[发明专利]用于原位测试土体抗剪强度值的双十字检测仪及测试方法

说明书

技术领域

本发明是一种用于原位测试土体抗剪强度值的仪器，涉及一种由两块相同十字板组成且剪切方向相反的双十字剪切板，该仪器可分别测试出土体水平方向和竖直方向的抗剪强度值。属于岩土工程技术领域。

背景技术

目前土体的抗剪强度试验主要有直接剪切试验、三轴试验、扭剪试验、无侧限抗压强度试验及十字板剪切试验等。前四种试验均属室内试验，需取土样进行，取土不可避免地对土样进行扰动，影响试验精度。十字板剪切试验属原位测试方法，该方法可避免取土扰动的影响，适合于现场测定饱和粘性土的原位不排水抗剪强度，其具有仪器构造简单、操作方便的优点，在工程建设中应用广泛。但对于土体而言，由于受固结程度不同或各向异性的影响，一般情况下在水平方向和竖直方向上的抗剪强度值是不相等的，而十字板剪切试验在抗剪强度值计算过程中把土体水平方向和竖直方向的抗剪强度值当作相同数值，因此其计算方法并不严格，这是十字板剪切仪的一个不足之处。

发明内容

本发明针对上述仪器及试验方法的不足提供了一种用于原位测试土体抗剪强度值的双十字检测仪及测试方法。

本发明采用如下技术方案：

本发明所述的一种用于原位测试土体抗剪强度值的双十字检测仪，包括齿轮扭力装置，扭矩测量装置，转轴，单向轴承，连接件，剪切板；所述的齿轮扭力装置驱动转轴，转轴的靠近底端的轴身处固定套置单向轴承，剪切板通过单向轴承和连接件与转轴相连，单向轴承包括上单向轴承和下单向轴承，连接件包括上连接件和下连接件；所述的上连接件与下连接件的纵截面成漏斗形，上连接件和下连接件较宽的一端分别与上单向轴承、下单向轴承固定，上连接件套置在下连接件的外侧；剪切板分成上剪切板与下剪切板且横截面成十字形，上剪切板和下剪切板分别与上连接件、下连接件固定。

本发明所述的用于原位测试土体抗剪强度值的双十字检测仪，上单向轴承和下单向轴承的相对转动方向相反。

本发明所述的用于原位测试土体抗剪强度值的双十字检测仪，上剪切板的中心呈圆管状，与上连接件连接并套置在下连接件外侧。

本发明所述的用于原位测试土体抗剪强度值的双十字检测仪，上剪切板与下剪切板的大小相等。

本发明所述的用于原位测试土体抗剪强度值的双十字检测仪，上剪切板与下剪切板上下相邻。

本发明所述的用于原位测试土体抗剪强度值的双十字检测仪，还包括圆锥头，所述的圆锥头布置在下剪切板的中心下端。

本发明所述的用于原位测试土体的双十字检测仪的检测方法，方法如下：

1)、装配仪器：将上下两块剪切板对齐，压入测试土体中；

2)、启动仪器进行一次实验：齿轮扭力装置通过转轴施加某一向扭矩使转轴朝一向转动，通过一组单向轴承带动一块十字板对土体进行剪切；

3)、通过扭矩测量装置测出土体剪破时施加于剪切板上的扭矩的绝对值M₁；

4)、启动仪器进行二次实验：齿轮扭力装置通过转轴施加反方向扭矩使转轴朝反方向转动，通过另一组单向轴承带动另一块十字板对土体进行剪切；

5)、通过扭矩测量装置测出土体剪破时施加于剪切板上的扭矩的绝对值M₂；

6)、通过如下公式：

ΔM＝M₁-M₂

计算得出土体剪破时在一个水平面上的剪应力所产生的抵抗力矩，进而求解水平方向上的抗剪强度值；

7)、将步骤6计算得出的水平方向上的抵抗力矩ΔM代入如下公式：

M₃＝M₁-2ΔM

计算得出土体剪破时在竖直面上的剪应力所产生的抵抗力矩，进而求解竖直方向上的抗剪强度值。

有益效果

本发明可分别测定出土体水平方向和竖直方向的抗剪强度值，克服了常规十字板剪切仪不能将这两者分开的不足。本发明通过分离土体水平方向和竖直方向的抗剪强度值，提高了土体原位抗剪强度值的测试精度。本发明实现了各向异性土体的原位测试，克服了室内试验操作复杂和取土扰动的缺点。本发明可作为各向异性土体研究的新方法，填补各向异性土体现场特性研究的空白。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的双十字剪切板结构及其与转动轴连接件示意图；

图3是本发明的连接件结构示意图；

图4是本发明的单块十字剪切板示意图；

图5是本发明的十字剪切板横截面图；