剪切试验装置及利用所述装置进行剪切试验的方法制造方法及图纸

本申请公开了一种剪切试验装置，所述剪切试验装置包括：试验容器和旋转剪切加载装置；所述试验容器用以容置待测试样，其至少包括底板、侧壁；所述试验容器的底板设置有能够安置剪切板转轴的轴孔；所述旋转剪切加载装置包括剪切板和扭矩施加装置，所述剪切板通过剪切板转轴安装在所述试验容器的底板的所述轴孔上，并可绕所述剪切板转轴转动；所述扭矩施加装置用于驱动所述剪切板绕所述剪切板转轴旋转，实现对容置在所述试验容器中的所述待测试样的旋转剪切。采用本申请提供的装置，可以同时实现在剪切试验过程中的剪切面面积大小固定、剪切面受力均匀、剪切位移大小不受限制、以及可满足试验试样宽粒度级别的试验要求。

【技术实现步骤摘要】
剪切试验装置及利用所述装置进行剪切试验的方法
本申请涉及土体力学特性测试
，具体涉及一种剪切试验装置，同时涉及一种利用所述剪切试验装置进行剪切试验的方法。
技术介绍
土的抗剪强度指的是土体抵抗剪切破坏的极限能力，土体受到荷载作用后，会产生法向应力和剪应力，其中，法向应力使土体发生压密，而剪应力作用可使土体发生剪切，因此，土的强度往往指抗剪强度，土的强度破坏通常是剪切破坏。对于各种人工填筑的土工建筑物及天然地基、边坡等，抗剪强度是用于安全评价的重要指标。现有技术下，土体抗剪试验装置主要有直剪仪、环剪仪以及十字板剪切装置等，然而上述装置均存在明显的缺陷。所述直剪仪是现有技术中主要使用的土体抗剪试验装置。这种装置包括上下两个分体的土样容器，在上方施加竖直方向的预定压力的情况下，给下方的土样容器施加水平方向的拉力，测量下方的土样容器被拉动时施加的拉力。这种直剪仪的主要缺点是：(1)随着剪切位移的发生，剪切面面积变小，从而导致剪切面上受力不均匀，影响试验结果的准确性；(2)由于水平方向的试验距离受到仪器尺寸限制，直剪仪在检测过程中，能够试验的剪切位移的尺寸范围受到较大限制，不能提供较大尺寸的抗剪切试验数据。所述环剪仪由上、下两个剪切盒组成，上盒可以绕其轴线旋转。土样被填入环形土样盒内，上盒旋转时带动上半部分土样旋转，从而在试样中间形成剪切面，其主要缺点是：(1)不易向剪切面施加较高的正应力；(2)环的宽度较小，导致待测试样的最大粒径受到限制。所述十字板剪切装置是一种原位测试设备，主要包括十字板探头；使用这种装置时，首先需要钻孔到指定土层，再插入十字板探头，根据施加在十字板探头上使其旋转的扭矩计算抗剪强度。十字板剪切试验仅适用于粘土、粉土或均匀的砂土地层，不适用于堆石、砂砾石，或含有砾石、块石的土层，使待测试样的适用范围受到极大限制。综上所述，现有的剪切试验装置无法同时满足在剪切试验过程中的剪切面面积大小固定、剪切面受力均匀、剪切位移大小不受限制以及满足试验试样宽粒度级别的试验要求，需要改进。
技术实现思路
本申请提供一种剪切试验装置，以解决现有的剪切试验装置无法同时满足剪切面面积大小固定、剪切面受力均匀、剪切位移大小不受限制、以及满足试验试样大粒度级别的试验要求的问题。本申请另外提供一种利用所述剪切试验装置进行剪切试验的方法。本申请提供一种剪切试验装置，包括试验容器和旋转剪切加载装置；所述试验容器用以容置待测试样，其至少包括底板、侧壁；所述试验容器的底板设置有能够安置剪切板转轴的轴孔；所述旋转剪切加载装置包括剪切板和扭矩施加装置，所述剪切板通过剪切板转轴安装在所述试验容器的底板的所述轴孔上，并可绕所述剪切板转轴转动；所述扭矩施加装置用于驱动所述剪切板绕所述剪切板转轴旋转，实现对容置在所述试验容器中的所述待测试样的旋转剪切。