一种粗粒土多尺度原位强度测试装置及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种粗粒土多尺度原位强度测试装置及测试方法，属于土的力学性能试验领域，包括施力装置、压力表、第一承压板、第二承压板和位移监测装置；施力装置置于试坑中，第一承压板和所述第二承压板分别设置于施力装置两端，且第一承压板和所述第二承压板形状、尺寸相同，且第一承压板和第二承压板可更换为多种尺寸。本发明专利技术在测试地点开挖试坑进行原位测试，克服了人工制备土样无法保持粗粒土试样的原始结构和应力状态的缺陷，适用性广，同时采用多尺度承压板分别测试，有效减小了单一尺寸承压板带来的误差，试验精度高，且操作方便，高效。

A Multiscale in-situ Strength Testing Device for Coarse-grained Soil and Its Testing Method

The invention provides a multi-scale in-situ strength testing device and testing method for coarse-grained soil, which belongs to the field of mechanical properties testing of soil, including a force applicator, a pressure gauge, a first pressure plate, a second pressure plate and a displacement monitoring device; a force applicator is placed in a test pit, and the first pressure plate and the second pressure plate are respectively arranged at the two ends of the force applicator, and the first pressure plate and the second pressure plate are respectively arranged at the two ends of the force applicator. The shape and size of the bearing plate are the same, and the first bearing plate and the second bearing plate can be replaced with various sizes. The invention excavates test pits at test sites for in-situ testing, overcomes the defect that manual preparation of soil samples can not maintain the original structure and stress state of coarse-grained soil samples, and has wide applicability. At the same time, multi-scale bearing plates are used to test separately, which effectively reduces the error caused by single-size bearing plates, has high test accuracy, and is convenient and efficient to operate.

【技术实现步骤摘要】
一种粗粒土多尺度原位强度测试装置及测试方法
本专利技术涉及土的力学性能试验领域，特别是涉及一种粗粒土多尺度原位强度测试装置及测试方法。
技术介绍
