專利名稱：組裝式變尺寸雙面剪切儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種試驗裝置，主要用于進行室內(nèi)或野外巖土體雙剪切面直剪試驗。
背景技術(shù)：
在巖土工程領(lǐng)域，通過試驗獲取目標(biāo)工程區(qū)域內(nèi)巖土體的力學(xué)參數(shù)指標(biāo)常常是必不可少的途徑。目前主要通過室內(nèi)試驗得出巖土體的強度指標(biāo)。室內(nèi)試驗包括大、小三軸試驗，直剪試驗等。室內(nèi)直剪試驗包括標(biāo)準(zhǔn)環(huán)刀直剪與大尺寸的方盒直剪。這些試驗都需要在室內(nèi)完成，但是第一，都是在固定試樣尺寸下對試樣進行剪切，不能實現(xiàn)試樣尺寸上的變化；第二，很少進行雙面剪試驗，尤其是目前還很少見有關(guān)雙面剪切儀及相關(guān)試驗的報道。根據(jù)實際工程情況看，常規(guī)的單面直剪儀在人為設(shè)定的剪切面上可能存在不均勻 性。另外，現(xiàn)場巖體中沿斷層或滑帶滑動過程并非是一平整的破裂面，有時表現(xiàn)出明顯的剪切帶破壞。因此，有必要開發(fā)研制與之相匹配的對一定厚度的剪切帶進行試驗的雙面剪儀器。同時，為了能研究同一巖土體試樣在尺寸變化時的抗剪強度關(guān)系，能研究土體力學(xué)特性的尺寸效應(yīng)變化規(guī)律并能在野外開展試驗，急待開發(fā)出一套具有雙面剪切功能的儀器，要求該儀器具有施加反力較大、體積較小、重量較輕，試驗的放樣裝置具有尺寸可變性，可以方便地拆卸組裝的特點，從而便于攜帶至野外進行不同尺寸(包括不同高徑比和不同高寬比)巖土試樣的剪切試驗。

實用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有直剪儀只適用于確定尺寸試樣的不足，本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種組裝式變尺寸雙面剪切儀，它能夠用于土樣與軟巖的變尺寸雙剪面剪切試驗。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是組裝式變尺寸雙面剪切儀，包括反力架、試樣盒和與反力架連接并設(shè)置在反力架與試樣盒之間的水平加載裝置、垂直加載裝置，所述試樣盒包括上剪切盒、下剪切盒和設(shè)置在上剪切盒和下剪切盒之間的中間剪切層，中間剪切層和上剪切盒、下剪切盒之間分別設(shè)置有滾動支撐，所述上剪切盒、下剪切盒、中間剪切層均采用組裝式變尺寸試樣盒套件，所述組裝式變尺寸試樣盒套件由至少兩套可相互層疊連接的試樣盒剛性組件組成，每一套試樣盒剛性組件包括至少兩個相互嵌套的裝樣環(huán)，各相鄰兩個裝樣環(huán)中，位于內(nèi)側(cè)的裝樣環(huán)的外緣與位于外側(cè)的裝樣環(huán)的內(nèi)緣相貼合，位于內(nèi)側(cè)的裝樣環(huán)被位于外側(cè)的裝樣環(huán)軸向單向限位；組成組裝式變尺寸試樣盒套件的其中一套試樣盒剛性組件中最外側(cè)的裝樣環(huán)上設(shè)置有滾動支撐匹配結(jié)構(gòu)。所述各相鄰兩個裝樣環(huán)中，位于內(nèi)側(cè)的裝樣環(huán)外緣設(shè)置有定位止口，位于外側(cè)的裝樣環(huán)內(nèi)緣設(shè)置有與對應(yīng)定位止口相應(yīng)的定位槽。[0008]所述的試樣盒剛性組件還包括一組與定位槽匹配的填補件。所述各裝樣環(huán)的定位止口和/或定位槽有四個，并呈中心對稱布置。