[发明专利]一种基于TSZ全自动试验机的多功能环剪仪试验设备及其使用方法

说明书

一种基于TSZ全自动试验机的多功能环剪仪试验设备，该设备包括TSZ升降动力装置(1)、机架(2)、空心环剪盒装置(3)、扭剪动力装置(4)；其中机架(2)固定在TSZ升降动力装置(1)的顶部，空心环剪盒装置(3)和扭剪动力装置(4)设置在机架(2)与TSZ升降动力装置(1)之间，且空心环剪盒装置(3)位于TSZ升降动力装置(1)的上方，扭剪动力装置(4)位于空心环剪盒装置(3)的上方。本发明充分利用TSZ全自动试验机提供精准的轴压力，提供应力应变控制式的稳定力源，同时采用封闭的空心环剪盒装置，解决了环剪过程中溢漏试样的难题，测量强度值更为精确。

技术领域

本发明涉及一种多功能环剪仪，具体涉及一种基于TSZ全自动试验机的多功能环剪仪试验设备及其使用方法，适用于土、石等颗粒材料在不同轴压、不同剪切速率下，开展土样残余强度和蠕变力学性质试验，属于岩土工程领域。

背景技术

近年来研究岩土体的残余强度和蠕变性质已成为热点领域，传统上做这类试验所用的仪器主要是直剪仪和三轴仪器，由于这两类仪器受剪切行程限制，土样无法达到残余状态，所以很难模拟滑带土处于真实的残余状态下的剪切响应，测出的强度破坏临界值与真实值相差甚远，对工程滑坡预测不准，往往造成严重的地质灾害。

目前，由于直剪仪尺寸较小，所以是通过反复剪切使试样达到残余状态下后再开展蠕变试验，并且试样代表性差，精确较低，并且与实际滑坡体变形—强度—时间关系不完全符合。三轴试验机是土工试验最先进的仪器之一，电子技术、自动化技术、传感自动技术和计算机集成一体，自动化程度高，可以开展UU、CU、CD等压缩试验、固结试验、多种应力路径三轴试验、抗剪强度试验等。而TSZ全自动三轴仪，升降动力装置采用的是步进式电机，所以控制精度高，可以等速、加速等位移控制，是理想的动力资源，但是目前的TSZ全自动三轴仪，只能做小试样的压缩试验和强度试验，所以无法做大位移条件下的残余强度试验和蠕变试验，并且试样破坏面与真实滑坡体的剪切面不是一回事，因此这将大大降低TSZ全自动三轴仪的适用性。

环剪仪是一种研究土体在大剪切位移条件下力学特性的土工设备，在开展土样残余强度测试及分析残余状态下的相关力学性质方面具有独特优势。尽管现有的环剪仪都是基于Bromhead和Bishop原理设计，但其设计上仍存在严重不足。其一环剪仪存在溢漏试样的问题；其二基于Bishop类型的环剪仪，试样压缩性需较小；其三测试功能比较单一，无法做饱和试验，不能测空隙压力值和剪切面温度变化，对残余强度和蠕变性质的某些机理解释不清；其四溢漏试样或摩擦力的存在，测量的强度值不准确。在这样一个背景下，发明一种高精度的多功能环剪仪势在必行。

发明内容

针对上述现有技术中的缺陷和不足，本发明按Bromhead基本原理，提出一种基于TSZ全自动试验机的多功能环剪仪试验设备及其使用方法。该设备及方法利用已有试验机提供高精准的加载力源，同时采用封闭的空心环剪盒装置有效解决了试验过程中溢漏试样的问题，封闭的空心环剪盒装置还能做饱和试验和测量空隙压力值，设备功能的多样性可满足不同试验条件下的要求；此外，该设备剪切面位置设有高精度的温度传感器，模拟快速滑坡体剪切面温度的响应，为滑坡体的剪切带机理分析提供新途径。

根据本发明的第一种实施方案，提供一种基于TSZ全自动试验机的多功能环剪仪试验设备：

一种基于TSZ全自动试验机的多功能环剪仪试验设备，该设备包括TSZ升降动力装置、机架、空心环剪盒装置、扭剪动力装置。其中机架固定在TSZ升降动力装置的顶部，空心环剪盒装置和扭剪动力装置设置在机架与TSZ升降动力装置之间，且空心环剪盒装置位于TSZ升降动力装置的上方，扭剪动力装置位于空心环剪盒装置的上方。

在本发明中，所述机架包括2根立柱和反力梁。2根立柱分别固定在TSZ升降动力装置的顶部两侧，反力梁与2根立柱的上部垂直连接。