一种土体界面剪切试验装置及应用制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种土体界面剪切试验装置及应用，所述装置包括：基底、立柱主体、顶板、法向荷载加载机构、切向荷载加载机构和土盒；所述基底包括底座、设置在底座上的滑轨、设置在滑轨上的滚排以及铺设在滚排上的剪切板；所述剪切板相对于滚排单向运动；所述立柱主体的下端固定至底座上，所述立柱主体的上端固定至顶板上；所述顶板、立柱主体以及底座之间形成容纳土盒的空间，所述土盒的顶部固定至顶板上，所述土盒的顶部和底部均镂空。本发明专利技术可以用于观测内部的颗粒破碎，颗粒球度变化，孔隙率变化，颗粒排布变化以及剪切带的形成等，从而实现对剪切带的形成和分布进行定量分析，并为界面剪切的理论研究提供细观基础。切的理论研究提供细观基础。切的理论研究提供细观基础。

【技术实现步骤摘要】
一种土体界面剪切试验装置及应用


[0001]本专利技术属于土工试验
，尤其是涉及一种土体界面剪切试验装置及应用。

技术介绍

[0002]在岩土工程领域，土体与结构的界面性质是重要的研究课题之一。在不同的工况下，土体与桩、锚和管道等直接接触，界面特性的准确评估对于施工设计、安全性计算等具有重大影响。传统的界面剪切装置对于力学问题已经可以给出较好的测量条件。但是对于形态方面的研究，尤其是CT扫描细观层面，尚且缺乏有效的手段。在界面剪切过程中，伴随颗粒重排布的剪切带研究至关重要。尤其针对钙质砂的固结和剪切，颗粒破碎的研究对于力学机理的研究也很重要。传统界面剪切仪存在以下缺陷：1）、现有界面剪切仪十分笨重，无法拆卸，不方便运输，无法直接搬进现有CT扫描机进行扫描。
[0003]2）、现有界面剪切仪基本是由金属材料制成，X射线难以穿透，无法形成清晰有效的扫描图像。
[0004]3）、现有界面剪切仪大多只能进行力学和位移的测量，无法直接观测，不能直观地得出形态上的分析，对于颗粒重排布和钙质砂破碎等问题缺乏有效的研究手段。
[0005]4）、现有界面CT扫描研究，往往是将力学加载测量和形态扫描分开进行，无法得到加载过程中的原位测量结果。

