一种适用于叠环式剪切试验的叠环式环剪盒制造技术

本实用新型专利技术属于岩土环剪测试技术领域，涉及一种适用于叠环式剪切试验的叠环式环剪盒，包括水浴机构、试样室机构以及试样固定机构；水浴机构包括水浴盒；试样室机构设于水浴盒中；水浴盒的底面在中心位置设有一凹槽、在以中心位置为圆心的一圆周上设有两个及以上的凸起；水浴盒能在外部扭转机构的带动下转动；其能满足不同高度岩土试验进行无限变形的叠环式环形剪切，并且在环形剪切过程中保证试样具有一定的自由性和连续性；也能用于研究不同材料接触面变形规律、模拟复杂结构土层滑坡长距离变形以及软弱层搜索。

A stacked ring shear box for laminated ring shear test

The utility model belongs to the technical field of geotechnical circumferential shear testing, and relates to a superimposed circumferential shear box suitable for superimposed circular shear testing, which comprises a water bath mechanism, a sample chamber mechanism and a sample fixing mechanism; a water bath mechanism includes a water bath box; a sample chamber mechanism is arranged in a water bath box; and a groove is arranged at the bottom of the water bath box at the central position. Two or more bulges are arranged on a circumference with the center position as the center; the water bath box can rotate under the drive of external torsion mechanism; it can satisfy the requirement of infinite deformation in the test of rock and soil at different heights, and ensure the freedom and continuity of the specimen in the process of circular shearing. It can be used to study the deformation law of contact surface of different materials, simulate the long-distance deformation of soil landslide with complex structure and search for weak layer.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于叠环式剪切试验的叠环式环剪盒
本技术属于岩土环剪测试
，涉及一种适用于叠环式剪切试验的叠环式环剪盒。
技术介绍
土体的力学特征和受到外力时的变形状态是岩土力学领域的基础课题，也是岩土工程建设中最为关心的条件之一。为此人们开发出直剪试验、三轴试验、单剪试验、环剪试验等多种仪器设备来探究上述内容，并有着以材料力学为基础的力学模型进行分析，其最终目标是尽可能模拟实际情况下土体的应力应变特征，从而获得其强度参数。但值得注意的是土体是有无数复杂颗粒组成，其剪切变形过程是极为复杂的。一般在剪切力作用下，土体内部的应力应变会发生重分布，应力应变会集中在局部区域，使局部区域发生变形和破坏，形成剪切带。整个过程一般包括初期的弹塑性形变、中期的错动滑移（破坏）以及长距离滑移下的进一步破碎发展。另外由于土体结构本身的复杂性，还可能发生滚动变形、排水以及受局部不均匀体影响产生的应力应变集中。由于土体的这种复杂性，对于土体剪切变形过程的数学模型描述较难开展，人们倾向于采用试验方法对其进行模拟和研究。但现有的试验方法（直剪、三轴、单剪、环剪）虽具有一定理论支撑，但也均存在一定的局限性。目前运用最广的是直剪试验和三轴试验。直剪仪器结构简单，主要原理是通过上下剪切盒相对移动，使土体沿预设剪切面剪切变形，通过获取剪切过程中的竖向压力和水平力关系得出抗剪强度参数。