压室上端面中心位置的圆孔（16）作用在上剪切盒（9）顶部，环境室和气压室上端面中心位置的圆孔（16）与活塞杆（47）的缝隙处均设置有密封圈二（48-1），活塞杆（47）的下部分固定连接有位移支架（57），环境室右侧板上方用螺栓连接有固定支架（58），固定支架（58）上固定安装有位移传感器（53），位移传感器（53）末端顶住活塞杆（47）上的位移支架（57）。8.根据权利要求1所述的一种温控式反复剪切的非饱和土直剪仪，其特征是：所述量测系统分为水平量测部分、竖直量测部分、压力变送器（54）和数据采集仪（56），水平量测部分是设置在水平反复剪切系统上的荷重传感器（51），竖直量测部分包括轴压传感器（52）和位移传感器（53），轴压传感器（52）和位移传感器（53）均设置在垂直加压系统上，压力变送器（54）设置在排水系统的排水管（31）上，荷重传感器（51）、轴压传感器（52）、位移传感器（53）和压力变送器（54）均通过数据传输线（55）外接在数据采集仪（56）上。9.根据权利要求1所述的一种温控式反复剪切的非饱和土直剪仪，其特征是：所述控制系统分为温控部分（59-1）、气压控制部分（59-2）和反复剪切控制部分（59-3），所述变温系统通过导线（60）外接在温控部分（59-1）上，垂直加压系统通过加压管（61）和减压管（62）外接在气压控制部...

【专利技术属性】
技术研发人员：骆建文，王治军，侯大勇，李荣建，刘军定，耿生明，张真，吴军，朱桥川，郭玉华，
申请(专利权)人：西安长庆科技工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61