專利名稱：氣囊加載便攜式軟弱夾層直剪儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
背景技術(shù)：
軟弱夾層屬于土體，現(xiàn)有的土力學(xué)剪切試驗(yàn)分為室內(nèi)試驗(yàn)與原位試驗(yàn)。室內(nèi)剪 切試驗(yàn)主要有兩種直剪試驗(yàn)和三軸壓縮試驗(yàn)。直剪試驗(yàn)通過(guò)杠桿使用砝碼對(duì)土樣施加法向 壓力，然后施加水平推力，使試樣沿預(yù)定的剪切面破壞。通過(guò)多組直剪試驗(yàn)計(jì)算獲得試樣抗 剪強(qiáng)度參數(shù)C、 4)值。對(duì)于軟弱夾層，直剪試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是試驗(yàn)操作簡(jiǎn)便，樣品量少，耗時(shí)少； 缺點(diǎn)是軟弱夾層易擾動(dòng)，儀器笨重，不能在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。
三軸壓縮試驗(yàn)是對(duì)試樣施加圍壓，然后施加軸向荷載，直至土樣破壞。進(jìn)行多組試驗(yàn)后 計(jì)算獲得試樣抗剪強(qiáng)度參數(shù)C、 cp值。三軸壓縮試驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)是能夠獲得試樣真實(shí)應(yīng)力狀態(tài)下的 抗剪參數(shù)，缺點(diǎn)是儀器精密復(fù)雜，樣品量大，耗時(shí)長(zhǎng)，不能在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。兩種室內(nèi)試驗(yàn)有共 同的缺點(diǎn)是原狀樣不易獲得，樣品易在包裝運(yùn)輸中發(fā)生擾動(dòng)；不能在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，快速 的獲得試驗(yàn)結(jié)果。
原位剪切試驗(yàn)主要有兩種十字板剪切試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)土體大型推剪試驗(yàn)。十字板剪切試驗(yàn) 用矩形十字板或倒角十字板壓進(jìn)粘土中進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，計(jì)算完全飽和粘土的不排水抗剪強(qiáng)度Tf， 但是不能測(cè)出土體粘聚力C、摩擦角(p值?，F(xiàn)場(chǎng)土體大型推剪試驗(yàn)沒(méi)有固定標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，一 般使用液壓泵、千斤頂、木板、鋼板、反力架、試坑反力梁等。該方法能夠得出土體粘聚力 C、摩擦角(p值，但缺點(diǎn)是經(jīng)費(fèi)、時(shí)間和人工耗費(fèi)較多，設(shè)備笨重，操作性不強(qiáng)。
總之，目前兩類土力學(xué)剪切試驗(yàn)的四種方法，前兩種室內(nèi)試驗(yàn)方法樣品容易在包裝運(yùn)輸 中受擾動(dòng)，不易進(jìn)行原狀樣試驗(yàn)；且不能在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)快速獲得試驗(yàn)結(jié)果。后兩種原位試 驗(yàn)， 一種只能測(cè)試飽和軟粘土的不排水抗剪強(qiáng)度， 一種測(cè)試設(shè)備笨重，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，操作性較 差。現(xiàn)存的土力學(xué)剪切試驗(yàn)方法均不能滿足軟弱夾層快速方便的獲取原狀土樣剪切參數(shù)的要 求