所述其中一套試樣盒剛性組件的各個裝樣環(huán)上都開設(shè)有排水槽，當(dāng)各裝樣環(huán)以設(shè)定方式嵌套時，各個裝樣環(huán)上的排水槽組成通槽，否則其中至少有兩個相鄰的裝樣環(huán)上的排水槽相互錯開。所述設(shè)置有滾動支撐匹配結(jié)構(gòu)的裝樣環(huán)的外緣呈正方形，且外緣上設(shè)置有兩個固定耳。所述壓縮儀還包括一組傳力板，該組傳力板中的各塊板分別與試樣盒剛性組件中的不同裝樣環(huán)的內(nèi)緣相匹配，傳力板的中心位置設(shè)置有與垂直加載裝置匹配的沉孔。所述傳力板為布設(shè)有透水孔的透水板。所述反力架包括底板、垂向反力板、水平反力柱和四根矩形分布的立柱，立柱和水平反力柱均為絲桿，底板和垂向反力板相互平行且與各立柱垂直并通過螺母固定在各立柱上，在水平反力柱上螺紋連接有水平反力座，水平加載裝置的固定端與水平反力座相接觸。本實用新型的有益效果是可以實現(xiàn)巖、土試樣變直徑、變高度的組合直剪與壓縮試驗，質(zhì)量較輕、便于攜帶，可拆卸，適用于室內(nèi)尤其是室外的巖土體剪切壓縮試驗；儀器便于維護，零部件加工容易，具有環(huán)境適應(yīng)性好、操作簡單、成本低、一般人員稍經(jīng)指導(dǎo)就可以進行操作的特點，適合于在野外現(xiàn)場原狀巖土直剪壓縮試驗中推廣使用。

圖I是本實用新型的組裝式變尺寸雙面剪切儀的主體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是試樣盒剛性組件(帶排水槽)的示意圖。圖3是圖2的俯視圖。圖4是一般的試樣盒剛性組件的示意圖。圖5是圖4的俯視圖。圖6是圖4中試樣盒剛性組件的其中一個裝樣環(huán)的主視圖。圖7是圖6的A-A剖視圖。圖8是圖6的B-B剖視圖。圖9是圖4中試樣盒剛性組件的其中一個裝樣環(huán)的主視圖。圖10是圖4中試樣盒剛性組件的其中一個裝樣環(huán)的主視圖。圖11是最外側(cè)的裝樣環(huán)(帶滾珠槽)的示意圖。圖12是圖11的C-C剖視圖。圖13是傳力板(設(shè)置有透水孔)的示意圖。圖14是傳力板(無透水孔)的示意圖。圖15是填補件的放大示意圖。 圖中標(biāo)記為，I-反力架，2-水平加載裝置，3-垂直加載裝置，4-試樣盒，41-上剪切盒，42-下剪切盒，43-中間剪切層，51-滾動支撐，52-滾動支撐，6-傳力板，11_底板，12-立柱,13-垂向反力板，14-水平反力柱，15-水平反力座，16-螺母，17-垂直加載裝置滾動支撐，18-鋼板，19-拉板，20-銷，40-試樣盒剛性組件，61-沉孔，62-透水孔，400-裝樣環(huán)400，401-最外側(cè)的裝樣環(huán),402-定位止口，403-定位槽,404-填補件,405-滾珠槽,406-排水槽，407-固定耳，408-螺栓孔。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。如圖I 圖15所示，本實用新型的組裝式變尺寸雙面剪切儀包括反力架I、試樣盒4和與反力架I連接并設(shè)置在反力架I與剪切裝置4之間的水平加載裝置2、垂直加載裝置3，所述試樣盒4包括上剪切盒41、下剪切盒42和設(shè)置在上剪切盒41和下剪切盒42之間的中間剪切層43，中間剪切層43和上剪切 