岩土直剪试验装置及方法
【专利摘要】本发明适用于岩土性能检测设备，提供了一种岩土直剪试验装置，旨在克服现有技术中的缺陷。该岩土直剪试验装置包括用于盛放岩土试样且上下叠放的上剪切盒和下剪切盒、用于承载上剪切盒和下剪切盒的基座、与上剪切盒内侧相配合的加载件、用于数据采集并提供控制信号的控制与数据采集部件、设置于加载件上以提供竖向加载量的竖向加载部件以及设置于下剪切盒侧边以提供横向加载量的横向加载部件，竖向加载部件与横向加载部件分别与控制与数据采集部件信号连接。本发明还提供了一种岩土直剪试验方法。该岩土直剪试验装置利用控制与数据采集部件与竖向加载部件和横向加载部件信号连接以控制该竖向加载部件和横向加载部件的加载量，结构简单。
【专利说明】岩土直剪试验装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于岩土性能检测设备，尤其涉及一种岩土直剪试验装置及方法。
【背景技术】
[0002] 剪切破坏是岩土工程主要的破坏形式之一，岩土体以及岩土体与构筑物接触面的 抗剪强度对岩土工程剪切破坏具有重要意义。岩土体的剪切强度是指岩土体承受最大剪切 力的能力，常用剪切强度参数描述。直剪试验因其简单易于操作，获取参数方便而广泛用于 岩土体以及岩土体与构筑物接触面抗剪强度参数的测试。通常，大型土工直剪设备可以有 效减少由于试样尺寸和边界效应引起的测试误差，具有重要的科研和工程应用价值，是高 校、科研机构的常备试验设备。但是，目前的大型直剪仪造价高、结构复杂且常出故障，极大 限制了该类设备的实际应用效果。因此，简单、便宜、高效、实用的大型土工直剪设备研制， 对岩土工程领域特别是生产单位具有重大意义。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种岩土直剪试验装置。
[0004] 本发明实施例是这样实现的，一种岩土直剪试验装置包括上下叠放的上剪切盒和 下剪切盒、用于承载所述上剪切盒和所述下剪切盒的基座以及与所述上剪切盒内侧相配合 的加载件，所述上剪切盒与所述下剪切盒形成一个用于盛放岩土试样的收容腔，所述岩土 直剪试验装置还包括用于数据采集并提供控制信号的控制与数据采集部件、设置于所述加 载件上以提供坚向加载量的坚向加载部件以及设置于所述下剪切盒侧边以提供横向加载 量的横向加载部件，所述坚向加载部件与所述横向加载部件分别与所述控制与数据采集部 件信号连接。
[0005] 进一步地，所述上剪切盒与所述下剪切盒的接触面均呈弧形。
[0006] 进一步地，所述岩土直剪试验装置还包括将所述上剪切盒与所述下剪切盒连接的 栓销。
[0007] 进一步地，所述岩土直剪试验装置还包括固定设置于所述基座上以放置所述下剪 切盒的轨道。
[0008] 进一步地，所述岩土直剪试验装置还包括固定安装于所述基座上并位于所述上剪 切盒和所述下剪切盒外围的加载支架以及连接于所述加载支架之间并贯连所述坚向加载 部件的加载梁。
[0009] 进一步地，所述岩土直剪试验装置还包括连接于所述加载支架与所述上剪切盒之 间的固定卡扣。
[0010] 进一步地，所述岩土直剪试验装置还包括设置于所述下剪切盒侧边以防止剪切后 岩土试样脱落的扫尾挡板。
[0011] 进一步地，所述扫尾挡板的上表面与所述下剪切盒的上表面齐平。
[0012] 本发明实施例还提供了一种岩土直剪试验方法包括以下步骤：
[0013] 提供上述的岩土直剪试验装置，并将岩土试验放置于上剪切盒和下剪切盒内；调 整坚向加载部件和横向加载部件至加载位置；通过控制与数据采集部件控制所述坚向加载 部件并使其加载至指定法向压力，稳定一段时间；通过所述控制与数据采集部件控制所述 横向加载部件并按指定速率加载；以及利用所述控制与数据采集部件获取试验数据并分析 得到所述岩土试验的剪切强度。
[0014] 本发明实施例提供的岩土直剪试验装置采用上下叠放的上剪切盒和下剪切盒盛 放岩土试样，并在上剪切盒上方的加载件上设置坚向加载部件，将横向加载部件设置基座 上以与下剪切盒上的加载位置相对，该结构简单且体积小，便于更换和维修。另外，利用控 制与数据采集部件与坚向加载部件和横向加载部件信号连接以控制该坚向加载部件和横 向加载部件的加载量，结构简单。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1是本发明实施例提供的岩土直剪试验装置的俯视图。
[0016] 图2是本发明实施例提供的岩土直剪试验装置的一结构图。
[0017] 图3是本发明实施例提供的岩土直剪试验装置的另一结构图。
【具体实施方式】