根据《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)，岩土体抗剪强度测试主要有常规三轴剪切试验和直接剪切试验。常规三轴剪切试验是模拟岩土体受轴对称压力条件下进行岩土体变形和破坏的试验。圆柱形的岩土试样在不同的围压作用下，使粗粒土试样得到固结，固结后逐渐施加轴向压力直至试样破坏。由于试验室加荷条件的限制，常规试验的试样尺寸不能满足粗粒土的要求，对于含较大粒径的粗粒土则无法进行测定，实验室的质量替代等方法的测试结果也会造成一定的误差。另一方面，三轴剪切试验中需要人工制备试样，无法保持粗粒土试样的原始结构和应力状态，所得到的粗粒土的内摩擦角和内聚力c较大程度地无法反映原状土的力学性状。室内直剪试验是对土体进行规定剪切面的条件下进行的剪切试验，其设备简单，操作方便，因而广为使用。常用的试验仪器有大型直剪试验仪和常规的直剪试验仪。但由于试验前都需人工制备试样，存在粗粒土原始结构和应力状态扰动的问题，对于常规的直剪试验，试样较小，忽略大粒径后的试验结果会导致较大的误差。鉴于粗粒土的“尺度效应”对其力学参数的影响的重要性，开展原位测试是十分必要的。目前，现场水平直剪试验以水平推剪试验应用较为广泛，但是存在的缺陷主要是，试验装置中受力板尺寸单一，剪切过程中受力面的尺寸对试验结果的影响并没与考虑在其中。即在测试中，须考虑岩土试样的“尺寸效应”。一般情况下，岩土试样的尺寸愈大，则强度愈低，反之愈高。在粗粒土的原位推剪试验过程中也存在这一现象，采用单一尺寸的承压板导致试验结果不够准确。因此，业内亟需一种多尺度，试验误差小，适用性广，能快速、精准的获取粗力土抗剪强度性质指标的测试装置。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种粗粒土多尺度原位强度测试装置及测试方法，以解决上述现有技术存在的问题，使粗力土抗剪强度性质指标的测试过程能有效减小了单一尺寸承压板带来的误差，克服了实验室测试粗粒土性能存在的缺陷，适用性广，且试验快速、准确。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种粗粒土多尺度原位强度测试装置，包括施力装置、压力表、第一承压板、第二承压板和位移监测装置；所述施力装置置于试坑中，所述第一承压板和所述第二承压板分别设置于所述施力装置两端，且所述第一承压板和所述第二承压板形状、尺寸相同，且所述第一承压板和所述第二承压板可更换为多种尺寸；所述压力表用于测定所述施力装置对所述第一承压板或所述第二承压板施加的力的大小，所述位移监测装置用于测定所述第一承压板或所述第二承压板水平方向的位移。可选地，所述第一承压板和所述第二承压板为面积为900cm2、1600cm2或2500cm2的正方形板。可选地，所述第一承压板与所述施力装置之间设置有第一垫板，所述第二承压板与所述施力装置之间设置有第二垫板。可选地，所述第一垫板和所述第二垫板上设置有尺寸与所述施力装置的两端相适应的凹槽。可选地，所述第一垫板与所述第一承压板通过螺丝连接，所述第二垫板与所述第二承压板通过螺丝连接。可选地，还包括固定架，所述固定架底部固定于试坑坑底，所述固定架上部设置有与所述施力装置外围尺寸相适应的托槽。可选地，所述位移监测装置包括电连接的位移记录显示器和位移传感器，所述位移传感器一端设置于所述固定架上，所述位移传感器另一端设置于所述第一承压板或所述第二承压板上。可选地，所述施力装置为液压式千斤顶，所述液压式千斤顶的缸体连接有千斤顶油箱。本专利技术还提供了一种粗粒土多尺度原位强度测试方法，包括以下步骤：步骤一：开挖试坑，使试坑相对两侧的土体形成受力面相互平行的一组试体；步骤二：第一承压板和第二承压板分别紧贴两相对的试体，将施力装置置于所述第一承压板和所述第二承压板中间；步骤三：启动所述施力装置进行逐级加压；步骤四：当所述第一承压板或所述第二承压板的位移测量出现突变时，此时认为试体被剪坏，这时记录所述压力表读数，即为试体所受最大压力Pmax；步骤五：试体的抗剪强度性质指标内聚力c和内摩擦角的计算：假定试体的破裂面视为一平直的破裂面，则滑动土体为一五面体，在剖面上为一直角三角形；根据上述试验方法，测得破裂面长度为L，滑动土体在竖直方向高度为H，破裂面与水平方向夹角为α；步骤六：根据摩尔-库伦强度理论，土体破坏时在破裂面上的剪切应力τ已经达到了土体的抗剪强度τf，即τ＝τf，破裂面上的剪切应力τ＝(Pmaxcosα-Gsinα)/(bL)，土体抗剪强度故有静力平衡公式：其中，G为破裂面以上土体的重力，b为承压板的边长；步骤七：采用不同尺寸的所述第一承压板和所述第二承压板，重复步骤一至步骤五，得出多组Pmax、L、H和α的不同数据，并将每组数据分别代入步骤六中的公式中，然后两两组合得出多组内聚力c和内摩擦角值，最后取多组内聚力c和内摩擦角值的平均值，即为所求。可选地，步骤三中逐级加压之前进行预加载，在缓慢加载后所述位移监测装置出现突变时即停止预加载。