一种多功能土体动扭剪强度测试装置及测试方法与流程

本发明属于土工室内试验，尤其是涉及一种多功能土体动扭剪强度测试装置及测试方法。

背景技术：

1、土体动扭剪强度在实际工程中的应用范围很广泛，土可以由于拉力过大而开裂，也可以由于扭剪力过大而破坏。土体中各点的扭剪强度或所承受的剪应力都可以是不均匀的。因此，土体的剪切破坏可能是整体破坏，也可能是局部破坏。工程上有许多情况(如地基承载力、土坡稳定以及挡土墙的土压力等)都要考虑剪扭剪问题。

2、土体动扭剪强度测试装置是一种用于快速测试振动荷载后土体不同部位及局部增湿工况下扭剪力的装置。但是，目前的动扭剪强度测试主要依靠现场扁铲侧胀试验，其必须在现场进行测试，且不能对土体不同部位的动扭剪力及局部增湿工况下的动扭剪力进行测试，故存在一定的局限性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种多功能土体动扭剪强度测试装置及测试方法。该装置及方法具有多功能性，可在室内快速完成多种工况下土体的动扭剪强度测试工作，对土体变形受力研究具有重要意义，该装置结构简单，加工成本低，快速高效，操作简便且节能环保，易于在生产和教学中推广应用。

2、所述多功能土体动扭剪强度测试装置包括水箱、圆柱形土柱、空压机、输水导管、抽气导管、滑动夹板、夹具、测力计、振动杆、进水孔、抽气孔、振动台、环形套环组、基座、固定杆、螺母、传力杆、步进电机、万向节、转动杆；所述环形套环组由5个大小相同的环形套环组成，环形套环的内径与圆柱形土柱的外径相同，每个环形套环的高度均为圆柱形土柱高度的五分之一，每个环形套环的侧壁布置有抽气孔及进水孔；所述的滑动夹板通过振动杆与下部的振动台相接；所述的夹具由环形夹板及其附属面板组成，面板中部固定有测力计；所述的固定杆垂直于水平面，用于固定夹具终端，夹具终端交接处为中空，通过螺母固定于固定杆上，夹具终端与传力杆一端相接，传力杆另一端通过万向节与转动杆、步进电机依次相接，步进电机转动形成扭力，通过传力杆带动环形夹板，进而驱动被固定的环形套环，完成相应位置的圆柱形土柱的扭剪测试。

3、所述每个环形套环的外侧对称地布设有摩擦面，便于夹具夹紧。

4、所述的多功能土体动扭剪强度测试装置的测试方法为：将5个环形套环依次套在待测的圆柱形土柱上，如需测试中间部位扭剪强度，则连接抽气导管，启动空压机完成上下四个套环所固定土体的抽气工作，通过抽真空形成负压固定土体，沿着固定杆移动夹具直至中间套环位置，通过螺母固定夹具高度，并使得夹具夹紧中间套环，启动振动台，滑动夹板上下滑动，使得相应位置的圆柱形土柱完成振动，这时清零测力计读数，启动步进电机扭动传力杆，传递扭矩到夹具扭动中间部位土柱逆时针转动，直至断裂，记录测力计读数，完成中部位土柱动扭剪强度测。

5、与测试中间部位扭剪强度相同，测试上部或下部动扭剪强度。

6、通过输水导管对土体输水增湿，然后对土体各部位测试动扭剪强度。

7、本发明的测试装置及其操作方法具体的优点和技术效果如下：

8、1、抽气孔用于抽气形成负压，可使套环紧紧吸附土样，每个环形套环对称的外侧均布设有摩擦面，方便夹具夹紧；

9、2、滑动夹板通过振动杆与下部的振动台相接，启动振动台后，滑动夹板上下滑动，使得相应位置的圆柱形土柱完成振动，使得该部分土体被振动扰动，接着进行扭剪强度测试，完成动扭剪强度测试。

技术特征：

1.一种多功能土体动扭剪强度测试装置，其特征在于：所述测试装置包括水箱、圆柱形土柱、空压机、输水导管、抽气导管、滑动夹板、夹具、测力计、振动杆、进水孔、抽气孔、振动台、环形套环组、基座、固定杆、螺母、传力杆、步进电机、万向节、转动杆；所述环形套环组由5个大小相同的环形套环组成，环形套环的内径与圆柱形土柱的外径相同，每个环形套环的高度均为圆柱形土柱高度的五分之一，每个环形套环的侧壁布置有抽气孔及进水孔；所述的滑动夹板通过振动杆与下部的振动台相接；所述的夹具由环形夹板及其附属面板组成，面板中部固定有测力计；所述的固定杆垂直于水平面，用于固定夹具终端，夹具终端交接处为中空，通过螺母固定于固定杆上，夹具终端与传力杆一端相接，传力杆另一端通过万向节与转动杆、步进电机依次相接，步进电机转动形成扭力，通过传力杆带动环形夹板，进而驱动被固定的环形套环，完成相应位置的圆柱形土柱的扭剪测试。

2.根据权利要求1所述的多功能土体动扭剪强度测试装置，其特征在于：所述每个环形套环的外侧对称地布设有摩擦面，便于夹具夹紧。

3.根据权利要求1所述的多功能土体动扭剪强度测试装置的测试方法，其特征在于：所述测试方法的具体步骤如下：将5个环形套环依次套在待测的圆柱形土柱上，如需测试中间部位扭剪强度，则连接抽气导管，启动空压机完成上下四个套环所固定土体的抽气工作，通过抽真空形成负压固定土体，沿着固定杆移动夹具直至中间套环位置，通过螺母固定夹具高度，并使得夹具夹紧中间套环，启动振动台，滑动夹板上下滑动，使得相应位置的圆柱形土柱完成振动，这时清零测力计读数，启动步进电机扭动传力杆，传递扭矩到夹具扭动中间部位土柱逆时针转动，直至断裂，记录测力计读数，完成中部位土柱动扭剪强度测。

4.根据权利要求3所述的多功能土体动扭剪强度测试装置的测试方法，其特征在于：与测试中间部位扭剪强度相同，测试上部或下部动扭剪强度。

5.根据权利要求3所述的多功能土体动扭剪强度测试装置的测试方法，其特征在于：通过输水导管对土体输水增湿，然后对土体各部位测试动扭剪强度。

技术总结
本发明公开了一种多功能土体动扭剪强度测试装置及测试方法。所述测试装置包括水箱、圆柱形土柱、空压机、输水导管、抽气导管、滑动夹板、夹具、测力计、振动杆、进水孔、抽气孔、振动台、环形套环组、基座、固定杆、螺母、传力杆、步进电机、万向节、转动杆。本发明的装置及方法具有多功能性，可在室内快速完成多种工况下土体的动扭剪强度测试工作，对土体变形受力研究具有重要意义。该装置结构简单，加工成本低，快速高效，操作简便且节能环保，易于在生产和教学中推广应用。

技术研发人员：员康锋,孔繁盛,陈刚,刘小军,李晓亮,张艳聪,边伟
受保护的技术使用者：山西省交通科技研发有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27