优选的，所述剪切试验装置还包括扭矩测量装置，用于测量所述扭矩施加装置在对所述待测试样进行旋转剪切时所施加的扭矩。优选的，所述剪切试验装置还包括法向加载装置，所述法向加载装置包括荷载板及法向驱动系统，所述荷载板垂直于所述剪切板转轴安装，所述法向驱动系统能够沿所述剪切板转轴对所述荷载板施加法向压力。优选的，在同一法向压力下，通过替换不同长宽比的剪切板，可测定不同的旋转扭矩，进而分别获得所述待测试样的相互垂直的两个面上的抗剪强度。优选的，所述装置尺寸与所述待测试样的最大粒径dmax之间满足：当所述试验容器的侧壁为圆筒形时，所述试验容器内腔的直径和高度均≥24dmax；当所述试验容器的侧壁为方形柱状时，所述试验容器内腔的最短边长≥24dmax；所述剪切板的外缘与所述试验容器的侧壁之间的最短净距≥6dmax；所述剪切板与底板之间的净距≥6dmax；在对所述待测试样施加法向荷载以使所述待测试样达到预定的应力状态后，所述剪切板与所述荷载板之间的净距≥6dmax。优选的，所述试验容器还包括上盖板，所述剪切板转轴与所述上盖板和所述底板之间分别以轴承连接。优选的，所述底板上的所述轴孔内设置含锁定装置的滑槽，所述底板上的轴承嵌入所述滑槽内，通过设置所述锁定装置，能够允许所述剪切板转轴在所述滑槽内发生位移或者将所述剪切板转轴锁定在所述滑槽的确定位置。优选的，所述剪切板的形状相同且数量为多个，并且沿所述剪切板转轴均匀分布。优选的，所述剪切板沿所述剪切板转轴呈十字形分布或者呈六角形分布。本申请还提供一种利用所述装置进行剪切试验的方法，所述方法包括：安装剪切试验装置并填入待测试样；向所述待测试样施加法向压力致使所述待测试样被压缩至指定状态；向所述被压缩至指定状态的待测试样施加旋转扭矩，致使所述待测试样发生剪切破坏，并记录致使所述待测试样发生剪切破坏时所施加的最大旋转扭矩。与现有技术相比，本申请具有以下优点：利用本申请的剪切试验装置进行剪切试验，其基本原理为将待测试样容置于侧限容器装置中，通过对所述处于侧限状态的待测试样中的剪切板施加旋转扭矩使所述待测试样发生剪切破坏，从而达到同时实现在剪切试验过程中的剪切面面积大小固定、剪切面受力均匀、剪切位移大小不受限制、以及可满足试验试样宽粒度级别的试验要求。在优选条件下，可根据试验要求对所述剪切试验装置增设法向加载装置，通过该装置可向所述待测试样施加可控的正应力，以模拟出现场真实条件下的土体受力状态，从而使所述剪切试验装置能够更广泛地应用于多种受力状态下的土体的剪切试验。附图说明图1是本申请第一实施例所提供的剪切试验装置的基础结构示意图；图2是本申请第一实施例所提供的剪切试验装置的结构示意图；图3是本申请第一实施例所提供的剪切试验装置的剪切板横截面示意图；图4是本申请第二实施例所提供的剪切试验工序示意图；图5是本申请第二实施例所提供的剪切试验方法流程图。附图标号说明：1-1侧壁；1-2底板；1-3剪切板转轴；1-4剪切板；1-5扭矩施加装置；2-1荷载板；2-2剪切板；2-3剪切板转轴；2-4上盖板；2-5侧壁；2-6底板；2-7液压旋转驱动系统和扭矩放大器；2-8轴承。具体实施方式在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。