盒41、下剪切盒42之間分別設(shè)置有滾動支撐51、52，所述上剪切盒41、下剪切盒42、中間剪切層43均采用組裝式變尺寸試樣盒套件，所述組裝式變尺寸試樣盒套件由至少兩套可相互層疊連接的試樣盒剛性組件40組成，每一套試樣盒剛性組件40包括至少兩個相互嵌套的裝樣環(huán)400，各相鄰兩個裝樣環(huán)400中，位于內(nèi)側(cè)的裝樣環(huán)400的外緣與位于外側(cè)的裝樣環(huán)400的內(nèi)緣相貼合，位于內(nèi)側(cè)的裝樣環(huán)400被位于外側(cè)的裝樣環(huán)400軸向單向限位，當(dāng)最外側(cè)的裝樣環(huán)401相互固定連接后，內(nèi)側(cè)的裝樣環(huán)400因該軸向單向限位也同時被固定；組成組裝式變尺寸試樣盒套件的其中一套試樣盒剛性組件40中最外側(cè)的裝樣環(huán)401上設(shè)置有滾動支撐匹配結(jié)構(gòu)。上剪切盒41、下剪切盒42、中間剪切層43均采用組裝式變尺寸試樣盒套件，所述組裝式變尺寸試樣盒套件由至少兩套可相互層疊連接的試樣盒剛性組件40組成，是為了與巖土試驗規(guī)范中試樣高徑比的要求相適應(yīng)，試樣盒剛性組件40中的各個裝樣環(huán)400具有相同的厚度，組成同一套組裝式變尺寸試樣盒套件的各套試樣盒剛性組件40也具有相同的厚度，當(dāng)試樣盒剛性組件40最內(nèi)側(cè)的裝樣環(huán)400大小不同時，其內(nèi)腔的橫截面積相應(yīng)發(fā)生變化，組裝式變尺寸試樣盒套件所包含的可相互層疊連接的試樣盒剛性組件40的層數(shù)也可相應(yīng)作調(diào)整，即放樣裝置的截面積和高度可調(diào)整變化，就能夠使試樣盒4與不同尺寸的試樣相匹配，從而將同一直剪儀用于不同尺寸試樣的剪切試驗。顯然，考慮到各組裝式變尺寸試樣盒套件組裝后的放置位置和方便固定，試樣盒剛性組件40中，將其中一套試樣盒剛性組件40的滾動支撐匹配結(jié)構(gòu)設(shè)置在各裝樣環(huán)400能夠相互嵌套支撐時的頂面，而另一套試樣盒剛性組件40的滾動支撐匹配結(jié)構(gòu)設(shè)置在各裝樣環(huán)400能夠相互嵌套支撐時的底面，而用作構(gòu)成中間剪切層43的試樣盒剛性組件40，當(dāng)只有一層時，其頂面和底面均須設(shè)置滾動支撐匹配結(jié)構(gòu)，以滿足在變化到最薄剪切層時能做雙剪切面剪切試驗；當(dāng)中間剪切層43由多層試樣盒剛性組件40構(gòu)成時，其上部一層的上表面和下部一層的下表面均須設(shè)置滾動支撐匹配結(jié)構(gòu)。換句話說，用于中間剪切層43的試樣盒剛性組件40需要至少其中有一套試樣盒剛性組件40的頂面和底面均設(shè)置滾動支撐匹配結(jié)構(gòu)，而另有至少一套試樣盒剛性組件40的底面設(shè)置滾動支撐匹配結(jié)構(gòu)，以滿足在變化到最薄剪切層時能做雙剪切面剪切試驗。從試驗要求來說，通常上剪切盒41、下剪切盒42各由相同套數(shù)的試樣盒剛性組件40構(gòu)成，以保證剪切面位于試樣正中，且上剪切盒41、下剪切盒42、中間剪切層43相對的那一層應(yīng)使用最外側(cè)的裝樣環(huán)401上設(shè)置有滾動支撐匹配結(jié)構(gòu)的那套試樣盒剛性組件40，以方便安裝滾動支撐5或滾動支撐51、52。另外，通常要求各層中裝樣環(huán)400有較高的同軸度，以保證試驗精度。裝樣環(huán)400的內(nèi)腔截面形狀根據(jù)試驗需要通常為圓形或方形，以考察試樣截面形狀的變化對試驗結(jié)果的影響。優(yōu)選為每一臺壓縮儀配備圓孔試樣盒剛性組件和方孔試樣盒剛性組件各若干套。