非饱和土抗剪切强度参数的测定方法及专用直剪仪技术

本发明专利技术提供一种非饱和土抗剪强度参数的测定方法及专用直剪仪，包括：水平承台，设置在水平承台上的水平加载装置、垂直加载装置、数据测控装置、剪切盒、基质吸力测定装置；所述剪切盒内放置待测试样；所述基质吸力测定装置设置于待测试样中；所述垂直加载装置设置于剪切盒上方，为剪切盒提供垂直加载；所述水平加载装置与剪切盒连接，为剪切盒提供水平加载。本发明专利技术设置了基质吸力测定装置，将吸力计放入土样插孔中，直接进行竖直压力加载，完成非饱和土直剪参数测定的试验，采用全自动数据控制装置，优化了传统的人工读取数据采集方法，使试样检测结果具有更高的准确性。

Method for measuring shear strength parameters of unsaturated soil and special direct shear apparatus

The present invention provides a method for the determination of unsaturated soil anti shear strength parameters and special direct shear apparatus, including: level cap, horizontal loading device, at the level of cap on vertical loading device, data measurement and control device, shear box, matrix suction measurement device; the shear box is placed in the sample; determination of matrix suction device is arranged in the sample to be tested; the vertical loading device is arranged on the upper shear box, with vertical loading shear box; the horizontal loading device is connected with the shear box, with horizontal loading for shear box. The invention is provided with suction apparatus, the suction gauge in the soil like Jack, direct vertical pressure loading, complete test of unsaturated soil shear parameter determination, using automatic data control device, optimization of artificial read the traditional data acquisition method, the sample testing results with higher accuracy.