[0018] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明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仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0019] 土的直剪试验原理是在坚直方向上施加一定载荷，并施加水平作用力，当上下剪 切盒发生相对错动时，土剪损，这时，该土的剪力即是土的抗剪强度τ f。
[0020] 根据库伦定律Tf=〇tan(j5+c计算出抗剪强度，其中，Tf是指土的抗剪强度 (kPa)，〇是作用在剪切面上的法向压力（kPa)，Φ指土的内摩擦角（度)，c指土的内聚力 (kPa)。
[0021] 请参照图1至图3,本发明实施例提供的岩土直剪试验装置包括用于盛放岩土试 样且上下叠放的上剪切盒13和下剪切盒14、用于承载上剪切盒13和下剪切盒14的基座 24以及与上剪切盒14内侧相配合的加载件12,该上剪切盒13与下剪切盒14形成一个用 于盛放岩土试样的收容腔，该岩土直剪试验装置还包括用于数据采集并提供控制信号的控 制与数据采集部件26、设置于加载件12上以提供坚向加载量的坚向加载部件11以及设置 于下剪切盒14侧边以提供横向加载量的横向加载部件15,坚向加载部件11与横向加载部 件15分别与控制与数据采集部件26信号连接。该岩土直剪试验装置采用上下叠放的上剪 切盒13和下剪切盒14盛放岩土试样，并设置相应的坚向加载部件11和横向加载部件15， 结构简单且体积小，易于更换和维修。该岩土直剪试验装置采用控制与数据采集部件26与 坚向加载部件11和横向加载部件15信号连接并控制坚向加载部件11和横向加载部件15 的加载量，试验中，利用该控制与数据采集部件26采集相关试验数据并分析得到岩土试样 的剪切强度，结构简单。
[0022] 请同时参照图2和图3,上剪切盒13与下剪切盒14的接触面均呈弧形，以有效减 小剪切过程中该上剪切盒13与下剪切盒14摩擦引起的阻力。具体地，上剪切盒13与下剪 切盒14接触面为经圆角处理后形成的弧面，试验过程中，下剪切盒14相对上剪切盒13做 水平移动，即上剪切盒13与下剪切盒14发生错动，此时，下剪切盒14的弧形表面与上剪切 盒13的弧形表面发生相对移动，通过弧形表面接触以减小两者摩擦引起的阻力。
[0023] 请参照图1和图2,本发明实施例提供的岩土直剪试验装置还包括将上剪切盒13 与下剪切盒14连接的栓销17,以将上剪切盒13和下剪切盒14连接在一起。上剪切盒13 的外壁设有与栓销17配合的第一连接部130,该下剪切盒14的外壁设有与栓销17配合并 与该第一连接部130相对应的第二连接部140,该第一连接部130设有供栓销17插入的第 一连接孔，该第二连接部140设有供栓销17插入并与该第一连接孔同轴的第二连接孔。安 装时，将上剪切盒13叠放于下剪切盒14上方以使该第一连接孔与该第二连接孔相对，将栓 销17插入第一连接孔和第二连接孔内以将上剪切盒13和下剪切盒14连接在一起，从而保 证在坚向加载过程中上剪切盒13和下剪切盒14不发生相对移动。
[0024] 请参照图1和图2,本发明实施例提供的岩土直剪试验装置还包括固定设置于基 座24上以放置下剪切盒14的轨道23,采用下剪切盒14与轨道23接触，以减小试验过程 中下剪切盒14与其底部接触表面之间摩擦阻力。优选地，该轨道23为一对平行设置于基 座24上以与下剪切盒14底部接触的轨道，以保证下剪切盒14移动的平稳性，并使下剪切 盒14与轨道23之间的接触面达到最小以减小摩擦阻力。
[0025] 请同时参照图2和图3,本发明实施例提供的岩土直剪试验装置还包括固定安装 于基座24上并位于上剪切盒13和下剪切盒14外围的加载支架21以及连接于加载支架21 之间并贯连坚向加载部件11的加载梁22。该加载梁22的两端固定于该加载支架21上并 位于加载件12上方以用于定位该坚向加载部件11，保证在加载过程中该坚向加载部件11 不发生偏移而影响加载效果。
[0026] 请同时参照图2和图3,本发明实施例提供的岩土直剪试验装置还包括连接于加 载支架21与上剪切盒13之间的固定卡扣25。加载支架21设有朝上剪切盒13突出的第一 连接扣210,上剪切盒13设有朝向加载支架21突出的第二连接扣135,该第一连接扣210和 第二连接扣135位于同一水平面上，固定卡扣25扣合于第一连接扣210和第二连接扣135 之间以将上剪切盒13固定于加载支架21上，以保证试验过程中下剪切盒14相对上剪切盒 13移动时该上剪切盒13保持不动。优选地，该固定卡扣25呈T型或者E型。
