一种直剪仪及其土样剪切方法技术

本发明专利技术公开了一种直剪仪，包括用于盛放土样的剪切盒，还包括与所述剪切盒相连，且用于对所述剪切盒中的所述土样进行冻结和解冻的调温装置。由于增设了与剪切盒相连的调温装置，该调温装置用于对剪切盒中的土样进行冻结和解冻，因此在需要对土样进行冻融循环时，可以通过调温装置直接在剪切盒内对土样进行冻结和解冻，解决了现有技术中必须在冷库中完成冻融循环过程的问题，并且由于在冻融过程中无需对土样进行转移，因此土样内部的受力状态不会受到任何扰动，该直剪仪所测量出的土样剪切力学参数更加准确可靠。本发明专利技术还公开了一种上述直剪仪的土样剪切方法。

【技术实现步骤摘要】
一种直剪仪及其土样剪切方法
本专利技术涉及土样剪切实验设备制造
，特别涉及一种直剪仪及其土样剪切方法。
技术介绍
岩土体在冻融作用下其物理力学特性将会发生显著变化，冻土力学是目前研究的热点问题。在矿山及地下工程建设中，冻结法是比较常见的施工方法，冻结法是指用人工制冷的方法，将待开挖地下空间周围的土体中的水冻结为冰并与土体胶结在一起，形成一个按照设计轮廓的冻土墙或密闭的冻土体，用以抵抗土压力，隔绝地下水，并在冻土墙的保护下，进行地下工程施工的一种岩土特殊施工方法，常用于竖井工程。通过直接剪切试验，测定土在不同压力下的抗剪强度，得出土的抗剪强度参数粘聚力和内摩擦角，可以为地下工程施工方法提供科学依据。直剪仪是研究土的物理力学性质常用的仪器，由于其试样制备以及仪器操作过程比较简单，而且由其得到的试验结果与其它复杂设备所得到的结果基本一致，因此其应用更为广泛。现有直剪仪主要由法向加载机构，水平加载机构，法向位移计，水平位移计，水平荷载传感器，剪切盒(由上、下剪切盒组成)等构成。通过记录不同法向压力下的抗剪强度，计算可得到土的粘聚力和内摩擦角等抗剪强度参数。但是，现有直剪仪器主要用于常温土样的试验，当涉及到冻融循环试验时，往往是先将土样在冷库中冷却到目标温度，然后再将土样移送至剪切盒内，由于土样在冷库中经过冻融循环至目标温度后，再从冷库中取出放入直剪仪器的过程会使土样受到扰动，应力状态改变，土样剪切试验时与冻融后的内部结构是不一致的；另外剪切过程中土样温度随环境温度变化而发生变化；再次现有直剪仪器无法对土样温度实时监测，导致无法掌握剪切时土样真实的温度情况；因而如果用现有直剪仪器测定冻土与冻融土剪切力学参数是非常不准确的。因此，在做剪切试验前和试验中如何能够使土样保持冻融循环后的受力状态，以保证土样剪切力学参数测量结果的可靠性是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的之一在于提供一种直剪仪，以便在做剪切试验前和试验中能够保持土样冻融循环后的受力状态，从而保证土样剪切力学参数的可靠性。本专利技术的另一目的在于提供一种上述直剪仪的土样剪切方法。为了达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种直剪仪，包括用于盛放土样的剪切盒，还包括与所述剪切盒相连，且用于对所述剪切盒中的土样进行冻结和解冻的调温装置。优选地，所述剪切盒包括上剪切盒和下剪切盒，所述上剪切盒和所述下剪切盒的侧壁内均设置有中空腔体，且所述中空腔体具有入口和出口，所述调温装置为低温冷浴器，所述低温冷浴器的出液管与所述中空腔体的入口相连，所述低温冷浴器的回液管与所述中空腔体的出口相连。优选地，所述出液管和所述回液管上均设置有用于调节管路流量大小的阀门。