如圖4 圖10所示，因為層疊安裝時都是通過最外側(cè)的各裝樣環(huán)401來連接的，因此在各相鄰兩個裝樣環(huán)400中，位于內(nèi)側(cè)的裝樣環(huán)400外緣設(shè)置有定位止口 402，位于外側(cè)的裝樣環(huán)400內(nèi)緣設(shè)置有與對應(yīng)定位止口 402相應(yīng)的定位槽403，以降低裝樣環(huán)400的加工精度要求，保證試樣盒剛性組件40中各裝樣環(huán)的同軸度，進而避免上下層位于同一徑向位置的裝樣環(huán)400之間發(fā)生偏心以致裝入的試樣不滿足試驗要求。當(dāng)裝樣環(huán)400為圓環(huán)，最好設(shè)置定位止口 402和定位槽403。如圖4 圖10及圖15所示，此時，為了保證裝入的試樣完全符合試驗要求，提高試驗精度，所述的試樣盒剛性組件40還包括一組與定位槽403匹配的填補件404，所述各個空心環(huán)上宜采用相同數(shù)量且形狀和大小也相同的定位槽403。如圖2和圖3所示，為了實現(xiàn)排水剪切或不排水剪切，可將所述其中一套試樣盒剛性組件40的各個裝樣環(huán)400上都開設(shè)有排水槽406，當(dāng)各裝樣環(huán)400以設(shè)定方式嵌套時，各個排水槽406相互連通，以用于排水剪切，以設(shè)定方式以外的其它方式嵌套時，要使其中至少兩個相鄰的裝樣環(huán)400上的排水槽406相互錯開，只要有其中兩個相鄰的裝樣環(huán)400上的排水槽406相互錯開就可使得排水槽406封閉。若需要做最大尺寸試樣的不排水剪切試驗時，將任何一層未設(shè)有排水槽的試樣盒剛性組件40置于下剪切盒42的最底部即可。如圖4 圖10所示，優(yōu)選所述各裝樣環(huán)400的定位止口 402和/或定位槽403有四個，并呈中心對稱布置，對稱結(jié)構(gòu)的裝樣環(huán)400有利于提高組裝效率，并且方便了排水槽406的設(shè)置。此時，相應(yīng)每套試樣盒剛性組件40的填補件404的數(shù)量也是四個，此時，設(shè)計排水槽406連通時所在的兩條直線相互不垂直即可實現(xiàn)排水與不排水剪切可共用同一套試樣盒剛性組件40。需要注意的是，設(shè)有排水槽406的那套試樣盒剛性組件40不應(yīng)是設(shè)置有滾動支撐匹配結(jié)構(gòu)的那套試樣盒剛性組件40，以提高通用性，因為設(shè)有排水槽406的那套試樣盒剛性組件40必須位于下剪切盒42的底部，且排水槽406所在的面位于最底部。用于構(gòu)成中間剪切層43的各套試樣盒剛性組件40均不需要設(shè)置排水槽406。組裝式變尺寸雙面剪切儀的水平加載裝置2是作用于試樣盒4的中間剪切層43。為了方便水平加載裝置2作用于中間剪切層43，所述設(shè)置有滾動支撐匹配結(jié)構(gòu)的裝樣環(huán)401的外緣呈正方形，且外緣上設(shè)置有兩個固定耳407，在上下對應(yīng)的兩組固定耳407中插入定位銷,對分屬于上剪切盒41、下剪切盒42、中間剪切層43的三組試樣盒剛性組件40進行徑向定位，保證同軸度，確保試樣尺寸滿足試驗要求，提高試驗精度。裝樣完畢后將定位銷抽出即可。如圖I所示，在試驗時，上剪切盒41與下剪切盒42是固定的。下剪切盒42通常通過螺栓錨固在底板11上，上剪切盒41則通過四組拉板19、銷20及上剪切盒41上的固定耳407與四根立柱12連接固定起來。為方便將構(gòu)成組裝式變尺寸試樣盒套件的各套試樣盒剛性組件40層疊連接，可以在各套試樣盒剛性組件40的最外側(cè)裝樣環(huán)400上加工出銷孔或螺栓孔408，通過銷或螺栓連接層疊的各套試樣盒剛性組件40，此時需要注意的是設(shè)置有滾動支撐匹配結(jié)構(gòu)的那套試樣盒剛性組件40上的銷孔或螺栓孔408應(yīng)加工為盲孔。