本發(fā)明涉及土工試驗(yàn)，尤其涉及一種特制剪切儀及基于其測(cè)定兩種土界面抗剪強(qiáng)度的方法。

背景技術(shù)：

1、在傳統(tǒng)土木工程及其交叉學(xué)科延伸領(lǐng)域，土體的抗剪強(qiáng)度一直是了解巖土體基本物化特性的關(guān)鍵指標(biāo)。直接剪切試驗(yàn)，簡(jiǎn)稱(chēng)“直剪試驗(yàn)”，是用直接剪切儀對(duì)土樣做剪切試驗(yàn)，從而測(cè)定土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，亦可得到土體粘聚力和摩擦角等參數(shù)的一種試驗(yàn)方法。土樣置于直剪儀的固定上盒和活動(dòng)下盒內(nèi)，試驗(yàn)時(shí)先在土樣上施加垂直壓力，然后對(duì)下盒施加水平推力，上下盒之間的錯(cuò)動(dòng)使土樣受剪破壞，確定某一種土的抗剪強(qiáng)度通常采用4至6個(gè)土樣，在不同的垂直壓力作用下測(cè)出相應(yīng)的抗剪強(qiáng)度。

2、目前的直剪試驗(yàn)中所用設(shè)備與方法通常只能測(cè)定單一種類(lèi)土體的剪切強(qiáng)度，暫時(shí)并沒(méi)有較好的裝置以及操作方法針對(duì)兩種土體的交界面的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定；而多層土體交界面的抗剪強(qiáng)度在包括滑坡災(zāi)害分析預(yù)警等土木機(jī)械或材料工程等領(lǐng)域是很有必要的參數(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有直剪設(shè)備無(wú)法測(cè)定兩種不同土體之間剪切強(qiáng)度的缺陷與不足，本發(fā)明提供了一種特制剪切儀及基于其測(cè)定兩種土界面抗剪強(qiáng)度的方法。本發(fā)明的特制剪切儀為剪切盒改式應(yīng)變控制式直剪儀，通過(guò)設(shè)計(jì)和改進(jìn)剪切盒的結(jié)構(gòu)與形式，結(jié)合力學(xué)理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，確保本發(fā)明的設(shè)備與試驗(yàn)方案測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性；并通過(guò)特定的使用與操作方法測(cè)定兩種土界面的抗剪強(qiáng)度。

2、本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

3、一種特制剪切儀，包括改式剪切盒4、固定框架3、垂直變形百分表1、豎向作動(dòng)器2、負(fù)荷位移傳感器5，所述改式剪切盒4設(shè)置在固定框架3上，所述豎向作動(dòng)器2通過(guò)固定框架3設(shè)置于改式剪切盒4上方，所述垂直變形百分表1設(shè)置于豎向作動(dòng)器2上，所述負(fù)荷位移傳感器5與豎向作動(dòng)器2相連。

4、進(jìn)一步的，所述改式剪切盒4內(nèi)部空間分為左中右三部分，分別為左剪切部分、中剪切部分、右剪切部分；

5、所述改式剪切盒4的結(jié)構(gòu)包括基本骨架4-1、周壁4-2、透水剛壁4-3、透水底盤(pán)4-4，內(nèi)置有a土樣4-5、b土樣4-6、固定鐵塊4-7，其中：

6、所述基本骨架4-1采用長(zhǎng)方體棱架，底部分為左中右三部分；

7、所述周壁4-2包含四塊，分別安裝于基本骨架4-1的前后左右側(cè)壁；

8、所述透水底盤(pán)4-4包含三片獨(dú)立的底盤(pán)，分別為左透水底盤(pán)4-4-1、中透水底盤(pán)4-4-2、右透水底盤(pán)4-4-3，安裝于基本骨架4-1底部；

9、所述a土樣4-5位于所述透水底盤(pán)4-4上；

10、所述透水剛壁4-3位于所述a土樣4-5之上；

11、所述固定鐵塊4-7有兩塊，所述兩塊固定鐵塊4-7和b土樣4-6位于所述透水剛壁4-3之上，且兩塊固定鐵塊4-7分別位于b土樣4-6左右兩側(cè)，兩塊固定鐵塊4-7的俯視面分別與左透水底盤(pán)4-4-1、右透水底盤(pán)4-4-3完全吻合，b土樣4-6俯視面與中透水底盤(pán)4-4-2完全吻合。

