用于含根土试样制备及抗剪强度检测的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于含根土试样制备及抗剪强度检测的方法和装置，其滑座安装于滚珠滑槽上端，滑座上固接有剪切盒，剪切盒的上方设置有竖直加压杆，剪切盒的一侧与水平推杆连接、另一侧与传力杆连接，传力杆上设置有测力传感器。同时本发明专利技术还公开了一种含根土试样制备装置，制样盒包括下底板、侧面板和上压板，下底板和侧面板相互固接围成一腔体，上压板滑动配合安装于腔体内，下底板上设置有多个插槽，每个插槽内可拆卸地连接有穿根钢管，上压板上设置有用于避让穿根钢管的避让孔。本发明专利技术结构简单、使用方便，改进后的剪切试验装置可以克服传统剪切试验装置的，降低了试件加工成型的难度、采集的数据计算出的剪切力更精确。

Method and device for preparation and shear strength test of root soil samples

The invention discloses a method and device for preparing soil samples containing roots and testing shear strength. The sliding seat is mounted on the upper end of the ball chute, the sliding seat is fixed with a shearing box, the upper part of the shearing box is provided with a vertical pressure bar, one side of the shearing box is connected with a horizontal push rod, the other side is connected with a force transmission rod, and the force transmission rod is arranged on the force transmission rod. There is a force sensor. At the same time, the invention also discloses a sample preparation device containing root soil. The sample box comprises a bottom plate, a side plate and an upper plate. The lower plate and the side plate are fixed and enclosed into a cavity, the upper plate is sliding and fitted into the cavity, and a plurality of slots are arranged on the lower plate. Each slot is detachably connected with a perforated steel pipe. The pressure plate is provided with a guard hole for avoiding the wear of the root steel pipe. The improved shearing test device can overcome the traditional shearing test device, reduce the difficulty of specimen processing and forming, and the shearing force calculated by the collected data is more accurate.

