一种单地锚反力式原位土体环剪试验装置及其使用方法

本发明涉及土力学测试领域，尤其涉及一种单地锚反力式原位土体环剪试验装置及其使用方法。

背景技术：

1、土体的抗剪强度反映土体受力条件抵抗变形破坏的能力，是岩土工程及土力学领域主要分析和设计参数。

2、土抗剪强度的测试方法包括环剪试验，其可测量土体在大剪切位移条件下的工程力学性质，现有土体环剪试验仪器的基本原理是将土体样品制作成具有一定厚度的环形，并将样品装进上下两个剪切环内，通过固定上剪切环，同时以一定的速度或扭矩转动下剪切环，使土体上下两部分跟随上下两个剪切环产生相对转动。通过改变上下剪切环之间的垂直压力、相对旋转速度或剪切扭矩开展试验，即可测试土体样品在大位移条件下的工程力学性质，如峰值强度、残余强度、应力-应变曲线，以及蠕变性质等。

3、目前，实际工程与科学研究中所使用的环剪仪均为室内试验仪器，需要将土体样品从原位取出，并送回实验室进行测试。然而，土体样品从原位取出后，脱离了原始环境，会造成土体结构与应力状态改变，从而造成土体样品的工程性质发生了变化。因此，通过室内土体环剪试验无法准确获得原位土体的实际工程力学性质。

技术实现思路

1、针对现有技术中土体环剪切试验仅能在实验室中进行，无法准确获得原位土体的实际工程力学性质的问题，本发明提供一种单地锚反力式原位土体环剪试验装置。

2、包括环形剪切机构，所述环形剪切机构包括底板，所述底板上安装有固定锚杆、剪切盖板和驱动机构，所述底板中部设有开孔，所述剪切盖板穿过所述开孔插入待测土体，所述剪切盖板的下表面周向凸出设置有肋条；所述驱动机构用于驱动所述剪切盖板进行环形剪切试验；还包括所述反力施加机构，其用于对所述剪切盖板施加推力。

3、进一步地，所述驱动机构通过齿轮组连接所述剪切盖板，所述齿轮组与所述剪切盖板的外缘啮合。

4、进一步的，所述反力施加机构包括反力锚杆和套设于所述反力锚杆上的中空千斤顶，所述反力锚杆穿过所述中空千斤顶的一端螺纹固定有锚头，用以限制所述中空千斤脱离所述反力锚杆，所述中空千斤顶的底部固定有压板；所述压板的下表面与所述剪切盖板的上表面贴合，所述剪切盖板和所述压板上设有供所述反力锚杆穿过的通孔。

5、进一步地，所述剪切盖板上表面设有供所述压板嵌入的凹槽，所述凹槽与所述压板的贴合面之间设有滚珠环。

6、进一步地，所述反力锚杆底部还设置有涨壳，用于插入待测土体后膨胀。

7、进一步的，所述剪切盖板的下方还设置有剪切环组，所述剪切环组包括套设于所述反力锚杆上的限位轴，所述限位轴上套有内剪切环，所述内剪切环外同轴心设置有外剪切环；所述内剪切环和所述外剪切环之间的空间供所述肋条穿过。

