[发明专利]粗粒土大型直剪仪剪切盒结构及法向加载装置

说明书

技术领域

本发明涉及剪切测试装置，具体涉及一种粗粒土大型直剪仪剪切盒结构及法向加载装置。

背景技术

随着交通工程标准的提高，如修建高速公路与高速铁路，其线路的平顺性要求也越来越高，由此导致隧道工程、路堑工程及边坡挖方工程越来越多，在上述工程施工中，当地层处于一定的风化岩地层状态下，将产生大量的粗粒土。此外，在工业生产中也将产生大量的废渣，如高炉渣，经重锤夯实处理后，也属于粗粒土。对于上述粗粒土的最好处理方法是用于填筑路基或地基，而抗剪强度、黏聚力、内摩擦角作为粗粒土的重要力学参数，其准确测定对路基与地基的强度、稳定性等分析至关重要。

如图1、2所示，对于粗粒土的力学参数确定，最快捷、方便的测试方法是利用大型直剪仪进行直剪试验。然而，直剪试验实践表明，直剪试验过程中剪切盒内的应力非常复杂，理论剪切面上的剪力极不均匀，导致剪切面上不同位置的剪胀量与剪缩量相差较大，而现有的大型直剪仪法向加载板2只有一块并由单个法向加载千斤顶1加载，因此法向加载板出现翘起现象，由此导致法向荷载不均匀。由此可见，现有的大型直剪仪主要存在以下问题：剪切面上的法向荷载不均匀，剪切面上的剪力分布也不均匀，在粗粒土直剪试验过程中上剪切盒3与下剪切盒4之间的理论剪切面的面积逐渐减小，因此得到的粗粒土的剪切强度不准确，因此由剪切强度反算得到的黏聚力与内摩擦角等力学参数也不准确。

此外，中国专利CN201410216856A公开了一种恒定剪切面直剪仪，该直剪仪采用旋转的方式进行直剪，由于剪切面上的半径不同，因此在试验过程中剪切位移也不同。而剪切力的大小及发展与发挥程度直接与剪切位移相关。此外，该直剪仪中的上剪切盒上只有一个竖向加载板，上剪切盒内的径向隔板剪承担一部分竖向荷载，导致竖向荷载不准。此外，上剪切盒只有一块径向隔板，加上剪切位移不同，导致剪切面上的剪力仍然不均匀，无法准确测试到剪切强度。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种粗粒土大型直剪仪剪切盒结构及法向加载装置，该剪切盒结构及法向加载装置通过将上剪切盒盒体空间分隔为4-7个土舱并由相对应数量的法向加载千斤顶进行加载以获得均匀剪力，同时通过将上剪切盒在纵向上的两端板厚度进行加厚使其不小于允许的最大剪切位移，从而确保有效剪切面积保持恒定不变。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种粗粒土大型直剪仪剪切盒结构及法向加载装置，其特征在于包括自下而上依次设置的下剪切盒、上剪切盒以及法向加载装置，所述下剪切盒内间隔设置有4-7块竖向隔板Ⅰ；所述上剪切盒内经竖向隔板Ⅱ分隔为4-7个土舱；所述法向加载装置具有与所述土舱数量相对应的法向加载千斤顶，各所述法向加载千斤顶的底端部安装有与所述土舱尺寸相适配的法向加载板。

所述上剪切盒为一呈上、下敞口的盒体，所述盒体内沿纵向等间隔设置有3-6块所述竖向隔板Ⅱ。

所述上剪切盒在纵向上的两端板厚度不小于允许的最大剪切位移。

所述竖向隔板Ⅱ的顶部与所述上剪切盒的顶部相齐平，所述竖向隔板Ⅱ的底部位于所述上剪切盒中并与其底部存在高度差。

所述上剪切盒的高度为300-450mm、内部净宽度为400mm-600mm，所述竖向隔板Ⅱ的厚度为15-25mm、高度为250-400mm，所述竖向隔板Ⅱ的底部距所述上剪切盒与所述下剪切盒之间的理论剪切面为40-60mm；所述上剪切盒在纵向上的两端板厚度为200-250mm。

所述下剪切盒为一呈上部敞口、下部封闭的盒体，所述盒体内沿纵向间隔设置有4-7块竖向隔板Ⅰ，且所述竖向隔板Ⅰ与所述上剪切盒中的所述竖向隔板Ⅱ相互错位设置。

所述竖向隔板Ⅰ的底部与所述下剪切盒的底部相齐平，所述竖向隔板Ⅰ的顶部位于所述下剪切盒中并与其顶部存在高度差。

所述下剪切盒的高度为200-250mm、内部净宽度为400mm-600mm，所述竖向隔板Ⅰ的厚度为15-25mm、高度为150-200mm，所述竖向隔板Ⅰ的顶部距所述下剪切盒与所述上剪切盒之间的理论剪切面为40-60mm；所述下剪切盒底部设置有若干圆形滚条。

各所述法向加载千斤顶大小型号相同，且并联于同一加载油泵上。

所述法向加载板与所述法向加载千斤顶之间经万向铰连接。

本发明的优点是：在粗颗粒土进行大型直剪试验时在剪切面上产生的剪力更加均匀，且随着剪切位移的增加，其有效剪切面面积保持恒定不变，测试结果与实际情况更加接近，可提高粗颗粒土剪切强度的测试精度。