【技术实现步骤摘要】
用于含根土试样制备及抗剪强度检测的方法和装置
本专利技术涉及一种适用于检测含根土抗剪强度的剪切仪器及其配套剪切力计算公式，以及对应的含根土样制作工艺和制作设备，特别是涉及一种可以调节试件尺寸的剪切仪器和考虑剪切面实时变化的计算公式。
技术介绍
植物被广泛运用于各种类型边坡的绿色防护工程中，植物根系和土的相互作用是增加边坡表面土层稳定的关键因素，而含根土的抗剪强度是土层稳定性的重要控制指标，目前尚未有专门适用于测量含根土抗剪强度的试验仪器及试验制备工艺，只能采用传统剪切试验装置进行测量。然而传统剪切试验装置的不足之处在于：1、剪切试样的标准尺寸很小，制备含根土试样较困难，试样切割时易破损；2、传统剪切装置施加在剪切面上的最大水平推力有限，无法剪切较坚硬的试件；3、当测试含根系土的抗剪强度时，由于根系在土中的扩散性分布状况，造成试样不同横截面和高度处的根系密度不同，抗剪强度存在差异，常规尺寸的剪切试件面积和高度太小导致根系的分布长度有限，根系对土体的加强作用难以体现。4、现有针对剪切试验的抗剪强度计算公式未充分考虑剪切面面积的实时变化。另外，含根土剪切试样的制作存在根系分布不均匀、试块易破碎等问题。因此，有必要改进剪切试验装置及其配套计算公式，同时设计出含根土剪切试样的制作方式，以更好的检测含根土的抗剪强度，为植物护坡的研究提供技术支撑。
技术实现思路
要解决的技术问题：对于试件尺寸，剪切试件的内径和高度应能自由调节；剪切面推力和竖向压力的荷载大小范围应增加，并能精准调节；剪切面的实时动态变化造成的剪切强度计算误差应消除；解决含根试样制备难的问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用了这样一种含根土试样制备装置，包括反力架、千斤顶、油泵和制样盒，所述制样盒固接于所述反力架内，所述千斤顶设置于所述反力架和所述制样盒之间，所述制样盒包括下底板、侧面板和上压板，所述下底板和所述侧面板相互固接围成一腔体，所述上压板滑动配合安装于所述腔体内，所述腔体的横截面形状与所述上压板的横截面形状相对应，所述下底板上设置有多个插槽，所述每个插槽内可拆卸地连接有穿根钢管，所述上压板上设置有用于避让所述穿根钢管的避让孔。在本专利技术的一种优选实施方案中，所述上压板包括加压板、压实锤臂和压实锤，所述压实锤臂一端与所述加压板固接、另一端与所述压实锤固接，所述压实锤之间的间距等于所述穿根钢管的直径。本专利技术还公开了一种含根土试样制备方法，其使用了含根土试样制备装置。在本专利技术的一种优选实施方案中，包括以下步骤：1)将下底板放置在平整的地面上，将穿根钢管依次插入插槽内固定，根系依次穿入每根穿根钢管内；2)用组装螺钉将侧面板固定在下底板上，将组装好的制样盒放在反力架底板上固定；3)将准备好的土样倒入制样盒中，在上压板的压实锤两侧抹上润滑剂，再将上压板安装到位；4)将千斤顶放置在上压板上，利用油泵控制千斤顶对上压板施压，压实荷载通过上压板的加圧板、上压板的压实锤臂压实锤传递到上压板的压实锤上，相邻钢管穿根钢管间的压实锤压实土样至规定的压实度；5)重复步骤3-5直至设计要求的试样高度，然后拔去穿根钢管，填充穿根钢管管壁处的空隙，拆除压实锤臂和压实锤，使加压板和土样顶面直接接触，然后试样表面进行整体压实至规定的压实度；6)取出压实完的含根试块，将试块底部露出的根沿表面切平，再将试块切割成实验要求的大小。在本专利技术的一种优选实施方案中，使用了含根土作为抗剪强度检测试件，并利用了一种剪切装置对所述含根土检测试件进行抗剪强度测试。在本专利技术的一种优选实施方案中，所述一种剪切装置包括水平推杆、剪切盒、传力杆、滑座、滚珠滑槽、竖直加压杆和计算机终端，所述滑座滑动配合安装于所述滚珠滑槽上端，所述滑座上固接有所述剪切盒，所述剪切盒的上方设置有所述竖直加压杆，所述剪切盒的一侧与所述水平推杆连接、另一侧与所述传力杆连接，所述水平推杆和所述传力杆异轴布置，所述传力杆上设置有测力传感器。在本专利技术的一种优选实施方案中，所述剪切盒包括两个对称布置的半盒体，所述一个半盒体上设置有竖向加载板，所述每个半盒体包括同轴布置的剪切内盒和剪切外盒，所述剪切外盒内通过升降杆滑动配合连接有试样底板，所述的剪切内盒固接于所述竖向加载板内，所述剪切外盒沿其周向旋转对称布置有可沿其径向运动的限位螺杆。在本专利技术的一种优选实施方案中，所述剪切内盒的截面形状与含根土检测试件的截面形状相对应。在本专利技术的一种优选实施方案中，所述剪切外盒上布置有用于固定所述试样底板的定位螺栓。在本专利技术的一种优选实施方案中，其具体操作步骤包括：1)根据含根土检测试件尺寸选择适应的剪切内盒，用升降杆调节下盒中试样底板的高度，并用定位螺栓将试样底板固定到设计的高度，用修土刀将试样两面修平，然后移至剪切内盒中；2)用升降杆调节上盒中试样底板的高度，使之与试样顶面完全接触，紧固剪切内外盒之间的限位螺杆，使内外盒之间不发生相对位移，将装好试样的剪切盒放置在滑座中；3)松开定位螺栓并锁定升降杆，根据不同的实验要求在计算机上设定可变的竖向应力，通过油泵精确的施加在受剪试样的顶部；4)通过计算机控制油泵施加水平推力，推动滑座在滚珠滑槽内滚动，剪切开始，随着水平推力不断加大，试样逐渐被剪切破坏，当剪切位移随时间变化不再增长时，停止加载水平推力，剪切位移和应力使用电脑实时自动采集；5)取出破坏的试样，重复以上实验；通过公式和准确计算出实际剪切面积和剪应力；其中S—剪切面的面积，R—剪切面的半径，L—剪切到完全破坏时，上下剪切盒的轴向错动距离，σ—剪切表面正应力，G—剪切试样的重量，F—剪切试样的垂直荷载，h1和h2分别为剪切面上部分和下部分试件的高度。本专利技术的有益效果是：本专利技术结构简单、使用方便，改进后的剪切试验装置可以克服传统剪切试验装置的不足，具体表现在：1)水平剪切力分布范围广，可适应不同强度的岩土体。2)由计算机控制油泵施加竖向荷载，竖向应力大小可灵活调节。3)剪切试件尺寸可调，减小了尺寸效应造成的影响，降低了试件加工成型的难度。4)考虑剪切过程中剪切面积的变化，通过采集的数据计算出的剪切力更精确。5)通过含根试样制作装置加工的试样含根率更均匀、成型率更高、试样完整性更好。附图说明图1是本专利技术的剪切盒结构剖视图；图2是本专利技术的剪切盒结构主视图；图3是本专利技术的剪切装置结构示意图；图4是本专利技术的制样盒的结构示意图；图5是本专利技术的压实装置的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。合理地改进了传统的剪切试验装置，重新定义了剪切强度的计算公式，设计了含根土试样的制作方式及制作设备。改进后的试验装置与传统的剪切试验装置的主要区别是重新设计的剪切盒、增强的水平加荷系统、可调的竖向应力加载系统、数据的动态电子采集系统。同时设计了专用的含根试样制样盒和含根试样压实装置。图1、图2显示了重新设计的剪切盒，包括竖向加载板、升降杆、刻度槽、定位螺栓、限位螺杆、剪切面、试样底板、剪切槽外壁、剪切内盒、剪切外盒。剪切盒各组成部分的作用描述如下：升降杆支撑着剪切外盒内的试样底板，试件的高度可通过底板的升降自由调节，并可用定位螺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含根土试样制备装置，包括反力架(26)、千斤顶(27)、油泵(30)和制样盒(28)，所述制样盒(28)固接于所述反力架(26)内，所述千斤顶(27)设置于所述反力架(26)和所述制样盒(28)之间，其特征在于：所述制样盒(28)包括下底板(25)、侧面板(29)和上压板(31)，所述下底板(25)和所述侧面板(29)相互固接围成一腔体，所述上压板(31)滑动配合安装于所述腔体内，所述腔体的横截面形状与所述上压板(31)的横截面形状相对应，所述下底板(25)上设置有多个插槽(23)，所述每个插槽(23)内可拆卸地连接有穿根钢管(22)，所述上压板(31)上设置有用于避让所述穿根钢管(22)的通孔。

