一種大型巖土體原位直剪試驗裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型提出一種大型巖土體原位直剪試驗裝置，包括垂直壓力機構和水平壓力機構，垂直壓力機構包括底部支座、頂部支座、調節螺桿和垂直千斤頂，調節螺桿的兩端分別與底部支座和頂部支座相連，頂部支座可沿調節螺桿上下移動，垂直千斤頂的頂端和底端分別與頂部支撐板及底部支撐板相抵，頂部支撐板與頂部支座的底面相連，水平壓力機構包括水平千斤頂、千斤頂支撐板、水平支撐板和水平反力支撐板，千斤頂支撐板與水平千斤頂的頂端相連，水平千斤頂的頂端和底端分別與水平支撐板及水平反力支撐板相抵。本實用新型操作過程簡單省力，試驗獲取的巖土體抗剪強度指標準確度高。
【專利說明】
一種大型巖土體原位直剪試驗裝置
技術領域
[0001] 本實用新型屬于原位直剪試驗設備的技術領域，尤其涉及一種大型巖土體原位直 剪試驗裝置。
【背景技術】
[0002] 在地基承載力、土質邊坡和路基穩定性評價中，巖土體的抗剪強度指標(c、f值)是 最重要的力學參數。作為建筑物地基的巖土體，如果產生滑動或局部剪壞區發展導致過大 或不均勻的地基變形，都會造成上部結構的破壞或影響其正常使用。目前，測試巖土體抗剪 強度較為普遍的確定方法有室內直剪試驗(快剪、固結快剪、慢剪和排水反復剪）、室內三軸 剪切試驗和原位直剪試驗等。
[0003] 室內試驗研究這類材料受限于試樣的尺寸，難以得到接真實賦存環境下的材料特 性。由于現場原位直剪試驗的試樣尺寸大，對土體擾動小，更接近工程受荷變形，能更好地 反映巖土體材料強度特性的實際情況，在鐵路、公路、水利、礦山、建筑等多種行業，越來越 受到工程界的重視，國內外眾多工程設計、施工均將原位直剪試驗作為測定巖土體抗剪強 度指標的主要手段之一。傳統大型原位直剪實驗裝置存在的兩個主要問題:①在原位大型 直剪試驗中隨著切向（或徑向）變形(或位移）累積到較大時，如果利用傳統的滾排軸手段， 無法保證施加的法向（或軸向）正壓(應)力的方向一直是垂直施加在樣體中心，從而不能嚴 密符合巖土力學庫倫-摩爾破壞原理要求的荷載作用條件;②目前主流大型原位直剪試驗 裝置正壓(應)力的施加是通過堆載或者平硐的洞壁作為反力支撐，這對試驗的過程造成極 大的繁瑣且正壓力控制的精度不高。
【發明內容】
[0004] 本實用新型所要解決的技術問題在于針對上述存在的問題，提供一種大型巖土體 原位直剪試驗裝置，操作過程簡單省力，試驗獲取的巖土體抗剪強度指標準確度高。
[0005] 本實用新型解決上述技術問題所采用的技術方案是:一種大型巖土體原位直剪試 驗裝置，其特征在于，包括垂直壓力機構和水平壓力機構，所述垂直壓力機構包括底部支 座、頂部支座、調節螺桿和垂直千斤頂，所述調節螺桿的兩端分別與所述底部支座和頂部支 座相連，頂部支座可沿調節螺桿上下移動，所述垂直千斤頂的頂端和底端分別與頂部支撐 板及底部支撐板相抵，所述頂部支撐板與頂部支座的底面相連，所述水平壓力機構包括水 平千斤頂、千斤頂支撐板、水平支撐板和水平反力支撐板，所述千斤頂支撐板與所述水平千 斤頂的頂端相連，水平千斤頂的頂端和底端分別與所述水平支撐板及所述水平反力支撐板 相抵。
[0006] 按上述方案，所述底部支座頂部為"T"型結構，底部支座的左右兩端設有連接孔， 所述頂部支座左右兩端設有通孔，所述調節螺桿底部與開口朝下的"U"型折彎件相連，頂部 穿過所述通孔并通過上螺母和下螺母與頂部支座相連，底部支座的頂部與所述"U"型折彎 件的頂部內壁相貼合，"U"型折彎件的兩側邊的下部對稱設有數個軸承孔，所述軸承孔與滾 軸相配置，所述相對稱的兩個滾軸的間距小于"U"型折彎件的頂部寬度。
[0007] 按上述方案，所述垂直千斤頂和所述水平千斤頂分別與壓力表相連。
[0008] 按上述方案，還包括位移傳感器，所述位移傳感器靠近巖土體的四角位置安設。