[0046]為方便垂直加載裝置3正壓作用于試樣，所述壓縮儀還包括一組傳力板6，該組傳力板6中的各塊板分別與各個裝樣環(huán)400的內(nèi)緣相匹配，傳力板6的中心位置設(shè)置有與垂直加載裝置3匹配的沉孔61。當(dāng)需要用于排水剪切時，所述傳力板6為布設(shè)有透水孔62的透水板。實際運用中，最好各配置一組不透水鋼板和透水鋼板作為傳力板6。為消除上、下剪切盒與中間剪切層43之間滑動摩擦對試驗結(jié)果的影響，需要在中間剪切層43分別與上剪切盒41、下剪切盒42相對的表面之間設(shè)置滾動支撐51、52，所述滾動支撐51、52—般采用鋼珠，因此，所述與滾動支撐51、52匹配的結(jié)構(gòu)通常為兩列平行且相對于裝樣環(huán)400的中心對稱設(shè)置的滾珠槽405。剪切試驗通常要求以試樣正中間的橫截面作為剪切面，當(dāng)放樣裝置可調(diào)整時，顯然，相應(yīng)的需要將放樣裝置與水平加載裝置2之間的相對位置作調(diào)整，此時，可以通過在放樣裝置下面加調(diào)整墊塊的方式進行調(diào)整，也可以通過調(diào)整水平加載裝置2的豎向高度的方式進行調(diào)整，為了減輕整套設(shè)備的重量，優(yōu)選以后一種方式進行調(diào)整，如圖I所示，所述反 力架I包括底板11、垂向反力板13、水平反力柱14和四根矩形分布的立柱12，立柱12和水平反力柱14均為絲桿，底板11和垂向反力板13相互平行且與各立柱12垂直并通過螺母16固定在各立柱12上，在水平反力柱14上螺紋連接有水平反力座15，水平加載裝置2的固定端與水平反力座15相接觸。需要說明的是，除反力架I、水平加載裝置2、垂直加載裝置3等以外，剪切儀必不可少的組成部分還包括數(shù)據(jù)采集和記錄系統(tǒng)，在這些方面，本實用新型的組裝式變尺寸雙面剪切儀可參考使用現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型的主要改進在于試樣盒4，試樣盒4有時也被稱為放樣裝置。實施例如圖I 圖15所示，本實用新型的組裝式變尺寸雙面剪切儀，其包括了實驗室直剪試驗的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，在人為地設(shè)置了雙剪切面后，可對土體及軟巖試樣施加數(shù)級垂向荷載進行雙面剪切試驗。首先利用2. 5cm厚度的鋼板，制作編號為① ⑧的八套試樣盒剛性組件40，即用于構(gòu)成上剪切盒41和下剪切盒42的試樣盒剛性組件40的厚度為2. 5cm,每套試樣盒剛性組件40由四個同心的鋼環(huán)組成，其中最外一層鋼環(huán)外緣為正方形，邊長27cm，內(nèi)部以其形心為圓心被掏掉直徑為20cm的圓柱從而形成一個空心環(huán)一，空心環(huán)一上設(shè)置有螺栓孔408，緊接著是一個外徑20cm、內(nèi)徑15cm的空心環(huán)二，被正方形鋼環(huán)所嵌套，接著此環(huán)嵌套一個外徑15cm、內(nèi)徑IOcm的空心環(huán)三，空心環(huán)三則嵌套外徑10cm、內(nèi)徑直徑6. 18cm的空心環(huán)四，為實現(xiàn)各環(huán)的軸向單向限位，以便于固定各裝樣環(huán)，避免各環(huán)之間在剪切過程中的相對移動以及方便排水槽的對位，各環(huán)上相應(yīng)設(shè)置定位止口 402和定位槽403，定位槽403設(shè)在頂面上，從而實現(xiàn)相對定位和軸向單向限位。此外，制作透水和不透水的傳力板6各一組，每組傳力板6有四塊板,均為圓板，直徑分別是20cm、15cm、10cm、6. 