本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：本专利技术在测试地点开挖试坑进行原位测试，克服了人工制备土样无法保持粗粒土试样的原始结构和应力状态的缺陷，适用性广，同时采用多尺度承压板分别测试，有效减小了单一尺寸承压板带来的误差，试验精度高，且操作方便，高效。进一步地，第一垫板和第二垫板的使用可以确保第一承压板和第二承压板受力均匀，并且第一垫板和第二垫板上设置的凹槽能够限制施力装置端部发生位移，提高装置的稳定性，第一垫板和第二垫板通过螺丝与第一承压板和第二承压板可拆卸连接，方便不同尺寸的第一承压板和第二承压板更换。进一步地，固定架能够限制施力装置的侧向移动，从而有效防止施力装置在施加压力的过程中，由于压力过大导致施力装置产生滑动，进而使试验实效。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为本专利技术提供的粗粒土多尺度原位强度测试装置的主视图；图2为本专利技术提供的粗粒土多尺度原位强度测试装置的俯视图；图3为本专利技术提供的粗粒土多尺度原位强度测试装置的第一承压板或第二承压板的结构图；图4为本专利技术提供的粗粒土多尺度原位强度测试装置的第一垫板或第二垫板的结构图；图5为本专利技术提供的粗粒土多尺度原位强度测试装置的固定架的结构图；图6为本专利技术提供的粗粒土多尺度原位强度测试方法中试体破坏时的剖面示意图；图7为本专利技术提供的粗粒土多尺度原位强度测试方法中试体破坏面计算模型图；图中：1-施力装置；2-压力表；3-第一承压板；4-第二承压板；5-第一垫板；6-第二垫板；7-位移传感器；8-位移记录显示器；9-固定架；10-千斤顶油箱；11-凹槽；12-托槽；13-试体；L-试体破裂面长度；H-滑动土体在竖直方向的高度；α-破裂面与水平方向夹角；τ-破裂面上的剪切应力；P-施力装置的水平推力；G-破裂面以上土体的重力。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粗粒土多尺度原位强度测试装置，其特征在于：包括施力装置、压力表、第一承压板、第二承压板和位移监测装置；所述施力装置置于试坑中，所述第一承压板和所述第二承压板分别设置于所述施力装置两端，且所述第一承压板和所述第二承压板形状、尺寸相同，且所述第一承压板和所述第二承压板可更换为多种尺寸；所述压力表用于测定所述施力装置对所述第一承压板或所述第二承压板施加的力的大小，所述位移监测装置用于测定所述第一承压板或所述第二承压板水平方向的位移。

【技术特征摘要】
1.一种粗粒土多尺度原位强度测试装置，其特征在于：包括施力装置、压力表、第一承压板、第二承压板和位移监测装置；所述施力装置置于试坑中，所述第一承压板和所述第二承压板分别设置于所述施力装置两端，且所述第一承压板和所述第二承压板形状、尺寸相同，且所述第一承压板和所述第二承压板可更换为多种尺寸；所述压力表用于测定所述施力装置对所述第一承压板或所述第二承压板施加的力的大小，所述位移监测装置用于测定所述第一承压板或所述第二承压板水平方向的位移。2.根据权利要求1所述的粗粒土多尺度原位强度测试装置，其特征在于：所述第一承压板和所述第二承压板为面积为900cm2、1600cm2或2500cm2的正方形板。3.根据权利要求1所述的粗粒土多尺度原位强度测试装置，其特征在于：所述第一承压板与所述施力装置之间设置有第一垫板，所述第二承压板与所述施力装置之间设置有第二垫板。4.根据权利要求3所述的粗粒土多尺度原位强度测试装置，其特征在于：所述第一垫板和所述第二垫板上设置有尺寸与所述施力装置的两端相适应的凹槽。5.根据权利要求4所述的粗粒土多尺度原位强度测试装置，其特征在于：所述第一垫板与所述第一承压板通过螺丝连接，所述第二垫板与所述第二承压板通过螺丝连接。6.根据权利要求1所述的粗粒土多尺度原位强度测试装置，其特征在于：还包括固定架，所述固定架底部固定于试坑坑底，所述固定架上部设置有与所述施力装置外围尺寸相适应的托槽。7.根据权利要求6所述的粗粒土多尺度原位强度测试装置，其特征在于：所述位移监测装置包括电连接的位移记录显示器和位移传感器，所述位移传感器一端设置于所述固定架上，所述位移传感器另一端设置于所述第一承压板或所述第二承压板上。8.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王常明，刘海亮，王骜洵，谢斐，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22