[0009] 本實用新型的有益效果是：1、提供一種大型巖土體原位直剪試驗裝置，實現剪切 過程中試件的平動與豎向加載千斤頂的平動同步，從而實現了正壓力大小的穩定以及方向 的恒定;2、利用本裝置進行原位直剪試驗時，只需提前將設備組裝好并架在試件上即可進 行試驗，省去了以往提供正壓力反力需要大量人力和物力來堆載這個過程，簡單省力;3、本 裝置的結構簡單，成本低，重復使用性高，應用前景廣闊，經濟效益顯著。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本實用新型一個實施例的結構示意圖。
[0011] 圖2為本實用新型一個實施例的底部支座和"U"型折彎件的裝配示意圖。
[0012] 圖3為本實用新型一個實施例的頂部支座的結構示意圖。
[0013] 其中：1-底部支座，2-頂部支座，3-調節螺桿，4-垂直千斤頂，5-頂部支撐板，6-底 部支撐板，7-水平千斤頂，8-千斤頂支撐板，9-水平支撐板，10-水平反力支撐板，11-連接 孔，12-通孔，13- "U"型折彎件，14-上螺母，15-下螺母，16-滾軸，17-壓力表，18-位移傳感 器。
【具體實施方式】
[0014] 為更好地理解本實用新型，下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的描 述。
[0015] 如圖1所示，一種大型巖土體原位直剪試驗裝置，包括垂直壓力機構和水平壓力機 構，垂直壓力機構包括底部支座1、頂部支座2、調節螺桿3和垂直千斤頂4,調節螺桿的兩端 分別與底部支座和頂部支座相連，頂部支座可沿調節螺桿上下移動，垂直千斤頂的頂端和 底端分別與頂部支撐板5及底部支撐板相抵6,頂部支撐板與頂部支座的底面相連;水平壓 力機構包括水平千斤頂7、千斤頂支撐板8、水平支撐板9和水平反力支撐板10,千斤頂支撐 板與水平千斤頂的頂端相連，水平千斤頂的頂端和底端分別與水平支撐板及水平反力支撐 板相抵。
[0016] 如圖2-3所示，底部支座頂部為"T"型結構，其左右兩端設有連接孔11，頂部支座左 右兩端設有通孔12，調節螺桿底部與開口朝下的"U"型折彎件相連13，頂部穿過通孔并通過 上螺母14和下螺母15與頂部支座相連，底部支座的頂部與"U"型折彎件的頂部內壁相貼合， "U"型折彎件的兩側邊的下部對稱設有數個軸承孔，軸承孔與滾軸16相配置，相對稱的兩個 滾軸的間距小于"U"型折彎件的頂部寬度。
[0017] 垂直千斤頂和水平千斤頂分別與壓力表17相連，位移傳感器靠近水平支撐板安 設，測試過程中緩慢增加試件的垂直壓力和水平剪壓力的大小，巖土體在水平剪壓力作用 下的位移通過位移傳感器讀出，并記錄測試數據，待樣方測試完畢，最后進行數據處理，得 出該巖土體的抗剪強度參數指標。
[0018] 將本實用新型應用于大型原位直剪試驗的大致過程為：
[0019] 1、試件制配，選擇了現場有代表性的目標試驗地段開挖試坑，試坑的開口尺寸應 根據巖土體情況和試驗深度而定，首先根據規范和試驗方案要求，修剪出確定的試件，并保 證各試體之間距離大于試件最小邊長的1.5倍。
[0020] 2、地錨安裝，在試件兩側定出四個地錨安裝位置，保證兩側地錨連線方向與剪切 方向一致，采用空壓機風鉆在預定地錨安裝位置鉆孔共四個至預計深度，將地錨膨脹栓與 地錨鋼筋連接并用鐵錘砸入鉆孔，保證地錨鋼筋露出地面高度大于23cm以便用地錨螺母旋 緊固定底部支座。
[0021] 3、力學裝置安裝
[0022] ①安裝垂直壓力機構:將兩個底部支座的連接孔分別穿過兩根地錨鋼筋放置在試 件兩側，保證底部支座的軸線與剪切方向平行，并用地錨螺母將底部支座與地錨鋼筋固定 在一起，待底部支座固定好后，將兩根螺桿底部固定在兩個"U"型折彎件上，然后將頂部支 座的兩個通孔穿過兩根螺桿的頂部并用上螺母和下螺母固定，將頂部支撐板用螺栓和螺母 固定在頂部支座下表面，并將底部支撐板輕置于試件上頂面，通過調節上螺母和下螺母在 螺桿上的位置來調整頂部支座的高度，將垂直千斤頂底端置于底部支撐板上，頂端與頂部 支撐板相抵。