18cm。若各套試樣盒剛性組件40的裝樣環(huán)400內(nèi)腔截面形狀為正方形，則相應(yīng)的空心環(huán)一為外緣邊長27cm、內(nèi)緣邊長17. 72cm的“回”形環(huán),空心環(huán)二為外緣邊長17. 72cm、內(nèi)緣邊長13. 29cm的“回”形環(huán)，空心環(huán)三為外緣邊長13. 29cm、內(nèi)緣邊長8. 86cm的“回”形環(huán)，空心環(huán)四為外緣邊長8. 86cm、內(nèi)緣邊長5. 475cm的“回”形環(huán)，即正方體試樣的截面積與圓柱體試樣的截面積相當(dāng)，相應(yīng)的透水或不透水的傳力板6為正方形板，邊長分別是17. 72cm、13. 29cm、8. 86cm、5. 475cm。試樣盒剛性組件40通過嵌套的方式實現(xiàn)試樣的徑向尺寸變化，各裝樣環(huán)400能夠相互嵌套支撐并借助最外層裝樣環(huán)401的相互連接而固定，當(dāng)使用標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑為6. 18cm的裝樣環(huán)以外的其它裝樣環(huán)與試樣接觸時，接觸試樣的最內(nèi)側(cè)的空心環(huán)的各定位槽403內(nèi)相應(yīng)以填補件404填補，以免裝樣時試樣擠入定位槽403內(nèi)，從而保證試樣尺寸準(zhǔn)確。組成中間剪切層43的組裝式變尺寸試樣盒套件包括一套或數(shù)套高度為2cm的試樣盒剛性組件40，現(xiàn)假定由四套編號分別是⑨⑩Q￡2的試樣盒剛性組件40組成中間剪切盒，該四套試樣盒剛性組件40所包含的裝樣環(huán)的基本形狀、尺寸與用于構(gòu)成上剪切盒41或下剪切盒42的試樣盒剛性組件40相同，但由于該四套試樣盒剛性組件40需固定為一體，所以其最外側(cè)的裝樣環(huán)401的外緣上均設(shè)置有固定耳407，以便試驗時用螺栓錨固在一起。⑨號和￡2號試樣盒剛性組件40的局部構(gòu)造有不同第⑨號試樣盒剛性組件40位于中間剪切層43的上部，其最外側(cè)裝樣環(huán)401的頂面設(shè)置有滾珠槽405，并設(shè)置了固定耳407 ；第β號試樣盒剛性組件40位于中間剪切盒的下部，其最外側(cè)裝樣環(huán)401的底面設(shè)置有滾珠槽405，并設(shè)置了固定耳407。當(dāng)中間剪切層只由一層試樣盒剛性組件40，比如只由⑨構(gòu)成時，則⑨號剛性組件上下表面均需設(shè)滾珠槽405。如圖I 圖15所示，本實用新型的組裝式變尺寸雙面直剪儀包括由垂向反力板13、四根呈正方形分布的立柱12、底板11、水平反力柱14、水平反力擋板15及若干螺母16組成的反力架1，上剪切盒41、下剪切盒42和中間剪切層43以及由垂直加載裝置3、水平加載裝置2和垂直加載裝置滾動支撐17組成的反力系統(tǒng)。上剪切盒41、下剪切盒42和中間剪切層43的高度由各自包含的試樣盒剛性組件40的層數(shù)決定，上剪切盒41、下剪切盒42各可組合出2. 5cm、5cm、7. 5cm、IOcm四個高度，中間剪切層43可組合出2cm、4cm、6cm、8cm 四個高度。需要注意的是，上剪切盒41中的④號試樣盒剛性組件40必須放在底部，因為其上設(shè)有滾珠槽405，同時下剪切盒42中的⑤號試樣盒剛性組件40必須放在上部，其上同樣設(shè)有滾珠槽405，排水剪切時，下剪切盒42中的⑧號試樣盒剛性組件40必須放在底部，因為其上設(shè)有排水槽406。