12、基于上述的特制剪切儀測(cè)定兩種土界面抗剪強(qiáng)度的方法，包括如下步驟：

13、步驟1：制備兩種土體a、b的長(zhǎng)方體土樣，組裝改式剪切盒4并固結(jié)土樣：

14、步驟2：土體固結(jié)完成后先抽出位于土體a上表的透水鋼壁4-3以及位于土體a下表的透水底盤(pán)4-4的中透水底盤(pán)4-4-2，利用豎向作動(dòng)器2對(duì)土體b上表面施加恒定速率剪切位移，實(shí)施第一階段的剪切，并記錄剪切過(guò)程中的位移和豎向力：

15、步驟3：繼續(xù)對(duì)土體b上表面施加恒定速率剪切位移，直至土體a的受剪部分完全處于透水底盤(pán)4-4之下，完成第一階段的剪切；

16、步驟4：將土體a的受剪部分完全移除，以避免限制后續(xù)第二階段剪切；

17、步驟5：繼續(xù)對(duì)土體b上表面施加恒定速率施加剪切位移，實(shí)施第二階段的剪切，并記錄剪切過(guò)程中的位移和豎向力：當(dāng)土體b完全處于透水底盤(pán)4-4之下，完成第二階段的剪切；

18、步驟6：結(jié)合兩階段剪切過(guò)程記錄的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算求得土體a和土體b的界面剪切強(qiáng)度τ1和土體a的剪切強(qiáng)度τ2。

19、本發(fā)明的有益效果：

20、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)兩種土界面抗剪強(qiáng)度的測(cè)定，且原理易懂、操作簡(jiǎn)便、精度較高。

技術(shù)特征：

1.一種特制剪切儀，其特征在于，包括改式剪切盒(4)、固定框架(3)、垂直變形百分表(1)、豎向作動(dòng)器(2)、負(fù)荷位移傳感器(5)，所述改式剪切盒(4)設(shè)置在固定框架(3)上，所述豎向作動(dòng)器(2)通過(guò)固定框架(3)設(shè)置于改式剪切盒(4)上方，所述垂直變形百分表(1)設(shè)置于豎向作動(dòng)器(2)上，所述負(fù)荷位移傳感器(5)與豎向作動(dòng)器(2)相連。

2.如權(quán)利要求1所述的一種特制剪切儀，其特征在于，

3.如權(quán)利要求2所述的一種特制剪切儀，其特征在于，

4.一種基于如權(quán)利要求2所述的特制剪切儀測(cè)定兩種土界面抗剪強(qiáng)度的方法，其特征在于，包括如下步驟：

5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟1包括：

6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟2：

7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟5：

8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟6：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出一種特制剪切儀及基于其測(cè)定兩種土界面抗剪強(qiáng)度的方法。特制剪切儀包括改式剪切盒、固定框架、垂直變形百分表、豎向作動(dòng)器、負(fù)荷位移傳感器；改式剪切盒內(nèi)部空間分為左中右三部分，改式剪切盒結(jié)構(gòu)包括基本骨架、周壁、透水剛壁、透水底盤(pán)，內(nèi)置有a土樣、b土樣、固定鐵塊?；谠撎刂萍羟袃x測(cè)定兩種土界面抗剪強(qiáng)度的方法，包括制備兩種土體a、b的長(zhǎng)方體土樣，組裝改式剪切盒并固結(jié)土樣：土體固結(jié)完成后，對(duì)土體b上表面施加恒定速率剪切位移，實(shí)施第一階段的剪切，并記錄剪切過(guò)程中的位移和豎向力等步驟。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)兩種土界面抗剪強(qiáng)度的測(cè)定，且原理易懂、操作簡(jiǎn)便、精度較高。

技術(shù)研發(fā)人員：陳宏信,呂東江,馮世進(jìn),陸子康,沈國(guó)棟,陳修和,吳志剛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：同濟(jì)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21