【技术实现步骤摘要】
非饱和土抗剪切强度参数的测定方法及专用直剪仪
本专利技术属于土木工程仪器测试领域，具体涉及一种非饱和土抗剪强度参数的测定方法及专用直剪仪。
技术介绍
自然界浅埋土层中非饱和土的分布十分广泛，岩土工程活动中遇到的绝大多数土体均为非饱和土。目前，建筑基础设计普遍将非饱和土假设为饱和土进行简化处理。非饱和土中气相的存在使得其性质变得异常复杂，工程人员发现基于饱和土的假设结构设计不一定是安全的，而且非饱和土的强度通常高于饱和土强度，这样保守的设计往往会造成巨大的浪费。因此，测定非饱和土的抗剪强度参数对非饱和土层上的道路、建筑物、大坝等结构设计起着重要的作用。目前，为确定非饱和土的抗剪强度参数，国内外大多采用双压力室非饱和土三轴试验仪。然而，采用双压力室非饱和土三轴试验仪测定非饱和土的抗剪强度，需要耗费大量成本购买专用仪器，并且试验周期很长，对于时间紧张或者经济资源有限的实际工程项目来说，非饱和土的抗剪强度参数测定非常困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种测定准确度高、成本低、试验效率高的非饱和土抗剪强度参数的测定方法及专用直剪仪，实现非饱和土体试样抗剪强度的直接测定。为了实现上述目的，本专利技术提出一种非饱和土抗剪强度参数的测定方法及专用直剪仪，包括：水平承台，设置在水平承台上的水平加载装置、垂直加载装置、数据测控装置、剪切盒、基质吸力测定装置；所述剪切盒内放置待测试样；所述基质吸力测定装置设置于待测试样中；所述垂直加载装置设置于剪切盒上方，为剪切盒提供垂直加载；所述水平加载装置与剪切盒连接，为剪切盒提供水平加载。优选地，所述剪切盒包括上剪切盒、下剪切盒和剪切盒顶盖；所述下剪切盒可移动地设置在水平承台上；所述上剪切盒设置于下剪切盒的上方，固定于水平承台上；所述剪切盒顶盖设置于上剪切盒的上方，并与上剪切盒的盒口嵌合连接。优选地，所述水平承台上设有滚珠导轨，所述下剪切盒设置在滚珠导轨上。优选地，所述基质吸力测定装置包括吸力计和弹簧，所述吸力计设置在待测试样剪切面的中心位置，所述弹簧设置于吸力计上部。优选地，所述垂直加载装置包括：载荷气缸；压力传感器，设置于所述载荷气缸的端部；竖直位移传感器，与所述剪切盒顶盖连接。优选地，所述水平推进装置包括水平推进器；所述水平推进器上设有水平位移传感器。优选地，所述下剪切盒与所述水平推进器连接。优选地，所述数据测控装置包括数据控制器和数据采集器。优选地，所述数据采集器包括第一采集器、第二采集器、第三采集器和第四采集器，所述第一采集器通过数据线与水平位移传感器连接，所述第二采集器通过数据线与吸力计连接，所述第三采集器通过数据线与竖直位移传感器连接，所述第四传感器通过数据线与压力传感器连接。优选地，利用非饱和土抗剪强度参数测定专用直剪仪测定抗剪强度参数方法，包括如下步骤：将上剪切盒放置在下剪切盒上，上剪切盒下口与下剪切盒上口吻合连接；用环刀制取待测试样，在待测试样中心钻孔，钻孔深度为待测试样剪切面之上，钻孔直径为吸力计直径；将待测试样压入到剪切盒内，将吸力计放入待测试样中，吸力计底端位于剪切面上；通过垂直加载装置对剪切盒顶盖施加垂直压力，使压力传感器达至预定的垂直压力；通过水平加载装置推动下剪切盒移动；采集时间、压力、水平剪切位移、竖直位移和基质吸力，并计算待测试样的抗剪切强度参数。本专利技术提供的非饱和土抗剪强度参数的测定方法及专用直剪仪，设置了基质吸力测定装置，将吸力计放入土样插孔中，直接进行竖直压力加载，完成非饱和土直剪参数测定的试验；采用全自动数据控制装置，优化了传统的人工读取数据采集方法，使待测试样检测结果具有更高的准确性。在短时间内较为准确的测定非饱和土的直剪参数，解决了常规非饱和土抗剪强度参数获取费时的难题。本专利技术的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。附图说明通过结合附图对本专利技术示例性实施例进行更详细的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。其中，在示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。图1为本专利技术一种实施方式的非饱和土专用直剪仪的结构示意图。图2为本专利技术一种实施方式的剪切盒剖视结构放大图。图3为本专利技术一种实施方式的剪切盒俯视结构放大图。附图标记说明：1、速率控制器；2、水平推进器；3、伺服电机；4、水平承台；5、空气压缩机；6、横梁；7、推进杆；8、水平位移传感器；9、滚珠；10、滚珠导轨；11、下剪切盒；12、上剪切盒；13、待测试样；14、吸力计；15、弹簧；16、剪切盒顶盖；17、传载杆；18、荷载气缸；19、压力传感器；20、竖直位移传感器；21、调压阀；22、第一数据线；23、第二数据线；24、第三数据线；25、第四数据线；26、第一采集器；27、第二采集器；28、第三采集器；29、第四采集器；30、数据控制器；31、插孔；32、待测试样孔。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本专利技术的优选实施例。虽然附图中显示了本专利技术的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本专利技术，而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本专利技术更加透彻和完整，并且能够将本专利技术的范围完整地传达给本领域的技术人员。图1为本专利技术一种实施方式的非饱和土专用直剪仪的结构示意图，图2为本专利技术一种实施方式的剪切盒剖视结构放大图，图3为本专利技术一种实施方式的剪切盒俯视结构放大图。如图1、图2、图3所示，本专利技术提供一种非饱和土抗剪强度参数的测定方法及专用直剪仪，包括：水平承台4，设置在水平承台4上的水平加载装置、垂直加载装置、数据测控装置、剪切盒、基质吸力测定装置；剪切盒内放置待测试样13，基质吸力测定装置设置于待测试样13中，垂直加载装置设置于剪切盒上方，用于对剪切盒提供垂直加载，水平加载装置与剪切盒连接，用于对剪切盒提供水平加载。更优选地，水平承台4中间上部设有横梁6，垂直加载装置固定在横梁6上，水平加载装置设置在横梁6的支架一侧。作为优选方案，剪切盒包括上剪切盒12、下剪切盒11和剪切盒顶盖16；下剪切盒11可移动地设置在水平承台4上；上剪切盒12设置于下剪切盒11的上方，固定于横梁6的支架上；剪切盒顶盖16设置于上剪切盒12的上方，并与上剪切盒12的盒口嵌合连接。上剪切盒12与下剪切盒11结构尺寸一致，剪切盒顶盖16尺寸刚好嵌入上剪切盒12。上剪切盒12固定，可以防止下剪切盒11水平移动时，上剪切盒12内的待测试样水平移动。更优选地，剪切盒顶盖16中心设有插孔。用于将第二数据线23穿过弹簧15中部与吸力计14顶部连接。作为优选方案，在水平承台4上设有滚珠导轨10，滚珠导轨10内设有滚珠9。将下剪切盒11设置在水平承台4的滚珠导轨10上，下剪切盒11可以在滚珠导轨10上无阻力水平移动。作为优选方案，基质吸力测定装置包括吸力计14和弹簧15，吸力计14设置在待测试样13剪切面的中心位置，弹簧15设置于吸力计14上部。吸力计14在弹簧15作用下与待测试样13紧密接触。更优选地，吸力计为EPXO压力传感器。作为优选方案，垂直加载装置包括：载荷气缸18、压力传感器19和竖直位移传感器20。载荷气缸18和竖直位移传感器20固定在横梁上，压力传感器19设置于载荷气缸18端部的传载杆17上，竖直位移传感器20与剪切盒顶盖16连接。载荷气缸18与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非饱和土抗剪强度参数测定专用直剪仪，包括：水平承台，设置在水平承台上的水平加载装置、垂直加载装置、数据测控装置、剪切盒、基质吸力测定装置，其特征在于，所述剪切盒内放置待测试样；所述基质吸力测定装置设置于待测试样中；所述垂直加载装置设置于剪切盒上方，为剪切盒提供垂直加载；所述水平加载装置与剪切盒连接，为剪切盒提供水平加载。