以進行2cm剪切層雙剪面剪切試驗為例，中間剪切層43僅由第⑨號試樣盒剛性組件40構(gòu)成，中間剪切層43厚度為2cm。將編號為①、②、③、④的試樣盒剛性組件40層疊固定形成上剪切盒41，編號為⑤、⑥、⑦、⑧的試樣盒剛性組件40層疊固定形成下剪切盒42。每層試樣盒剛性組件40的空心環(huán)一的四個角點及四邊中點都鉆有螺栓孔408，可方便地用一定長度的螺栓將一定套數(shù)的試樣盒剛性組件40固定在一起從而實現(xiàn)試樣在高度上的變化。為實現(xiàn)垂直加載裝置3在豎直方向上的移動，反力架I上的四根立柱12采用四根絲桿，其與垂向反力板13、底板11 一起用螺母16固定，這樣可實現(xiàn)垂向反力板13在立柱12任意高度處的定位。試驗開始時，先組裝儀器。將立柱12、水平反力柱14用螺母16與底板11錨固在一起，按照規(guī)范所規(guī)定的試樣徑高比，將所需層數(shù)的下剪切盒42與底板11用螺栓錨固在一起，接著在⑤號試樣盒剛性組件40的滾珠槽405內(nèi)放入適量經(jīng)潤滑后的鋼珠。接著將⑨號試樣盒剛性組件40扣在下剪切盒42上，注意滾珠槽405之間的對位。接著在⑨號試樣盒剛性組件40的上部滾珠槽405內(nèi)放入滾珠，將錨固好的上剪切盒41反扣上去，并注意滾珠槽405的對位。為避免層疊在一起的上剪切盒41、下剪切盒42及中間剪切層43在裝樣時沿著剪切面的滾珠排滑動，如圖11所示，在剪切面附近的④、⑤、⑨號試樣盒剛性組件40的裝樣環(huán)401上各設(shè)有兩個固定耳407，只 要用一根銷釘插入固定耳407中就可將試樣盒4固定，裝樣完畢后抽出銷釘即可。當(dāng)中間剪切層43由多層試樣盒剛性組件40構(gòu)成時，在下剪切盒42組裝完成后，需將組成中間剪切層43的各層試樣盒剛性組件40用螺栓固定在一起，再將上剪切盒41扣上，然后用銷釘將上剪切盒41、中間剪切層43、下剪切盒42固定在一起。裝樣時，由于儀器結(jié)構(gòu)的特殊性，除直徑6. 18cm的試樣外,其他直徑試樣裝樣時，每層在套好目標(biāo)直徑對應(yīng)的空心環(huán)后，應(yīng)該用填補件404將留出的定位槽403填滿以免裝樣時試樣被擠入槽中。裝樣時，對于人工配置的土樣，按試驗標(biāo)準(zhǔn)將其逐層裝入試樣盒4內(nèi)即可。對于原狀土，應(yīng)使用特制的取樣筒將所取原狀樣小心地放入組裝好的試樣盒4內(nèi)進行試驗。軟巖試樣的尺寸也應(yīng)與對應(yīng)的試樣盒4內(nèi)部尺寸對于土樣而言，試樣裝填完畢后，視試驗的排水與否在試樣頂部加裝相應(yīng)尺寸的透水或不透水的傳力板6。對于軟巖而言，不需考慮排水問題。垂向反力板13用螺母固定在立柱12上適當(dāng)?shù)奈恢貌⒈M量將其調(diào)整為水平狀態(tài)。將刻有滾珠槽的兩塊鋼板及潤滑過的鋼珠組裝成垂直加載裝置滾動支撐17后安放于垂直加載裝置3和垂向反力板13之間，讓垂直加載裝置3稍微向試樣施力后即可將其與垂直加載裝置滾動支撐17的下層鋼板之間相互固定。將水平加載裝置2安放在以一定厚度的木墩制作的支座上，其后端與水平反力座15接觸，水平反力座15與水平反力柱14螺紋連接，從而可調(diào)整水平加載裝置2的高度，水平加載裝置2的前端與上剪切盒41靠近剪切面的④號試樣盒剛性組件40相接觸，盡量減小水平施力時對剪切面的扭矩。在中間剪切層43上安裝測量試樣水平與垂直變形的機械或數(shù)顯千分表，施加一定的垂向壓力即可進行剪切試驗。按《土工試驗規(guī)程》進行快剪試驗、固結(jié)快剪試驗、慢剪試驗。每組試驗應(yīng)制備4至5個試樣，其密度差值不得大于O. 03g/cm3，含水率差值不得大于1%。