本申请中，提供了一种剪切试验装置以及一种利用所述剪切试验装置进行剪切试验的方法，以下提供实施例逐一进行详细说明。本申请第一实施例提供一种剪切试验装置，该剪切试验装置主要用于对不同结构的土体的抗剪强度进行测试，所述抗剪强度指的是土体抵抗剪切破坏的极限能力，其作为土的重要力学性质之一，控制着多种建筑结构及地质结构的稳定性，例如建筑物地基和路基的承载力、挡土墙和地下结构的土压力、堤坝、基坑、路堑以及各类边坡的稳定性均由土的抗剪强度所控制。作为剪切试验装置，其基础作用在于对待测试样施加剪切力使之发生剪切破坏，如图1所示，其为剪切试验装置的基本结构示意图，所述剪切试验装置的基础组成部分包括试验容器和旋转剪切加载装置；所述试验容器用以容置待测试样，其主要包括底板1-2和侧壁1-1，所述底板1-2设置有能够安置剪切板转轴1-4的轴孔；所述旋转剪切加载装置包括剪切板1-3和扭矩施加装置1-5，所述剪切板1-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种剪切试验装置，其特征在于，包括：试验容器和旋转剪切加载装置；所述试验容器用以容置待测试样，其至少包括底板、侧壁；所述试验容器的底板设置有能够安置剪切板转轴的轴孔；所述旋转剪切加载装置包括剪切板和扭矩施加装置，所述剪切板通过剪切板转轴安装在所述试验容器的底板的所述轴孔上，并可绕所述剪切板转轴转动；所述扭矩施加装置用于驱动所述剪切板绕所述剪切板转轴旋转，实现对容置在所述试验容器中的所述待测试样的旋转剪切。

【技术特征摘要】
1.一种剪切试验装置，其特征在于，包括：试验容器和旋转剪切加载装置；所述试验容器用以容置待测试样，其至少包括底板、侧壁；所述试验容器的底板设置有能够安置剪切板转轴的轴孔；所述旋转剪切加载装置包括剪切板和扭矩施加装置，所述剪切板通过剪切板转轴安装在所述试验容器的底板的所述轴孔上，并可绕所述剪切板转轴转动；所述扭矩施加装置用于驱动所述剪切板绕所述剪切板转轴旋转，实现对容置在所述试验容器中的所述待测试样的旋转剪切。2.根据权利要求1所述的剪切试验装置，其特征在于，所述剪切试验装置还包括扭矩测量装置，用于测量所述扭矩施加装置在对所述待测试样进行旋转剪切时所施加的扭矩。3.根据权利要求1所述的剪切试验装置，其特征在于，所述剪切试验装置还包括法向加载装置，所述法向加载装置包括荷载板及法向驱动系统，所述荷载板垂直于所述剪切板转轴安装，所述法向驱动系统能够沿所述剪切板转轴对所述荷载板施加法向压力。4.根据权利要求3所述的剪切试验装置，其特征在于，在同一法向压力下，通过替换不同长宽比的剪切板，可测定不同的旋转扭矩，进而分别获得所述待测试样的相互垂直的两个面上的抗剪强度。5.根据权利要求3所述的剪切试验装置，其特征在于，所述装置尺寸与所述待测试样的最大粒径dmax之间满足：当所述试验容器的侧壁为圆筒形时，所述试验容器内腔的直径和高度均≥24dmax；当所述试验容器的侧壁为方形柱状时，所述试验容器内腔的最短边长≥24dmax；所述剪切板的外缘与所述试验容器的侧壁之间的最短净距≥6dmax...

【专利技术属性】
技术研发人员：温彦锋，邓刚，张幸幸，于沭，卢吉，张延亿，周梦佳，张茵琪，殷旗，田继雪，陈兵，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，华能澜沧江水电股份有限公司，华能集团技术创新中心，
类型：发明
国别省市：北京,11