优选地，所述上剪切盒以及所述下剪切盒中的土样容纳腔均呈圆柱状，所述中空腔体环绕所述土样容纳腔的周向设置。优选地，所述剪切盒的侧壁内嵌设有中空管路，所述中空管路具有入口和出口，所述调温装置为低温冷浴器，所述低温冷浴器的出液管与所述中空管路的入口相连，所述低温冷浴器的回液管与所述中空管路的出口相连。优选地，所述剪切盒包括上剪切盒和下剪切盒，所述上剪切盒和所述下剪切盒的侧壁内均设置有中空腔体，所述调温装置为冷媒循环系统，所述冷媒循环系统至少包括依次串联的压缩机、四通阀、第一换热器、节流阀和第二换热器，所述第一换热器或所述第二换热器嵌入所述中空腔体内。优选地，还包括分别用于放置在所述土样上下两端的上端透水板和下端透水板，在所述上端透水板和/或所述下端透水板上还设置有能够插入所述土样内部的温度探头。优选地，所述温度探头设置在所述上端透水板的中心，用于给所述土样施加法向载荷的加荷帽与所述上端透水板的上表面接触，在所述加荷帽与所述上端透水板之间，以及所述加荷帽与所述剪切盒的内壁之间均开设有用于防止所述温度探头的导线被压坏的避线槽。优选地，所述加荷帽与所述上端透水板之间的所述避线槽，开设在所述加荷帽用于与所述上端透水板相接触的一面上，所述加荷帽与所述剪切盒的内壁之间的所述避线槽，开设在所述加荷帽用于与所述剪切盒的内壁相接触的一面上。优选地，所述剪切盒由黄铜制成，且所述剪切盒的外表面还包覆有保温层。优选地，所述上端透水板和所述下端透水板上均设置有螺纹孔，所述直剪仪还包括方便所述上端透水板以及所述下端透水板在所述剪切盒内拆装的杆件，所述杆件通过自身外表面上的外螺纹可拆卸地与所述螺纹孔连接。本专利技术中所公开的直剪仪的土样剪切方法，包括冻结剪切模式，在所述冻结剪切模式中，依次包括土样放置工序、土样固结工序、土样冷冻工序以及土样剪切工序，其中，所述土样冷冻工序为：设置土样的冷冻目标温度，然后控制所述调温装置对所述剪切盒进行降温冷冻，采集所述土样内的实际温度并与所述冷冻目标温度比较，当所述实际温度与所述冷冻目标温度相等时，控制所述调温装置持续工作并使所述土样在所述冷冻目标温度下维持第一预定时间后进行所述土样剪切工序。优选的，还包括冻融剪切模式，在所述冻融剪切模式中，依次包括土样放置工序、土样固结工序、土样冻融工序以及土样剪切工序，其中，所述土样冻融工序为：设置土样的冷冻目标温度和解冻目标温度，然后控制所述调温装置对所述剪切盒进行降温冷冻，采集所述土样内的实际温度并与所述冷冻目标温度比较，当所述实际温度与所述冷冻目标温度相等时，控制所述调温装置持续工作并使所述土样在所述冷冻目标温度下维持第二预定时间，到达所述二预定时间后，提高所述调温装置的温度，使所述土样升温解冻，采集所述土样内的实际温度并与所述解冻目标温度比较，当所述实际温度与所述解冻目标温度相等时，控制所述调温装置持续工作并使所述土样在所述解冻目标温度下维持第三预定时间，到达所述第三预定时间后进行所述土样剪切工序。由以上技术方案可以看出，本专利技术中所公开的直剪仪，增设了与剪切盒相连的调温装置，该调温装置用于对剪切盒中的土样进行冻结和解冻，因此在需要对土样进行冻融循环时，可以通过调温装置直接在剪切盒内对土样进行冻结和解冻，解决了现有技术中必须在冷库中完成冻融循环过程的问题，并且由于在冻融过程中无需对土样进行转移，因此土样内部的状态不会受到任何扰动，该直剪仪所测量出的土样剪切力学参数更加准确可靠。