【技术特征摘要】
1.一种含根土试样制备装置，包括反力架(26)、千斤顶(27)、油泵(30)和制样盒(28)，所述制样盒(28)固接于所述反力架(26)内，所述千斤顶(27)设置于所述反力架(26)和所述制样盒(28)之间，其特征在于：所述制样盒(28)包括下底板(25)、侧面板(29)和上压板(31)，所述下底板(25)和所述侧面板(29)相互固接围成一腔体，所述上压板(31)滑动配合安装于所述腔体内，所述腔体的横截面形状与所述上压板(31)的横截面形状相对应，所述下底板(25)上设置有多个插槽(23)，所述每个插槽(23)内可拆卸地连接有穿根钢管(22)，所述上压板(31)上设置有用于避让所述穿根钢管(22)的通孔。2.根据权利要求1所述的一种含根土试样制备装置，其特征在于：所述上压板(31)包括加压板(24)、压实锤臂(20)和压实锤(21)，所述压实锤臂(20)一端与所述加压板(24)固接、另一端与所述压实锤(21)固接，所述压实锤(21)之间的间距等于所述穿根钢管(22)的直径。3.一种含根土试样制备方法，其特征在于：使用了如权利要求1-2任意一项权利要求所述的含根土试样制备装置。4.根据权利要求3所述的一种含根土试样制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)将下底板(25)放置在平整的地面上，将穿根钢管(22)依次插入插槽(23)内固定，根系依次穿入每根穿根钢管(22)内；2)用组装螺钉将侧面板(29)固定在下底板(25)上，将组装好的制样盒放在反力架(26)底板上固定；3)将准备好的土样倒入制样盒中，在上压板(31)的压实锤(21)两侧抹上润滑剂，再将上压板(31)安装到位；4)将千斤顶(27)放置在上压板(31)上，利用油泵(30)控制千斤顶(27)对上压板(31)施压，压实荷载通过上压板(31)的加压板(24)、上压板(31)的压实锤臂(20)压实锤(21)传递到上压板(31)的压实锤(21)上，相邻钢管穿根钢管(22)间的压实锤(21)压实土样至规定的压实度；5)重复步骤3-5直至设计要求的试样高度，然后拔去穿根钢管(22)，填充穿根钢管(22)管壁处的空隙，拆除压实锤臂(20)和压实锤(21)，使加压板(24)和土样顶面直接接触，然后试样表面进行整体压实至规定的压实度；6)取出压实完的含根试块，将试块底部露出的根沿表面切平，再将试块切割成实验要求的大小。5.一种用于检测含根土试样抗剪强度的方法，其特征在于：使用了根据权利要求4所述的含根土试样制备方法制作出的含根土作为抗剪强度检测试件，并利用了一种剪切装置对所述含根土检测试件进行抗剪强度测试。6.根据权利要求5所述的一种用于检测含根土试样抗剪强...

【专利技术属性】
技术研发人员：张定邦，程涛，孟鸳，曹志国，严海安，秦立平，缑勇，杨友全，陈易，陈爱清，
申请(专利权)人：湖北理工学院，
类型：发明
国别省市：湖北,42