【技术特征摘要】
1.一种非饱和土抗剪强度参数测定专用直剪仪，包括：水平承台，设置在水平承台上的水平加载装置、垂直加载装置、数据测控装置、剪切盒、基质吸力测定装置，其特征在于，所述剪切盒内放置待测试样；所述基质吸力测定装置设置于待测试样中；所述垂直加载装置设置于剪切盒上方，为剪切盒提供垂直加载；所述水平加载装置与剪切盒连接，为剪切盒提供水平加载。2.根据权利要求1所述的非饱和土抗剪强度参数测定专用直剪仪，其中，所述剪切盒包括：上剪切盒、下剪切盒和剪切盒顶盖；所述下剪切盒可移动地设置在水平承台上；所述上剪切盒设置于下剪切盒的上方，固定于水平承台上；所述剪切盒顶盖设置于上剪切盒的上方，并与上剪切盒的盒口嵌合连接。3.根据权利要求2所述的非饱和土抗剪强度参数测定专用直剪仪，其中，所述水平承台上设有滚珠导轨，所述下剪切盒设置在滚珠导轨上。4.根据权利要求1所述的非饱和土抗剪强度参数测定专用直剪仪，其中，所述基质吸力测定装置包括吸力计和弹簧，所述吸力计设置在待测试样剪切面的中心位置，所述弹簧设置于吸力计上部。5.根据权利要求1所述的非饱和土抗剪强度参数测定专用直剪仪，其中，所述垂直加载装置包括：载荷气缸；压力传感器，设置于所述载荷气缸的端部；竖直位移传感器，与所述剪切盒顶盖连接。6.根据权利要求1所述的非饱和土抗剪强度参数测定专用直剪仪，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆海军，张雄，张芊，刘肖凡，徐仕程，
申请(专利权)人：武汉轻工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42