本专利技术中所公开的直剪仪的土样剪切方法，通过控制上述调温装置，使剪切盒内的土样冻结或者使剪切盒内的土样在冻结和解冻之间转化，然后再进行土样剪切，这不仅实现了在剪切盒内对土样进行冻结和解冻，避免了土样内部的受力状态受到扰动，同时还实时监测土样内的实际温度，使土样在剪切过程中始终保持在目标温度附近，保证土样剪切力学参数的准确性和可靠性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例所公开的直剪仪中调温装置与剪切盒的连接示意图；图2为本专利技术实施例中所公开的直剪仪的部分结构示意图；图3为温度探头插入土样中的结构示意图；图4为加荷帽上所开设的避线槽的结构示意图；图5为上剪切盒的结构示意图；图6为下剪切盒与储水盒的配合示意图；图7为上端透水板的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直剪仪，包括用于盛放土样的剪切盒，其特征在于，还包括与所述剪切盒相连，且用于对所述剪切盒中的所述土样进行冻结和解冻的调温装置。

【技术特征摘要】
1.一种直剪仪，包括用于盛放土样的剪切盒，其特征在于，还包括与所述剪切盒相连，且用于对所述剪切盒中的所述土样进行冻结和解冻的调温装置。2.根据权利要求1所述的直剪仪，其特征在于，所述剪切盒包括上剪切盒(3)和下剪切盒(11)，所述上剪切盒(3)和所述下剪切盒(11)的侧壁内均设置有中空腔体(17)，且所述中空腔体(17)具有入口和出口，所述调温装置为低温冷浴器(12)，所述低温冷浴器(12)的出液管(10)与所述中空腔体(17)的入口相连，所述低温冷浴器(12)的回液管与所述中空腔体(17)的出口相连。3.根据权利要求2所述的直剪仪，其特征在于，所述上剪切盒(3)以及所述下剪切盒(11)中的土样容纳腔均呈圆柱状，所述中空腔体(17)环绕所述土样容纳腔的周向设置。4.根据权利要求1所述的直剪仪，其特征在于，所述剪切盒的侧壁内嵌设有中空管路，所述中空管路具有入口和出口，所述调温装置为低温冷浴器(12)，所述低温冷浴器(12)的出液管(10)与所述中空管路的入口相连，所述低温冷浴器(12)的回液管与所述中空管路的出口相连。5.根据权利要求1所述的直剪仪，其特征在于，所述剪切盒包括上剪切盒(3)和下剪切盒(11)，所述上剪切盒(3)和所述下剪切盒(11)的侧壁内均设置有中空腔体(17)，所述调温装置为冷媒循环系统，所述冷媒循环系统至少包括依次串联的压缩机、四通阀、第一换热器、节流阀和第二换热器，所述第一换热器或所述第二换热器嵌入所述中空腔体(17)内。6.根据权利要求1-5任意一项所述的直剪仪，其特征在于，还包括分别用于放置在所述土样上下两端的上端透水板(13)和下端透水板(14)，在所述上端透水板(13)和/或所述下端透水板(14)上还设置有能够插入所述土样内部的温度探头(7)。7.根据权利要求6所述的直剪仪，其特征在于，所述温度探头(7)设置在所述上端透水板(13)的中心，用于给所述土样施加法向载荷的加荷帽(4)与所述上端透水板(13)的上表面接触，在所述加荷帽(4)与所述上端透水板(13)之间，以及所述加荷帽(4)与所述剪切盒的内壁之间均开设有用于防止所述温度探头(7)的导线被压坏的避线槽(41)。8.根据权利要求7所述的直剪仪，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁智，冯先德，许名志，金军良，
申请(专利权)人：中冶长天国际工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43