[0023]②安裝水平壓力機構:保證試坑壁面平整，使水平反力支撐板與坑壁緊密接觸，水 平千斤頂利用水平反力支撐板作反力底座，通過千斤頂支撐板作用在試件的水平支撐板 上。
[0024] 4、力學裝置的調平，通過油栗給垂直千斤頂施加一定大小的油壓，使頂部支座通 過螺桿聯動底部支座一起懸空，然后利用水平儀測量，先調節松緊地錨鋼筋頂部的地錨配 套螺母，保證兩側底部支座的水平;再調節上螺母和下螺母，保證頂部支座的水平。
[0025] 5、安裝測量系統，四個位移百分表通過磁性表架順著剪切方向分別架裝在試件的 四角處，記錄樣體的剪切位移;將兩個精密壓力表通過三通和油管分別與垂直千斤頂和水 平千斤頂相連，記錄千斤頂的液壓油壓。
[0026] 6、加載
[0027] ①施加法向荷載:根據試驗方案確定最大垂直壓力，并以此等量分成3至4個垂直 壓力采用千斤頂加荷，施加垂直壓力后，讓試件在此壓力下進行壓縮，當垂直變形達到相對 穩定(0.01mm/h)后，即認為穩定，再施加下一級荷載，法向荷載達到最大值后，整個試驗過 程中應保持不變。
[0028] ②施加剪切荷載:預加法向荷載達到穩定后，即可施加切向剪應力，控制水平千斤 頂使其推力均勻的連續施加，施加速率根據實驗方案和規范確定，當剪切變形急劇增長或 剪切變形達到試件尺寸的1/10即為剪切破壞，試驗過程記錄位移百分表讀數。
[0029] 7、試驗結束，取試件巖土樣本，保存好，帶回試驗室測定試驗后土樣的重度和含水 率。
【主權項】
1. 一種大型巖土體原位直剪試驗裝置，其特征在于，包括垂直壓力機構和水平壓力機 構，所述垂直壓力機構包括底部支座、頂部支座、調節螺桿和垂直千斤頂，所述調節螺桿的 兩端分別與所述底部支座和頂部支座相連，頂部支座可沿調節螺桿上下移動，所述垂直千 斤頂的頂端和底端分別與頂部支撐板及底部支撐板相抵，所述頂部支撐板與頂部支座的底 面相連，所述水平壓力機構包括水平千斤頂、千斤頂支撐板、水平支撐板和水平反力支撐 板，所述千斤頂支撐板與所述水平千斤頂的頂端相連，水平千斤頂的頂端和底端分別與所 述水平支撐板及所述水平反力支撐板相抵。2. 根據權利要求1所述的一種大型巖土體原位直剪試驗裝置，其特征在于，所述底部支 座頂部為"T"型結構，底部支座的左右兩端設有連接孔，所述頂部支座左右兩端設有通孔， 所述調節螺桿底部與開口朝下的"U"型折彎件相連，頂部穿過所述通孔并通過上螺母和下 螺母與頂部支座相連，底部支座的頂部與所述"U"型折彎件的頂部內壁相貼合，"U"型折彎 件的兩側邊的下部對稱設有數個軸承孔，所述軸承孔與滾軸相配置，所述相對稱的兩個滾 軸的間距小于"U"型折彎件的頂部寬度。3. 根據權利要求1所述的一種大型巖土體原位直剪試驗裝置，其特征在于，所述垂直千 斤頂和所述水平千斤頂分別與壓力表相連。4. 根據權利要求1所述的一種大型巖土體原位直剪試驗裝置，其特征在于，還包括位移 傳感器，所述位移傳感器靠近巖土體的四角位置安設。
【文檔編號】G01N3/02GK205679487SQ201620516879
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月31日 公開號201620516879.X, CN 201620516879, CN 205679487 U, CN 205679487U, CN-U-205679487, CN201620516879, CN201620516879.X, CN205679487 U, CN205679487U
【發明人】晏鄂川, 胡學軍, 文國軍, 祝雄威, 劉旭耀, 高旭
【申請人】中國地質大學（武漢）