8、进一步的，所述限位轴与所述内剪切环之间设有润滑剂。

9、进一步地，所述内剪切环为叠放的内下剪切环和内上剪切环，所述外剪切环为叠放的外下剪切环和外上剪切环。

10、同时，本申请还提供一种单地锚反力式原位土体环切试验装置的使用方法，包括以下步骤：

11、s1、将所述反力锚杆插入待测土体，将所述内剪切环和所述外剪切环同轴心安装于所述反力锚杆的底部上；

12、再依次以下至上将所述压板与所述中空千斤顶同轴心套设于所述反力锚杆上，并将所述锚头安装在所述反力锚杆的顶端；

13、通过计算机控制所述中空千斤顶施加推力，将所述剪切环组中的所述内剪切环与外剪切环压入待测土体内；

14、依次取下所述锚头、所述中空千斤顶、所述压板与所述剪切盖板，挖除所述内剪切环内部的土体，进行待测土体制样；

15、s2、将所述限位轴同轴套设于所述反力锚杆，置于所述内剪切环内；将所述底板穿过所述反力锚杆放置于待测土体表面，通过所述固定锚杆将所述底板固定在待测土体上；

16、s3、将所述驱动机构安装在所述固定支架上，再使所述剪切盖板穿过所述反力锚杆安装于所述底板上，所述驱动机构和所述剪切盖板通过所述齿轮组连接；

17、s4、依次将所述压板、所述中空千斤顶套设于所述反力锚杆上，通过螺纹配合将所述锚头固定于所述反力锚杆的顶端；

18、s5、通过计算机控制所述中空千斤顶对所述剪切盖板施加法向推力，以及控制所述驱动机构驱动所述剪切盖板，使所述内剪切环和所述外剪切环之间的待测土体通过所述剪切盖板上的所述肋条在法向压力条件下进行环形剪切试验。

19、进一步地，在步骤s1中还包括，挖除所述外剪切环外部预设距离范围内的土体。

20、与现有技术相比，本发明的优点在于：

21、本发明装置的安装简单便捷，能够将原本只能在室内进行的试验移动至室外进行，在保持土体样品原状结构与力学性质的条件下，开展原位土体环形剪切试验，获取更加准确的土体大位移剪切过程中的工程性质参数。

技术特征：

1.一种单地锚反力式原位土体环剪试验装置，其特征在于：

2.如权利要求1所述的单地锚反力式原位土体环剪试验装置，其特征在于：所述驱动机构(10)通过齿轮组(11)连接所述剪切盖板(8)，所述齿轮组(11)与所述剪切盖板(8)的外缘啮合。

3.如权利要求1所述的单地锚反力式原位土体环剪试验装置，其特征在于：所述反力施加机构包括反力锚杆(7)和套设于所述反力锚杆(7)上的中空千斤顶(4)，所述反力锚杆(7)穿过所述中空千斤顶(4)的一端螺纹固定有锚头(6)，用以限制所述中空千斤脱离所述反力锚杆(7)，所述中空千斤顶(4)的底部固定有压板(5)；

4.如权利要求3所述的单地锚反力式原位土体环剪试验装置，其特征在于：所述剪切盖板(8)上表面设有供所述压板(5)嵌入的凹槽，所述凹槽与所述压板(5)的贴合面之间设有滚珠环(9)。

5.如权利要求3所述的单地锚反力式原位土体环剪试验装置，其特征在于：所述反力锚杆(7)底部还设置有涨壳，用于插入待测土体后膨胀。

6.如权利要求1所述的单地锚反力式原位土体环剪试验装置，其特征在于：所述剪切盖板(8)的下方还设置有剪切环组，所述剪切环组包括套设于所述反力锚杆(7)上的限位轴(16)，所述限位轴(16)上套有内剪切环，所述内剪切环外同轴心设置有外剪切环；

7.如权利要求6所述的单地锚反力式原位土体环剪试验装置，其特征在于：所述限位轴(16)与所述内剪切环之间设有润滑剂。

8.如权利要求6所述的单地锚反力式原位土体环剪试验装置，其特征在于：所述内剪切环为叠放的内下剪切环(15)和内上剪切环(13)，所述外剪切环为叠放的外下剪切环(14)和外上剪切环(12)。

9.一种单地锚反力式原位土体环切试验装置的使用方法，采用如权利要求1-8所述的单地锚反力式原位土体环剪切试验装置，其特征在于：

10.如权利要求9所述的单地锚反力式原位土体环切试验装置的使用方法，其特征在于：在步骤s1中还包括，挖除所述外剪切环外部预设范围内的土体。

技术总结
本发明公开了一种单地锚反力式原位土体环剪试验装置及其使用方法，包括环形剪切机构，所述环形剪切机构包括底板，底板上安装有固定锚杆、剪切盖板和驱动机构，底板中部设有开孔，剪切盖板穿过开孔插入待测土体，剪切盖板的下表面周向凸出设置有肋条；驱动机构用于驱动剪切盖板进行环形剪切试验；还包括反力施加机构，其用于对剪切盖板施加推力。本发明装置的结构简单，安装便捷，能够将原本只能在室内进行的试验移动至室外进行，在保持土体样品原状结构与力学性质的条件下，开展原位土体环形剪切试验，获取更加准确的土体大位移剪切过程中的工程性质参数。

技术研发人员：王菁莪,李长冬,刘清秉,苏爱军,王健,邹宗兴,宋洪斌,董杉
受保护的技术使用者：中国地质大学（武汉）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13