但直剪仪的试验盒为刚体，采用固定剪切面，这种方法带来的主要问题是：1、试样在剪切破坏前，缺少弹性变形和塑性变形阶段，破坏后仅表现出滑动位移，破坏区域为一平面，而一般的土体剪切破坏区域呈带状分布，土体具有一定的弹塑性变形，破坏前其变形是连续的；2、由于剪切盒限制了试样的变形，致使剪切盒内应力分布不均，致使压应力与预设情况不同；3、采用固定剪切面容错率低，对试样均匀性较为敏感，其成果易受剪切面附近的坚硬块体、缺陷等不均匀物质影响；4、剪切过程由于上下试样的错动，使剪切面积发生变化，影响实验结果；5、直剪试验剪切距离较小，无法完成大位移剪切。三轴试验虽然对于剪切面的宽度和位置提供一定的自由度，但是其同样具有易受剪切面附近的坚硬块体、缺陷等不均匀物质影响以及剪切距离小的问题。另外，三轴试验对制样要求较高，容易因为样品的缺陷产生附加的拉张和鼓胀现象。单剪试验获是通过多层叠环代替了直剪试验的剪切盒，虽然一定程度上使土体变形趋于连续，产生类似剪切带的剪切破坏区域。但受叠环约束作用，其本质仍为直剪试验，一定程度上仍存直剪试验的问题。另外，由于单剪仪试样高度较大，上下推力产生较大的力偶，使叠环反翘或下滑，使试样不同位置的应力存在明显不同，影响试验结果。另外，上述剪切方式的剪切盒运动范围有限，而自然界中多数土体的变形在一定的空间维度内具有较大的变形量和变形范围，在一定的时间维度内又具有不同的变形状态。如滑坡的滑带，一般具有一定的厚度，长期变形错动距离也较大，滑带土在变形过程中除了表现出弹塑性形变和错动位移外，也表现出一定的滚动变形，另外剪切带在变形过程中也会出现进一步破碎和扩展，这种破碎和扩展对于土体强度的影响是巨大的，因此不少学者针对剪切峰值后的残余强度开展研究。目前用以模拟这种变形状态较好的试验手段为环剪试验。环剪试验采用剪切盒环向变形的剪切方法，较上述试验具有剪切位移无限和剪切面面积不变等优势。但由于其仍采用单一剪切面，得出成果仍为滑动位移而未考虑其他变形情况，且对试样均匀性仍较为敏感。另外，由于其剪切盒高度受限，也无法完成复杂结构土层或者不同材料接触面的应力应变状态研究。如中国专利CN106644765A公开的一种用于室内试验桩土界面的环剪仪，包括扭剪装置、竖向压力伺服装置、支架、位移计及样本剪切盒，所述扭剪装置处于环剪仪的底部，所述样本剪切盒安装在下底板上，所述下底板与扭剪装置转动连接，所述竖向压力伺服装置压在所述样本剪切盒上方，所述位移计安装在竖向压力伺服装置上并用于检测样本剪切盒位移的数据，所述样本剪切盒中设置有被检测土样及桩体样本。以及中专利CN105067453公开了一种圆环形土样的环剪仪，包括工作架、驱动装置和加压装置，它还包括旋转盘、固定套筒、加压饼、扭矩传感器和扭矩传感器固定架，旋转盘的圆盘中心固定圆柱形的转台，旋转盘与驱动装置传动连接；固定套筒在旋转盘上方，固定套筒与工作台固定，静台可转动固定在转台上，加压饼中心具有通孔、二侧设有加压连接块，连有加压装置，加压饼下端具有环状凸起；工作台上固定支撑杆，扭矩传感器固定架固定在支撑杆上，扭矩传感器固定在扭矩传感器固定架上，扭矩传感器下端设有定位梢，静台上端连有连接柱，连接柱的上端面设有定位孔，所述定位梢落入定位孔中。根据上述问题，对于土体剪切破坏过程的试验研究其核心问题在于是否能够提供一种满足土体更接近实际剪切破坏状态的试验方法和试验仪器。该试验仪器或试验方法要求剪切试样在剪切变形过程中受到较少的限制、应力分布和剪切带状态能够更为接近实际、受杂质干扰小且能够完成一定空间维度或时间维度的剪切变形研究。
技术实现思路
针对上述情况，本技术提供一种适用于叠环式剪切试验的叠环式环剪盒，其能满足不同高度岩土试验进行无限变形的叠环式环形剪切，并且在环形剪切过程中保证试样具有一定的自由性和连续性；也能用于研究不同材料接触面变形规律、模拟复杂结构土层滑坡长距离变形以及软弱层搜索。为实现上述技术目的，本技术采取的技术方案为，一种适用于叠环式剪切试验的叠环式环剪盒，包括水浴机构、试样室机构以及试样固定机构；水浴机构包括水浴盒；试样室机构设于水浴盒中；水浴盒的底面在中心位置设有一凹槽、在以中心位置为圆心的一圆周上设有两个及以上的凸起；水浴盒能在外部扭转机构的带动下转动；试样室机构包括中心轴、底柱、下剪切盒、叠环组以及活动壁环组；中心轴包括固定轴、若干个中心杆以及若干个滚动轴承；固定轴的一端安装于水浴盒中心位置处的凹槽中，另一端设有中心杆安装槽；中心杆的一端设有与中心杆安装槽匹配的凸部，另一端设有与中心杆安装槽一致的安装槽；中心杆与固定轴间采用凸部与中心杆安装槽配合的方式安装，中心杆与中心杆之间采用凸部与安装槽的配合实现叠加式安装；中心杆的上端与下端分设有滚动轴承，滚动轴承的外径与固定轴的外径一致；底柱安装于水浴盒中并套装于固定轴上；叠环组设于底柱上，并所述滚动轴承套装于中心轴上，同时，叠环组的外径与底柱的外径一致；叠环组包括若干片叠环；每个叠环的上端面设有叠环槽；下剪切盒的下端面设有安装部，下剪切盒通过安装部与所述凸起实现与水浴盒的安装；同时下剪切盒的上端面设于环形缺口，下剪切盒套装于底柱上时，下剪切盒上的环形缺口与底柱的侧壁共同形成环形槽；活动壁环组包括若干个相互叠加的活动壁环；活动