[发明专利]一种测定土体剪切带发展趋势的改进直剪仪和方法

说明书

本发明公开了一种测定土体剪切带发展趋势的改进直剪仪和方法，剪切盒上有土样帽，土样帽与剪切盒通过加压框固定，加压框上有电子位移计；剪切盒内有固定板，固定板上有穿样条；剪切盒和固定板固定在底座上，底座下有滚轴；底座与电动机传动轴相连，电动机传动轴上有位移传感器，上剪切环与固定轴相连，固定轴上有应力传感器，传感器与数据采集器相连；加压框下端分别与平衡锤和砝码相连，将土试样放入剪切盒，对试样穿孔，剪切盒固定后安装在底座上，上剪切环和下剪切环分别与固定轴和电动机传动轴接触，卸去限位套施加垂直载荷，测定数据并进行平行试验，绘制曲线图，进行土样剪切带发展的宏观判断；本发明的直剪仪和方法符合土体破坏的实际情况，测量精度高。

技术领域

本发明属于土木工程或地质工程的参数测试设备及方法，特别是一种测定土体剪切带发展趋势的改进直剪仪和方法。

背景技术

伴随经济的发展，交通路线在不断延长、城市在迅速扩张，对各种建筑物和交通设施的构筑物的安全要求也越来越高。为了满足建筑物基础的安全稳定性要求，深水码头广泛采用了架空直立的高承台桩基形式，而桩基础采用大尺寸钢护筒嵌岩桩，深水桥梁则广泛采用大型沉井基础。桩基承载力由桩侧土体摩阻力及桩端土体支撑力提供，沉井下沉时的阻力由土的抗剪强度和刃脚土支撑力组成。为此，土体抗剪强度和极限状态时剪切带发展趋势的测定显得尤为重要。

土体破坏有自身的特点：(1)土体的本构模型在主流观点中是弹塑性模型，但是土体的破坏比弹塑性模型材料的破坏更加复杂；(2)土体的三相性，包括固相、液相、和气相，在土体变形时因压缩或剪切会产生应力重分布。(3)土体还具有散碎性、不均匀性，在不同应力方向下产生不同的破坏变形，表现的抗剪强度也不同。因此，正确分析土体剪切带发展确定土体抗剪强度和内摩擦角是土木工程的一个关键问题。

现有技术的传统直接剪切试验装置进行土体直剪试验的剪切特性测定，具有以下缺点：(1)现有的直剪仪人为的将剪切面设置成一个固定平面，而不是沿土样最薄弱面剪切破坏；(2)假定了剪切破坏面为一个无厚度的平面，实际上界面剪切是一个剪切带，具有一定的厚度；(3)试验装置的剪切盒之间存在着不可避免的摩擦，影响试验的精度；(4)剪切面上剪应力分布不均匀，在土样边缘部分应力集中严重。因此，现有的普通直剪仪难以准确测定土体的剪切特性。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种测定土体剪切带发展趋势的改进直剪仪和方法，本发明的剪切盒采用有机玻璃制作，可通过CCD相机进行跟踪观测土体在剪切过程中剪切微观位移的发展趋势；通过在土样内植入穿样条，在剪切试验完成后取出穿样条进行测量剪切带的宏观趋势；解决当前直剪仪在无法观测土体试样剪切带发展状况和剪切过程中边缘应力过于集中、测出的内摩擦角不准确的缺点。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种测定土体剪切带发展趋势的改进直剪仪，包括电子位移计、加压框、剪切盒、穿样条、固定板、滚轴、土样帽、电动机传动轴、位移传感器、固定轴、应力传感器、平衡锤、砝码、底座、数据采集器、固定台；

所述剪切盒为透明材料制成的矩形空腔结构，包括从上向下依次叠放的上剪切环和下剪切环；所述上剪切环和下剪切环的数量均为两到三个；

所述剪切盒的上端设有土样帽，土样帽上端和剪切盒下端之间通过加压框的上下两个边框固定，加压框在固定台的垂直方向上移动，加压框上端设有螺杆；所述加压框螺杆上端固定有电子位移计；所述剪切盒内底部中间设有固定板，所述固定板上端均匀的固定安装有穿样条；所述剪切盒和固定板一起固定在底座上，底座下端设有滚轴，滚轴在固定台上滚动；位于底座的水平方向上，底座的一端与电动机传动轴相连，电动机传动轴对剪切盒施力方向与滚轴滚动方向一致；电动机传动轴上安装有位移传感器，位移传感器与数据采集器相连；在电动机传动轴的180°相反的方向上，上剪切环上端与固定轴相连，固定轴的另一端固定在安装座上；固定轴上安装有应力传感器，应力传感器与数据采集器相连；加压框下端通过杠杆系统分别与平衡锤和砝码相连，平衡锤和砝码位于杠杆系统的两端且均位于固定台的下端。