一种用于原位测试土体各向异性强度的圆形剪切板的制作方法

本实用新型涉及岩土工程技术领域，尤其是一种用于原位测试土体各向异性强度的圆形剪切板。

背景技术：

目前对于土体强度的研究主要采用直剪仪、三轴仪、空心扭剪仪、无侧限抗压仪以及十字板剪切仪等进行试验研究。前四种试验均属室内试验，需取土样进行，这不可避免地会造成土样扰动，影响测试精度。其中三轴仪和空心扭剪仪可模拟复杂应力状态下土体的变形特征，是现行研究土体各向异性强度的主要试验仪器，但它们存在仪器设备及试验操作较复杂、试验周期长等缺点。十字板剪切试验属原位测试方法，该方法可避免取土扰动的影响，适用于现场测定饱和粘性土的原位不排水抗剪强度，具有仪器构造简单、操作方便的优点，在工程建设中应用广泛。但对于土体而言，由于受固结程度不同和各向异性的影响，一般情况下在水平方向和竖直方向上的抗剪强度值是不相等的，而十字板剪切试验在抗剪强度值计算过程中把土体水平方向和竖直方向的抗剪强度值当作相同数值，因此其计算方法并不严格，这是十字板剪切试验存在的不足之处。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于：提供一种用于原位测试土体各向异性强度的圆形剪切板。与室内试验相比，本实用新型克服了取土扰动的影响；与常规的十字板剪切仪相比，本实用新型可测试出土体在水平方向和任意斜面上的抗剪强度。本实用新型实现了土体各向异性强度的原位测试，提高了测试精度。

本实用新型所采用的技术方案包括：

一种用于原位测试土体各向异性强度的圆形剪切板，包括转轴、与转轴下端抵接的剪切板，所述剪切板包括若干个弧形叶片，各所述弧形叶片均通过一条直线边固定在转轴的中心轴向下延长线上，各所述直线边的顶端均与转轴的下端抵接，相邻两个弧形叶片的夹角均大于0°。

进一步，所述弧形叶片的数量为四个，各所述弧形叶片是大小完全相同的半圆形叶片，各所述弧形叶片的直径边固定在转轴的中心轴向下延长线上。

进一步，所述弧形叶片的数量为四个，各所述弧形叶片是大小完全相同的半椭圆形叶片，各所述弧形叶片的长轴边固定在转轴的中心轴向下延长线上。

进一步，所述弧形叶片的数量为四个，各所述弧形叶片是大小完全相同的半椭圆形叶片，各所述弧形叶片的短轴边固定在转轴的中心轴向下延长线上。

进一步，相邻两个所述弧形叶片的夹角均为直角。

本实用新型的有益效果：本实用新型通过设计弧形叶片的剪切板，改进了现有的常规十字板剪切仪的结构，克服了常规十字板剪切仪仅能测试土体在竖直方向上的抗剪强度的不足，可测试出原位土体在水平方向上的抗剪强度，进而可进一步计算出土体在任意方向上的抗剪强度，提高了土体原位抗剪强度的测试精度。本实用新型实现了土体各向异性强度的原位测试，克服了室内试验操作复杂和取土扰动的缺点，在岩土工程技术领域具有广泛的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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设计方案和附图。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型弧形叶片的形状示意图。

附图标记：11、转轴；13、弧形叶片。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本实用新型的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。

实施例1：

参照图1和图2，一种用于原位测试土体各向异性强度的圆形剪切板，包括转轴11以及与转轴11下端抵接的剪切板，所述剪切板包括若干个弧形叶片13，各所述弧形叶片13均通过一条直线边固定在转轴11的中心轴向下延长线上，各所述直线边的顶端均与转轴11的下端抵接，相邻两个弧形叶片13的夹角均大于0°。当剪切板插入地面以下对土体进行剪切试验时，所述转轴11呈竖直方向放置，转轴11将地面上的转动扭矩传递给地面下的剪切板。在满足强度和刚度的情况下，转轴11的下部应尽可能小，以减小剪切板入土时对待测土体的扰动影响。所述转轴11和剪切板的结构为一体成型。

进一步作为优选的实施方式，所述弧形叶片13的数量为四个，所述四个弧形叶片13是大小完全相同的半圆形叶片。各所述半圆形叶片的直径边固定在所述转轴11的中心轴向下延长线上，各所述弧形叶片13的直径边的顶端均与转轴11的下端抵接，相邻两个弧形叶片13的夹角为直角，各所述圆弧边均在同一球面上，以确保测试结果的精确度。在满足强度和刚度的前提下，弧形叶片13应尽可能薄，圆弧边呈刃口型，便于剪切板插入待测土体，并可减小剪切板入土时对待测土体的扰动。在剪切试验过程中，本实用新型通过转轴11旋转带动四个弧形叶片13扭转，所述弧形叶片13在水平、竖直及它们之间的任意角度剪切待测土体。当土体被剪破时，被剪破的土体可视为规则的球体。

尤其值得注意的是，所述弧形叶片13的弧形边两个端点分别直接与直径的两个端点相互连接。

本实用新型测试水平方向的抗剪强度τ_h的方法为：

S-1、采用常规十字剪切板测试土体在竖直方向的抗剪强度τ_v；

S-2、采用圆形剪切板插入待测土体进行测试，获得待测土体被剪破时的扭矩M；

S-3、结合扭矩M和竖直方向上的抗剪强度τ_v，通过公式计算待测土体竖直方向上的抗剪强度τ_h。

所述步骤S-2中被剪切土体为球体形状，其半径为圆形剪切板的半径r，球面上任意位置上土体的抗剪强度τ_θ的大小可采用Casagrande等人建议的计算式：

τ_θ＝τ_h cos²θ+τ_νsin²θ

所述θ为所在位置的剪切面法线与竖直面的夹角。

剪切试验中土体被剪破时的力矩M、τ_v、τ_h存在以下关系：

从而有：

通过上述计算可得出待测土体在水平方向上的抗剪强度τ_h，进而利用Casagrande等人建议的计算式可计算出土体在任意方向上的抗剪强度τ_θ。

实施例2：

与实施例1的区别在于，所述弧形叶片13的形状为半椭圆形，所述直线边为椭圆的长轴边。所述弧形叶片13的弧形边两个端点分别直接与长轴的两个端点相互连接。

实施例3：

与实施例1的区别在于，所述弧形叶片13的形状为半椭圆形，所述直线边为椭圆的短轴边。所述弧形叶片13的弧形边两个端点分别直接与短轴的两个端点相互连接。

以上是对本实用新型的较佳实施方式进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。