[发明专利]一种岩土直剪试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及岩体力学试验技术领域，更具体地，涉及一种岩土直剪试验装置及方法。

背景技术

剪切破坏是岩土工程中主要的破坏形式之一，岩土工程的失稳绝大多数是由剪切破坏所引起的，岩土体的抗剪切性能是指岩土体所能承受的最大剪切力的能力，常用抗剪强度参数来描述，因此准确测定岩土体的抗剪强度参数在岩土工程建设中有重要意义。

在现有技术中，国内外常用的抗剪强度参数的测定方法主要包括三轴试验和直剪试验，其中，直剪试验因简单易于操作，获取参数方便，而广泛应用于岩土体乃至岩土体与构筑物接触面抗剪强度参数的测试。

目前，大型土工直剪设备可采用大尺寸试样进行直剪试验，在一定程度上改善了土体边界受力条件，并可以有效减小由于试样尺寸与边界效应所引起的测试误差，具有重要的科研和工程应用价值，然而，目前的大型直剪仪器不仅造价高、结构复杂，而且故障率较高，极大限制了该类设备的实际应用效果。

综上所述，在现有测试理论及研究成果的基础上，克服现有大型直剪仪器中所存在的缺陷，研究开发一种结构简单、试验测定效率高、操作便捷且制造成本低的大型岩土直剪试验装置对岩土工程领域具有重要的理论和实际意义。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的首要目的在于提供一种岩土直剪试验装置。

本发明的另一目的在于提供利用上述岩土直剪试验装置测试岩土体的抗剪强度的方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种岩土直剪试验装置，其特征在于，包括剪切盒组件、加载组件、轴承组和承载辊子板，所述剪切盒组件包括上下叠放的上剪切盒和下剪切盒，所述加载组件包括设置在所述上剪切盒内侧的竖向加载装置，以及设置在剪切盒组件侧边的横向加载装置，所述轴承组设置在所述上剪切盒和所述下剪切盒之间，所述承载辊子板设置在所述下剪切盒下方。

在上述技术方案中，所述试验装置还包括数据采集与控制组件，所述数据采集与控制组件分别与所述竖向加载装置和横向加载装置电连接。

在上述技术方案中，所述试验装置还包括模型垫板，所述模型垫板设置在所述承载辊子板下方。

在上述技术方案中，所述竖向加载装置包括设置在所述上剪切盒内侧的竖向加载压板和与所述竖向加载压板连接且施加竖向作用力的竖向加载油缸。

优选地，在上述技术方案中，所述竖向加载油缸的最大静态负荷和行程分别为10000kN和250mm。

在上述技术方案中，所述横向加载装置包括连接于所述下剪切盒侧壁的主刚性顶头，设置在下剪切盒一侧与所述主刚性顶头配合的剪切主动油缸，连接于所述上剪切盒侧壁且与所述主刚性顶头相对设置的被刚性顶头，以及设置在上剪切盒一侧与所述被刚性顶头配合的剪切被动油缸。

优选地，在上述技术方案中，所述剪切主动油缸的最大静态负荷和行程分别为10000kN和250mm。

在上述技术方案中，所述试验装置还包括将所述上剪切盒与所述下剪切盒连接的栓销。

本发明还提供利用上述岩土直剪试验装置测试岩土体的抗剪强度的方法，包括：

S1、将所述上剪切盒和下剪切盒对齐，叠放固定，并将待测岩土试件填充在上剪切盒和下剪切盒内；

S2、移动填充后的上剪切盒和下剪切盒，使竖向加载装置和横向加载装置到达剪切盒组件的加载位置；

S3、通过所述竖向加载装置对所述剪切盒组件加载至指定法向压力，稳定一段时间；

S4、通过所述横向加载装置对所述剪切盒组件按指定速率加载；

S5、获取试验数据并分析计算得到所述待测岩土试件的抗剪强度。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明所提供的岩土直剪试验装置在上剪切盒和下剪切盒内盛放岩土体试样，竖向加载油缸通过竖向加载压板向所述上剪切盒上顶面施加预应力，横向通过剪切主动油缸推动下剪切盒沿着承载辊子板发生移动，且在上剪切盒下部轴承组的作用下，剪切裂隙不发生变化，且上剪切盒和下剪切盒之间无滑动摩擦，在剪切过程中数据采集与控制组件控制加载过程并采集试验数据；

(2)本发明所提供的岩土直剪试验装置结构简单且设计合理、试验测定效率高、操作便捷、制造成本低，大大提高了直剪试验的稳定性和可靠性，有效克服了现有技术中大型直剪试验装置的缺陷，实际应用前景广阔。

附图说明

图1为根据本发明实施例所提供的一种岩土直剪试验装置的剖视图；

图2为根据本发明实施例所提供的一种岩土直剪试验装置的剪切盒组件的左侧视图；