[0027] 请参照图2,本发明实施例提供的岩土直剪试验装置还包括设置于下剪切盒14侧 边以防止剪切后岩土试样脱落的扫尾挡板16。该扫尾挡板16固定于下剪切盒14的外壁并 位于横向加载位置的上方，在试验过程中，下剪切盒14相对上剪切盒13做横向移动，利用 该扫尾挡板16将上剪切盒13与下剪切盒14脱离部分封闭，以支撑该上剪切盒13与下剪 切盒14脱离部分的岩土试样，防止岩土试样从该上剪切盒13内脱离而造成该上剪切盒13 和下剪切盒14内岩土试样的状态改变。优选地，扫尾挡板16的上表面与下剪切盒14的上 表面齐平。
[0028] 安装时，将轨道23固定安装于基座24上，并将下剪切盒14放置于轨道23上，根 据下剪切盒14上所设计的横向加载位置，将横向加载部件15固定于基座24上并与该横向 加载位置相对。将上剪切盒13叠放于该下剪切盒14上方以使第一连接孔与第二连接孔相 对，利用栓销17插入该第一连接孔和第二连接孔以连接该上剪切盒13和下剪切盒14。将 岩土试样放入上剪切盒13和下剪切盒14内，将加载件12盖设于上剪切盒13内以及将固 定卡扣25固定连接于第一连接孔210与第二连接孔135之间以将上剪切盒13固定连接于 该固定支架21。将坚向加载部件11通过加载梁22设置于加载件12上方，并调整坚向加载 部件11与加载件12至坚向加载位置。将控制与数据采集部件26电性连接至坚向加载部 件11和横向加载部件15以提供加载信号及施加加载量，试验中利用该控制与数据采集部 件26采集试验数据，并通过分析和计算得出岩土试样的剪切强度。
[0029] 本发明实施例还提供了一种岩土直剪试验方法，包括以下步骤：提供上述岩土直 剪试验装置，并将岩土试验放置于上剪切盒13和下剪切盒14内；调整坚向加载部件11和 横向加载部件15至加载位置；通过控制与数据采集部件26控制坚向加载部件11并使其加 载至指定法向压力，稳定一段时间；通过控制与数据采集部件26控制横向加载部件15并按 指定速率加载；以及利用控制与数据采集部件26获取试验数据并计算分析得出岩土试验 的剪切强度。该岩土直剪使用方法利用控制与数据采集部件26与坚向加载部件11和横向 加载部件15信号连接并控制坚向加载部件11和横向加载部件15的加载量，试验中，利用 该控制与数据采集部件26采集相关试验数据并分析得到岩土试样的剪切强度，结构简单。
[0030] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种岩土直剪试验装置，包括上下叠放的上剪切盒和下剪切盒、用于承载所述上剪 切盒和所述下剪切盒的基座以及与所述上剪切盒内侧相配合的加载件，所述上剪切盒与所 述下剪切盒形成一个用于盛放岩土试样的收容腔，其特征在于，还包括用于数据采集并提 供控制信号的控制与数据采集部件、设置于所述加载件上以提供坚向加载量的坚向加载部 件以及设置于所述下剪切盒侧边以提供横向加载量的横向加载部件，所述坚向加载部件与 所述横向加载部件分别与所述控制与数据采集部件信号连接。
2. 如权利要求1所述的岩土直剪试验装置，其特征在于，所述上剪切盒与所述下剪切 盒的接触面均呈弧形。
3. 如权利要求1所述的岩土直剪试验装置，其特征在于，还包括将所述上剪切盒与所 述下剪切盒连接的栓销。
4. 如权利要求1所述的岩土直剪试验装置，其特征在于，还包括固定设置于所述基座 上以放置所述下剪切盒的轨道。
5. 如权利要求1所述的岩土直剪试验装置，其特征在于，还包括固定安装于所述基座 上并位于所述上剪切盒和所述下剪切盒外围的加载支架以及连接于所述加载支架之间并 贯连所述坚向加载部件的加载梁。
6. 如权利要求5所述的岩土直剪试验装置，其特征在于，还包括连接于所述加载支架 与所述上剪切盒之间的固定卡扣。
7. 如权利要求1至6任意一项所述的岩土直剪试验装置，其特征在于，还包括设置于所 述下剪切盒侧边以防止剪切后岩土试样脱落的扫尾挡板。
8. 如权利要求7所述的岩土直剪试验装置，其特征在于，所述扫尾挡板的上表面与所 述下剪切盒的上表面齐平。
9. 一种岩土直剪试验方法，其特征在于，包括以下步骤： 提供如权利要求1至8任意一项所述的岩土直剪试验装置，并将岩土试验放置于上剪 切盒和下剪切盒内； 调整坚向加载部件和横向加载部件至加载位置； 通过控制与数据采集部件控制所述坚向加载部件并使其加载至指定法向压力，稳定一 段时间； 通过所述控制与数据采集部件控制所述横向加载部件并按指定速率加载；以及 利用所述控制与数据采集部件获取试验数据并分析得到所述岩土试验的剪切强度。
【文档编号】G01N3/24GK104142274SQ201310169011
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年5月9日 优先权日:2013年5月9日
【发明者】钟世英, 王贤能, 莫莉 申请人:深圳市工勘岩土工程有限公司