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種簡(jiǎn)便且精確的現(xiàn)場(chǎng)氣囊加載便攜式軟弱夾層直剪儀。采用氣囊 加載施加法向力，置于反力架上部的活塞系統(tǒng)能在試樣發(fā)生剪切位移時(shí)保證法向力的垂直， 且法向力施加均勻；采用滾珠絲杠系統(tǒng)施加切向力，在試樣座下的直線導(dǎo)軌能保證剪切力施 加方向水平，且切向力連續(xù)平穩(wěn)。法向加力系統(tǒng)無(wú)需荷重，氣囊加壓采用便攜式加壓裝置， 精度高且簡(jiǎn)便易行。切向加力系統(tǒng)用絲杠手柄加力，加力平穩(wěn)，操作性強(qiáng)。法向加力系統(tǒng)和 切向加力系統(tǒng)均為固定式，體積小可靠性高，便于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。這種試驗(yàn)裝置能夠進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)軟 弱夾層的快剪，排水固結(jié)快剪與慢剪試驗(yàn)，且簡(jiǎn)便精確、操作性強(qiáng)。
氣囊加載便攜式軟弱夾層直剪儀，其由如下幾部分組成軟弱夾層試樣裝置部分，由定 位錐12，鋼壓墊13,上盒14，下盒15，固定銷16，試樣座17，透水石23，排水孔30和試 樣22組成，試驗(yàn)時(shí)首先將試樣22置于上盒14與下盒15中；氣囊式法向加壓系統(tǒng)，由充氣 加壓閥5，氣囊6，活塞7，活塞壁8，限位栓9，傳力柱IO和定位孔11組成；法向加壓反 力框架系統(tǒng)，由剛性立柱l，上橫梁2，下底座3和支腳4組成；滾珠絲杠切向加壓系統(tǒng)，由 試樣座17，直線導(dǎo)軌18，剛性傳力桿19,傳動(dòng)裝置20和絲杠手柄21組成；力和位移測(cè)量 系統(tǒng)，由壓力傳感器24，水平位移傳感器25,固定滑輪26，鋼線27，垂直位移傳感器28和 氣壓表29組成。
基本原理與技術(shù)根據(jù)土力學(xué)剪切試驗(yàn)原理，試樣法向壓力必須恒定且始終垂直，切向 力連續(xù)平穩(wěn)且要保持水平。采用氣囊式法向加壓系統(tǒng)和滾珠絲杠切向加壓系統(tǒng)可以保證以上 要求。
氣囊式法向加壓系統(tǒng)，將氣囊6置于活塞7中，充氣加壓閥5對(duì)氣囊6加壓，通過(guò)傳力 柱10和鋼壓墊13，對(duì)試樣22施加法向荷載，且荷載方向始終為垂向；剛性立柱l,上橫梁 2和下底座3組成反力框架系統(tǒng)，保證法向加壓的施加；活塞7內(nèi)徑設(shè)計(jì)為123.6mm，試樣22內(nèi)徑為61.8mm，氣囊最大加載氣壓為0.3MPa，傳到試樣上的最大法向應(yīng)力為1.2MPa，滿 足土體直剪試驗(yàn)對(duì)法向應(yīng)力的需求。氣囊加載通過(guò)活塞7保證法向力的垂直，軟弱夾層在剪 切時(shí)下盒水平運(yùn)動(dòng)，上盒固定，剪切過(guò)程中法向力一直是恒定且垂直的。
滾珠絲杠切向加壓系統(tǒng)，通過(guò)滾珠絲杠施加切向力，試樣座17置于直線導(dǎo)軌18上，絲 杠傳動(dòng)裝置20通過(guò)剛性傳力桿19與試樣座17相連，轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠手柄21即可施加水平力，直 線導(dǎo)軌18可保證水平力的連續(xù)和方向。
法向力可由氣囊氣壓表29讀數(shù)乘4即可，固結(jié)沉降由垂直位移傳感28讀出，切向力由 壓力傳感器24讀出，水平位移由水平位移傳感器25讀出。


圖l:氣囊加載便攜式軟弱夾層直剪儀剖面圖 圖2:氣囊加載便攜式軟弱夾層直剪儀A-A剖面圖
1 :剛性立柱；2:上橫梁；3:下底座；4:支腳；5:充氣加壓閥；6:氣囊；7:活塞.； 8:活塞壁；9:限位栓；10:傳力柱；11:定位孔；12:定位錐；13:鋼壓墊；14:上盒； 15:下盒；16:固定銷；17:試樣座；18:直線導(dǎo)軌；19:剛性傳力桿；20:傳動(dòng)裝置；21: 絲杠手柄；22:試樣；23:透水石；24:壓力傳感器；25:水平位移傳感器；26:固定滑輪； 27:鋼線；28:垂直位移傳感器；29:氣壓表；30:排水孔
具體實(shí)施方式
1.試樣22安裝好后，使用水平尺調(diào)平儀器下底座3，使用便攜式充氣筒
