[发明专利]一种杠杆加压的下穿式整体旋切测试装置和测试方法

权利要求书

1.一种杠杆加压的下穿式整体旋切测试装置，其特征在于，包括传动链带(1)、圆柱滚子(5)、铰接底座(7)、带槽环刀(10)、加压杠杆(12)以及转动锥(13)；

所述传动链带(1)水平环绕带槽环刀(10)侧面，连接至驱动电机(3)上方的扭力计(2)；

所述圆柱滚子(5)固定在带槽底座(4)上环形凹槽中，上表面与带槽环刀(10)滑动连接，可减少带槽环刀(10)旋切时在接触面的摩擦阻力，同时维持装置的水平稳定；

所述铰接底座(7)位于带槽底座(4)正下方，与倒置的旋切板(15)杆端相铰接，限制其竖向位置但不限制水平旋转；

所述带槽环刀(10)内壁设有与旋切板(15)叶片数量和厚度相同的凹槽，以便旋切板(15)通过凹槽嵌入带槽环刀(10)中；旋切板(15)进入土样并与带槽环刀进行嵌合，实现整体式旋切；

所述加压杠杆(12)通过转动锥(13)与加压盖板(14)连接，转动锥(13)与加压盖板(14)为点接触；加压杠杆(12)的竖向转动距离与加压盖板(14)的竖向位移一致；杆上连接砝码(11)形成单臂杠杆，加压杠杆(12)上的配重(11)与转动锥(13)的力臂比在1-2.5左右，杆件为轻质杠杆，对试验无影响。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传动链带(1)由驱动电机(3)提供传动动力，上部设置扭力计(2)时刻记录扭力值变化，传动链带(1)与带槽环刀(10)侧面齿合连接，旋切开始之前带槽环刀(10)与传动链带(1)被驱电机(3)固定，不发生转动。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述铰接底座(7)设由不同的高度范围为1-20mm，通过更换不同尺寸的铰接底座(7)以改变旋切板(15)与金属底板(8)的旋切间距，减小旋转的摩擦阻力。

4.根据权利要求1-3任一项所述的装置，其特征在于，所述带槽环刀(9)内径为60-80mm，高度在40-70mm，壁厚5-10mm，凹槽深度在2-4mm；

所述旋切板(16)叶片夹角30-60°，叶片厚度为1-2mm；

所述加压盖板(15)直径与带槽环刀(10)内径相同，高度在10-20mm，且质量较小旋切时与装置同步旋转；

所述圆柱滚子(5)为钢制圆杆，高度在2-5mm；金属底板直径与带槽环刀内径一致，厚度在5-10mm。

5.一种杠杆加压的下穿式整体旋切测试方法，其特征在于，采用权利要求1-4任一项所述的杠杆加压的下穿式整体旋切测试装置开展模型试验，具体步骤如下：

(1)在带槽底座(4)的凹槽中设置金属底板(8)，并用螺栓(9)将金属底板(8)固定；

(2)将带有装满土样(6)的带槽环刀(10)压入带槽底座(4)的凹槽中，并使圆柱滚子(5)与带槽环刀(10)滑动连接，通过传动链带(1)连接带槽环刀(10)与扭力计(2)，再下推土样(6)至下表面与金属底板(8)刚刚接触，随后将旋切板(16)从土样(6)上方垂直插入，杆端下穿装置与试验所需尺寸的铰接底座(7)相铰接；

(3)将加压盖板(14)装入带槽环刀(10)覆于土样(6)上方，通过转动锥(13)与加压杠杆(12)连接，在杆端连接试验所需配重(11)，先后打开扭力计(2)和驱动电源(3)，以一定速度旋切土体(6)，通过扭力计(2)时刻记录扭力值T₁；

(4)旋切结束，拆除时按照传动链带(1)、加压杠杆(12)、加压盖板(14)、旋切板(15)以及带槽环刀(10)的顺序拆除，卸下螺栓(9)取下金属底板(8)以清晰观察并拍摄记录金属底板上的残余土样黏附状态随后清理土样(6)；

(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(10)内径，d为旋切板(15)杆端直径。