[实用新型]一种可施加围压的竖向剪切面环剪试验仪

说明书

本实用新型公开了一种可施加围压的竖向剪切面环剪试验仪，包括框架，框架支撑剪切盒、液压伺服加载系统、监测传感系统和剪切动力系统，剪切盒包括内剪切盒和外剪切盒，内剪切盒静止不动，外剪切盒能环向转动，剪切动力系统连接外剪切盒，并驱动外剪切盒的环向转动，液压伺服加载系统包括法向加压装置和环形传力板，法向加压装置沿竖直方向插在内剪切盒的中间，提供法向应力，环形传力板安装在剪切盒的上方，传递竖向围压，监测传感系统实时感应土样的剪切数据，并传输给控制装置。本实用新型对于研究高速远程滑坡滑带土抗剪强度特性、揭示滑坡演化过程与机理具有重要意义。

技术领域

本实用新型涉及土工试验设备技术领域，尤其涉及一种可施加围压的竖向剪切面环剪试验仪。

背景技术

研究土体的抗剪强度特性，对于边坡稳定性分析、地质灾害发生的力学机制研究及其边坡渐进式破坏过程研究等具有重要意义。

岩土体的抗剪强度特性一般可由现场原位试验或室内土工试验获得，原位剪切试验尺寸大，由于岩土体为未扰动样，所得试验结果与工程实际情况最为接近，但是原位剪切试验具有成本高、周期长、仪器笨重等缺点。与此相比，室内试验虽然土样的代表性较差，但是由于其成本低、周期短、价格低廉等特点，被更加广泛用于土体的抗剪强度特性的研究中。

目前，工程上常用的测定土体抗剪强度的室内试验方法主要有：三轴剪切试验、直接剪切试验、无侧限压缩试验等。其中直接剪切试验是发展较早的一种测定土的抗剪强度的方法，由于其设备简单，易于操作，在我国的应用比较广泛。常规的直剪仪虽然种类繁多，但原理基本相同，均是沿固定的剪切面，在不同法向力的作用下测得若干抗剪强度值。在实际剪切过程中，试样的剪切面持续减小，且剪切面上的正应力分布不均，不能反映出真实的岩土体所处应力状态。另外，直接剪切试验和三轴剪切试验受仪器的限制，其剪切位移具有局限性，无法满足对高速远程滑坡等大位移条件下土体的抗剪强度及残余强度的数值测定。因此，有必要发展能够实现大剪切位移试验条件的特殊土工设备和相应试验技术，其中环剪仪是能够满足这两种要求的最有效的手段之一。

自20世纪20年代至今，国外学者和研究机构一直致力环剪仪的研发，并相继研制出了各种类型的环剪仪。随着科学技术的进步，环剪仪的制造趋于大型化和高度自动化，并逐步克服了剪切过程中诸如土体渗漏、应力分布不均、上下剪切盒摩擦过大等问题。伴随着大量、高精度传感器和伺服传动控制装置的应用，现代环剪仪能够进行模拟更加复杂应力条件下的土工试验，并能够保证试验结果的准确性，尽管现代环剪仪的功能及测量精度日趋成熟，但其设计原理均基本相同：即分为上下两个剪切盒，剪切面为一个平行于水平面方向的同心圆环。这种原理存在的固有缺陷就是：由于圆环在径向上存在一定宽度，因此将导致剪切面上沿径向的剪切线速度分布不一致，相同时间内的剪切位移不一致，这都将使得剪切过程中剪应力及剪位移在剪切面上的分布不均匀，从而使得剪切过程不能还原实际情况。为了尽量减少以上原理所带来的试验误差，设计者们减小了剪切盒沿半径方向的宽度，并用中心剪切环处的剪应力及剪位移来代替整个剪切面上的应力应变状态。这样剪切盒的容积便受到限制，对于实际岩土工程问题中的大量土石混合体试样，这类环剪仪便难以进行相关土体抗剪强度参数的测定及剪切过程的模拟。

为了解决以上问题，一种适用于竖向剪切面的环剪试验仪被提出。然而，目前已公开的竖向剪切面环剪仪存在诸多问题，施加轴向应力的装置与扭矩施加装置设计在一起，在实际工作过程中会相互干扰，从而导致施加在土体试样上力的精度降低，影响试验结果的准确性；制样完成后需撤掉制样护板后再套入剪切盒中，因此较为松散的土石体无法采用该环剪仪进行试验；试验过程中仅提供垂直于剪切面方向的竖向力加载，剪切面上应力分布不均匀，无法提供精确的法向压力与围压。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的实施例提供了一种可施加围压、剪切面应力分布均匀、能稳定运行、试验结果的真实可靠可施加围压的竖向剪切面环剪试验仪。