對(duì)氣囊6進(jìn)行加壓，直到氣壓表29到達(dá)預(yù)定壓力。
2. 根據(jù)具體試驗(yàn)要求，旋轉(zhuǎn)絲杠手柄21，使試樣底座17沿著直線導(dǎo)軌18水平運(yùn)動(dòng)，逐 漸旋轉(zhuǎn)絲杠手柄21，施加越來(lái)越大的切向應(yīng)力并讀出相應(yīng)位移，直至壓力傳感器24讀數(shù)不 變或下降時(shí)，表明試樣22己被剪斷。記下壓力傳感器24讀數(shù)，讀出水平位移傳感器25的位 移值。壓力傳感器24最大值即為試樣22剪斷時(shí)的壓力與直線導(dǎo)軌18摩擦力之和，利用事先 測(cè)得的直線導(dǎo)軌18摩擦系數(shù)，可算出摩擦力，從而算出剪應(yīng)力。
3. 剪斷后反向旋轉(zhuǎn)絲杠手柄21，使試樣22復(fù)位，卸除法向荷載，并將樣品22置于原位， 重置原法向荷載，進(jìn)行殘余強(qiáng)度試驗(yàn)。
權(quán)利要求
1、一種氣囊加載便攜式軟弱夾層直剪儀，其由軟弱夾層試樣裝置部分，氣囊式法向加壓系統(tǒng)部分，法向加壓反力框架系統(tǒng)部分和力和位移測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成，所述軟弱夾層試樣裝置部分由定位錐(12)、鋼壓墊(13)，上盒(14)，下盒(15)，固定銷(16)，試樣座(17)，透水石(23)，排水孔(30)和試樣(22)組成；所述氣囊式法向加壓系統(tǒng)部分由充氣加壓閥(5)，氣囊(6)，活塞(7)，活塞壁(8)，限位栓(9)，傳力柱(10)和定位孔(11)組成；所述法向加壓反力框架系統(tǒng)部分由剛性立柱(1)，上橫梁(2)，下底座(3)和支腳(4)組成；所述滾珠絲杠切向加壓系統(tǒng)部分由試樣座(17)，直線導(dǎo)軌(18)，剛性傳力桿(19)，傳動(dòng)裝置(20)和絲杠手柄(21)組成；所述力和位移測(cè)量系統(tǒng)部分由壓力傳感器(24)，水平位移傳感器(25)，固定滑輪(26)，鋼線(27)，垂直位移傳感器(28)和氣壓表(29)組成；氣囊加載通過(guò)活塞(7)保證法向力的垂直，軟弱夾層在剪切時(shí)下盒水平運(yùn)動(dòng)，上盒固定，剪切過(guò)程中法向力一直是恒定且垂直的；轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠手柄(21)即可施加水平力，直線導(dǎo)軌(18)可保證力的連續(xù)和方向水平。
全文摘要
本發(fā)明提供一種簡(jiǎn)便且精確的現(xiàn)場(chǎng)氣囊加載便攜式軟弱夾層直剪儀。采用氣囊加載施加法向力，置于反力架上部的活塞系統(tǒng)能在試樣發(fā)生剪切位移時(shí)保證法向力的垂直，且法向力施加均勻；采用滾珠絲杠系統(tǒng)施加切向力，在試樣座下的直線導(dǎo)軌能保證剪切力施加方向水平，且切向力連續(xù)平穩(wěn)。法向加力系統(tǒng)無(wú)需荷重，氣囊加壓采用便攜式加壓裝置，精度高且簡(jiǎn)便易行。切向加力系統(tǒng)用絲杠手柄加力，加力平穩(wěn)，操作性強(qiáng)。法向加力系統(tǒng)和切向加力系統(tǒng)均為固定式，體積小可靠性高，便于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。這種試驗(yàn)裝置能夠進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)軟弱夾層的快剪，排水固結(jié)快剪與慢剪試驗(yàn)，且簡(jiǎn)便精確、操作性強(qiáng)。
文檔編號(hào)G01N3/12GK101592575SQ20091008517
公開日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2009年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月27日
發(fā)明者劉艷輝, 曉 李, 李守定, 赫建明 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所