技术实现思路

[0006]本专利技术第一个目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种土体界面剪切试验装置。
[0007]为此，本专利技术的上述目的通过如下技术方案实现：一种土体界面剪切试验装置，其特征在于：所述土体界面剪切试验装置包括：基底、立柱主体、顶板、法向荷载加载机构、切向荷载加载机构和土盒；所述基底包括底座、设置在底座上的滑轨、设置在滑轨上的滚排以及铺设在滚排上的剪切板；所述剪切板相对于滚排单向运动；所述立柱主体的下端固定至底座上，所述立柱主体的上端固定至顶板上；所述顶板、立柱主体以及底座之间形成容纳土盒的空间，所述土盒的顶部固定至顶板上，所述土盒的顶部和底部均镂空；所述法向荷载加载机构用于对土盒内的土样施加法向荷载；所述切向荷载加载机构设置在底座上，所述切向荷载加载机构用于推动剪切板对土盒内落下的土体进行剪切。
[0008]在采用上述技术方案的同时，本专利技术还可以采用或者组合采用如下技术方案：作为本专利技术的一种优选技术方案：所述土盒的镂空底部与剪切板之间具有空隙，以消除土盒摩擦力对试验的影响。
[0009]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述土盒的侧方设有出水孔，所述出水孔的高度略高于土盒内土样的最高高度。
[0010]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述立柱主体为奇数根，从而保证配合CT扫描机扫描时，穿过轴线的射线仅穿过一根立柱主体，从而保证精度。
[0011]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述立柱主体优选为5根。
[0012]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述法向荷载加载机构自上而下依次包括法向加载杆、传力平板、轴力传感器、T形传力板和透水板；所述透水板上具有多个小孔；所述轴力传感器用于直接测量加载杆末端的轴力。
[0013]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述传力平板与顶板之间设有第一位移传感器，所述第一位移传感器用于以顶板为基准，测量传力平板的竖向位移。
[0014]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述切向荷载加载机构包括依次设置的T形切向传力件、第二轴力传感器、切向传力板、切向加载杆以及水平套筒；所述第二轴力传感器设置在T形切向传力件与切向传力板之间；所述切向加载杆的一端抵住切向传力板，另一端处于底座外侧；所述水平套筒形成T形切向传力件、第二轴力传感器、切向传力板、切向加载杆端部的容纳空间。
[0015]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述水平套筒内设有第二位移传感器，所述第二位移传感器用于以底座内侧壁为基座，测量剪切板的水平位移。
[0016]作为本专利技术的一种优选技术方案：法向加载杆和/或切向加载杆可以手动加载，也以外接伺服电机进行加载。
[0017]作为本专利技术的一种优选技术方案：法向加载杆和/或切向加载杆的外侧具有外螺纹，相应地，顶板和/或底座上具有内螺纹孔，可以通过旋转法向加载杆和/或切向加载杆施加轴力，能够保证施加的轴力更加均匀，同时，在停止施加后，由于螺纹之间的配合作用，会产生自锁的效果，有效地避免了土体回弹。
[0018]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述土盒为透明材质，例如可以由有机玻璃制成，可以实现透明可视。试验装置的其他部分可以由轻质高强度非金属材料构成，例如聚砜，聚甲醛或者PEEK等。
[0019]本专利技术还有一个目的在于，提供前文所述土体界面剪切试验装置的应用。
[0020]为此，本专利技术的上述目的通过如下技术方案实现：根据前文所述的土体界面剪切试验装置在土体界面剪切试验、土体固结试验或者土体压缩试验中的应用。
[0021]本专利技术旨在针对传统界面剪切仪的不足，提出一种基于土体界面剪切试验的可拆卸剪切带动态监测装置，该界面监测装置可以进行界面剪切试验，固结试验和压缩实验，可以通过透明的有机玻璃直接进行观测，也可以结合CT扫描机研究内部形态，观测内部的颗粒破碎，颗粒球度变化，孔隙率变化，颗粒排布变化以及剪切带的形成等，从而实现对剪切带的形成和分布进行定量分析，并为界面剪切的理论研究提供细观基础。具体地，具有如下有益效果：土盒为透明的有机玻璃材质，并用支撑立柱代替了传统的环形外壳，因此，可以在
剪切过程中直接观测记录形态特征。同时整体装置体积较小，可以拆卸，且通体为轻质非金属材料，重点关心区域剪切带附近的底板较薄，可以与现有CT扫描机配套进行CT扫描试验，从而得到土体内部的颗粒形态变化，颗粒重排布，孔隙率变化等信息。土盒固定在顶板上，与剪切板有一定缝隙，可以有效防止土盒和剪切板间的摩擦对力学测量的影响。另外法向加载杆和/或切向加载杆通过螺纹嵌在装置（顶板和底座）上，摩擦力较大，因此，停止持续施加力后，可以通过螺纹自锁防止土体回弹。
附图说明
[0022]图1为本专利技术所提供的土体界面剪切试验装置的立体图；图2为本专利技术所提供的土体界面剪切试验装置的剖面图；图3为本专利技术所提供的土体界面剪切试验装置的俯视图；图4为法向荷载加载机构的图示；图5为水平套筒部分部件的图示；图6a为切向荷载加载机构的侧视图；图6b为图6a中A
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A方向的剖面图；图7为立柱主体与顶板连接处的图示；其中，11
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底座，12
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滑轨，13
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滚排，14
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剪切板，15
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立柱螺孔，16
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水平加载螺孔；21
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立柱主体，22
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立柱下端，23
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立柱上端，24
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螺母；31
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顶板，32
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立柱上平孔，33
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土盒螺孔，34
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加载螺孔；41
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法向加载杆，42
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种土体界面剪切试验装置，其特征在于：所述土体界面剪切试验装置包括：基底、立柱主体、顶板、法向荷载加载机构、切向荷载加载机构和土盒；所述基底包括底座、设置在底座上的滑轨、设置在滑轨上的滚排以及铺设在滚排上的剪切板；所述剪切板相对于滚排单向运动；所述立柱主体的下端固定至底座上，所述立柱主体的上端固定至顶板上；所述顶板、立柱主体以及底座之间形成容纳土盒的空间，所述土盒的顶部固定至顶板上，所述土盒的顶部和底部均镂空；所述法向荷载加载机构用于对土盒内的土样施加法向荷载；所述切向荷载加载机构设置在底座上，所述切向荷载加载机构用于推动剪切板对土盒内落下的土体进行剪切。2.根据权利要求1所述的土体界面剪切试验装置，其特征在于：所述土盒的镂空底部与剪切板之间具有空隙。3.根据权利要求1所述的土体界面剪切试验装置，其特征在于：所述土盒的侧方设有出水孔，所述出水孔的高度略高于土盒内土样的最高高度。4.根据权利要求1所述的土体界面剪切试验装置，其特征在于：所述立柱主体为奇数根，优选为5根。5.根据权利要求1所述的土体界面剪切试验装置，其特征在于：所述法向荷载加载机构自上而下依次包括法向加载杆、...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴新云，徐成根，何奔，高鹏，江海涛，吴刚，王辉剑，孙德成，王洪羽，
申请(专利权)人：中广核如东海上风力发电有限公司，
类型：发明
国别省市：