[发明专利]一种加压的单界面微距旋切测试装置和测试方法

权利要求书

1.一种加压的单界面微距旋切测试装置，其特征在于，包括带槽底座(1)、金属垫圈(2)、锥形滚子(7)、轴承带(8)、带槽环刀(9)、加压架(11)、滚珠(15)以及翼型旋切板(17)；

所述带槽底座(1)通过螺栓(6)固定金属底板(5)在凹槽中，金属垫圈(2)安插在凹槽中，内壁与金属底板(5)紧密接触；

所述锥形滚子(7)连接轴承带(8)与带槽底座(1)，锥形滚子(7)的下侧面固定在带槽底座(1)上，上侧面支撑轴承带(8)，并能支撑轴承带(8)在其上旋转；

所述轴承带(8)与带槽环刀(9)通过销栓(18)进行固定连接；

所述翼型旋切板(17)的叶片上部有突出翼缘，厚度约1-2mm，嵌入带槽环刀(9)与加压盖板(16)的卡槽中使三者紧密铆合；翼缘向上嵌入加压盖板(16)的高度大于加压盖板(16)厚度约10-15mm，且加压盖板侧面(16)与带槽环刀(9)内壁紧贴，允许加压盖板(16)在加压架(11)传递的上部荷载作用下可以上下滑动；翼缘向下嵌入带槽环刀(9)上环口的卡槽中约10-15mm；

所述加压架(11)经由滚珠(15)与加压盖板(16)连接，通过圆环(12)穿套在旋切板(17)主轴上，两端的连接钢杆(10)穿过带槽底座(1)两侧孔洞与底部的配重砝码(4)相连；

所述滚珠(15)设置在加压盖板(16)的环形凹槽中，滚珠(15)顶面与加压架(11)相接触，顶面高度略低于加压盖板(16)使加压架嵌入到加压盖板(16)中。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述金属垫圈(2)上边缘与翼型旋切板底边刚刚接触，不低于金属底板(5)顶面，并根据高出底板顶面的高度在1～10mm的微小距离变化。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述轴承带(8)与带槽环刀(9)通过销栓(18)进行固定；

翼型旋切板(17)的翼缘向下嵌入带槽环刀(9)的上部卡槽中，向上嵌入加压盖板(16)的卡槽中，允许加压盖板(16)在加压架(11)传递的上部荷载作用下可以上下滑动；

安装就位时，翼型旋切板(17)的底面金属垫圈(2)的顶面刚刚接触，翼型旋切板(17)的底面位置与由金属垫圈(2)的厚度控制；翼型旋切板(17)的主轴由驱动电源(14)和扭力计(13)固定；

翼型旋切板(17)在旋转过程中其高度不发生变化，通过上述卡槽连接和销栓(18)固定带动带槽环刀(9)、轴承带(8)、加压盖板(16)与其同步旋转；通过翼型旋切板(17)的旋转驱动和带槽环刀(9)和加压盖板(16)与内部土样(3)的黏结作用力，使得内部土样(3)与其发生同步旋转；

旋转过程中轴承带(8)与锥形滚子(7)保持光滑接触，锥形滚子(7)限制其竖向位移来维持装置的旋转稳定。

4.根据权利要求2-3任一项所述的装置，其特征在于，所述带槽环刀(9)内径为50-60mm，高度在40-70mm，壁厚1-2mm；

所述翼型旋切板(17)叶片夹角30-60°，叶片厚度为1-2mm；

所述加压盖板(16)直径与带槽环刀内径相同，高度在10-20mm。

5.一种加压的单界面微距旋切测试方法，其特征在于，采用权利要求1-4任一项所述的加压的单界面微距旋切测试装置开展模型试验，具体步骤如下：

(1)在带槽底座(1)的凹槽中设置好试验所需的金属垫圈(2)和金属底板(5)，并用螺栓(6)将金属底板(5)固定；

(2)将带有装满土样(3)的带槽环刀(9)压入带槽底座(1)中，通过销栓(18)将轴承带(8)与带槽环刀(9)紧密连接，将翼型旋切板(17)从土样(3)上方垂直插入，上部翼缘插入带槽环刀(9)上部的卡槽中，随后将加压盖板(16)通过其中部的圆孔穿套过翼型旋切板(17)主轴，至下表面与土样(3)接触，使加压盖板(16)卡槽与翼型旋切板(17)翼缘进行咬合；

(3)将加压架(11)穿过翼型旋切板(17)的主轴，通过滚珠(15)与加压盖板(16)连接，设置试验所需配重砝码(4)，打开驱动电源(14)以一定速度旋切土体(3)，通过扭力计(13)时刻记录扭力值T₁；

(4)旋切结束后，拆卸下旋切装置并取下金属底板(5)，观察并拍摄记录金属底板(5)面上的黏附状况，随后清理土样(3)；

(5)在无土样状态下以相同条件进行旋切，记录修正扭力值T₀。

T₀为常数，实际扭力值为T＝T₁-T₀，实际界面黏附应力值按计算，其中D为带槽环刀(9)内径。