壁环的一端面设有活动壁环凸部，另一端设有活动壁环槽，活动壁环通过活动壁环凸部与活动壁环槽的配合实现叠加式安装；活动壁环的内径与环形槽的外径一致，并且下剪切盒在环形槽的槽壁上设有用于安装活动壁环的活动壁环安装槽，在相互叠加的活动壁环中位于最下端的一活动壁环的活动壁环凸部安装于下剪切槽上设置的活动壁环安装槽中；套环设于活动壁环组上，套环的内径与活动壁环组的内径一致，套环的外径大于活动壁环组的外径；套环的下端面设有套环凸起，套环通过套本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于叠环式剪切试验的叠环式环剪盒，其特征在于，包括水浴机构、试样室机构以及试样固定机构；水浴机构包括水浴盒；试样室机构设于水浴盒中；水浴盒的底面在中心位置设有一凹槽、在以中心位置为圆心的一圆周上设有两个及以上的凸起；水浴盒能在外部扭转机构的带动下转动；试样室机构包括中心轴、底柱、下剪切盒、叠环组以及活动壁环组；中心轴包括固定轴、若干个中心杆以及若干个滚动轴承；固定轴的一端安装于水浴盒中心位置处的凹槽中，另一端设有中心杆安装槽；中心杆的一端设有与中心杆安装槽匹配的凸部，另一端设有与中心杆安装槽一致的安装槽；中心杆与固定轴间采用凸部与中心杆安装槽配合的方式安装，中心杆与中心杆之间采用凸部与安装槽的配合实现叠加式安装；中心杆的上端与下端分设有滚动轴承，滚动轴承的外径与固定轴的外径一致；底柱安装于水浴盒中并套装于固定轴上；叠环组设于底柱上，并所述滚动轴承套装于中心轴上，同时，叠环组的外径与底柱的外径一致；叠环组包括若干片叠环；每个叠环的上端面设有叠环槽；下剪切盒的下端面设有安装部，下剪切盒通过安装部与所述凸起实现与水浴盒的安装；同时下剪切盒的上端面设于环形缺口，下剪切盒套装于底柱上时，下剪切盒上的环形缺口与底柱的侧壁共同形成环形槽；活动壁环组包括若干个相互叠加的活动壁环；活动壁环的一端面设有活动壁环凸部，另一端设有活动壁环槽，活动壁环通过活动壁环凸部与活动壁环槽的配合实现叠加式安装；活动壁环的内径与环形槽的外径一致，并且下剪切盒在环形槽的槽壁上设有用于安装活动壁环的活动壁环安装槽，在相互叠加的活动壁环中位于最下端的一活动壁环的活动壁环凸部安装于下剪切槽上设置的活动壁环安装槽中；套环设于活动壁环组上，套环的内径与活动壁环组的内径一致，套环的外径大于活动壁环组的外径；套环的下端面设有套环凸起，套环通过套环凸起与活动壁环槽的配合实现安装在活动壁环组上；套环在外沿处设有一固定孔，下剪切盒在对应的位置处设有另一固定孔，通过剪切盒支架固定套环上的固定孔与下剪切盒上的固定孔能实现活动壁环组的限位；试样固定机构包括刀盘，刀盘设于叠环组、活动壁环组以及环形槽形成的试样室的上方，在外部动力机构的作用下刀盘能在试样室的竖向方向上下移动。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于叠环式剪切试验的叠环式环剪盒，其特征在于，包括水浴机构、试样室机构以及试样固定机构；水浴机构包括水浴盒；试样室机构设于水浴盒中；水浴盒的底面在中心位置设有一凹槽、在以中心位置为圆心的一圆周上设有两个及以上的凸起；水浴盒能在外部扭转机构的带动下转动；试样室机构包括中心轴、底柱、下剪切盒、叠环组以及活动壁环组；中心轴包括固定轴、若干个中心杆以及若干个滚动轴承；固定轴的一端安装于水浴盒中心位置处的凹槽中，另一端设有中心杆安装槽；中心杆的一端设有与中心杆安装槽匹配的凸部，另一端设有与中心杆安装槽一致的安装槽；中心杆与固定轴间采用凸部与中心杆安装槽配合的方式安装，中心杆与中心杆之间采用凸部与安装槽的配合实现叠加式安装；中心杆的上端与下端分设有滚动轴承，滚动轴承的外径与固定轴的外径一致；底柱安装于水浴盒中并套装于固定轴上；叠环组设于底柱上，并所述滚动轴承套装于中心轴上，同时，叠环组的外径与底柱的外径一致；叠环组包括若干片叠环；每个叠环的上端面设有叠环槽；下剪切盒的下端面设有安装部，下剪切盒通过安装部与所述凸起实现与水浴盒的安装；同时下剪切盒的上端面设于环形缺口，下剪切盒套装于底柱上时，下剪切盒上的环形缺口与底柱的侧壁共同形成环形槽；活动壁环组包括若干个相互叠加的活动壁环；活动壁环的一端面设有活动壁环凸部，另一端设有活动壁环槽，活动壁环通过活动壁环凸部与活动壁环槽的配合实现叠加式安装；活动壁环的内径与环形槽的外径一致，并且下剪切盒在环形槽的槽壁上设有用于安装活动壁环的活动壁环安装槽，在相互叠加的活动壁环中位于最下端的一活动壁环的活动壁环凸部安装于下剪切槽上设置的活动壁环安装槽中；套环设于活动壁环组上，套环的内径与活动壁环组的内径一致，套环的外径大于活动壁环组的外径；套环的下端面设有套环凸起，套环...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志超，柳侃，叶龙珍，罗旋，
申请(专利权)人：福建省地质工程勘察院，
类型：新型
国别省市：福建,35