在不同壓力下進行試驗，各級垂直壓力級差大致相同。軟巖的直剪試驗與土樣的直剪操作方式大致相同，只是試驗過程中不需要排水。上述的組裝式變尺寸雙面剪切儀也可用于進行土樣壓縮試驗，此時，試樣盒4只包括下剪切盒42，按《土工試驗規(guī)程》規(guī)定，本儀器適用于最大粒徑為2. 5cm的粗粒土，此時試樣直徑應(yīng)為20cm，高度應(yīng)為10cm。也可對其他尺寸的試樣進行試驗，但對應(yīng)的試樣最大粒徑應(yīng)按規(guī)范相應(yīng)減小。同樣按此規(guī)范為其他土類的原狀樣或擾動樣進行制樣并試驗。安裝千分表測量試樣的垂向變形。施加各級垂向壓力，設(shè)土層最大實際壓力為200m級土石壩,最大垂向壓力即4MPa左右，則試驗施加的最后一級壓力為4200KPa左右。壓力等級一般為50、100、200、400、800、1600、3200、4200KPa，此時垂直加載裝置3的最小額定加載能力為15噸。水平加載裝置2和垂直加載裝置3都可以使用最小額定加載能力為15噸的千斤頂。垂直加載裝置3的強度要能夠達到為最大尺寸試樣壓縮試驗提供4. 2MPa的垂向壓力。按照規(guī)范，本實施例所述的雙面剪切儀可實現(xiàn)最大粒徑2. 5cm的粗粒土的直接剪切。
權(quán)利要求1.組裝式變尺寸雙面剪切儀，包括反力架(I)、試樣盒(4)和與反力架(I)連接并設(shè)置在反力架(I)與試樣盒(4)之間的水平加載裝置(2)、垂直加載裝置(3)，所述試樣盒(4)包括上剪切盒(41)、下剪切盒(42)和設(shè)置在上剪切盒(41)和下剪切盒(42)之間的中間剪切層(43)，中間剪切層(43)和上剪切盒(41)、下剪切盒(42)之間分別設(shè)置有滾動支撐(51、52)，其特征是所述上剪切盒(41)、下剪切盒(42)、中間剪切層(43)均采用組裝式變尺寸試樣盒套件，所述組裝式變尺寸試樣盒套件由至少兩套可相互層疊連接的試樣盒剛性組件(40)組成，每一套試樣盒剛性組件(40)包括至少兩個相互嵌套的裝樣環(huán)(400)，各相鄰兩個裝樣環(huán)(400)中，位于內(nèi)側(cè)的裝樣環(huán)(400)的外緣與位于外側(cè)的裝樣環(huán)(400)的內(nèi)緣相貼合，位于內(nèi)側(cè)的裝樣環(huán)(400)被位于外側(cè)的裝樣環(huán)(400)軸向單向限位；組成組裝式變尺寸試樣盒套件的其中一套試樣盒剛性組件(40)中最外側(cè)的裝樣環(huán)(401)上設(shè)置有滾動支撐匹配結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求I所述的組裝式變尺寸雙面剪切儀，其特征是所述各相鄰兩個裝樣環(huán)(400)中，位于內(nèi)側(cè)的裝樣環(huán)(400)外緣設(shè)置有定位止口(402)，位于外側(cè)的裝樣環(huán)(400)內(nèi)緣設(shè)置有與對應(yīng)定位止口(402)相應(yīng)的定位槽(403)。
3.如權(quán)利要求2所述的組裝式變尺寸雙面剪切儀，其特征是所述的試樣盒剛性組件(40)還包括一組與定位槽匹配的填補件(404)。
4.如權(quán)利要求2所述的組裝式變尺寸雙面剪切儀，其特征是所述各裝樣環(huán)(400)的定位止口(402)和/或定位槽(403)有四個，并呈中心對稱布置。
5.如權(quán)利要求I 4中任意一項權(quán)利要求所述的組裝式變尺寸雙面剪切儀，其特征是所述其中一套試樣盒剛性組件(40)的各個裝樣環(huán)(400)上都開設(shè)有排水槽(406)，當(dāng)各裝樣環(huán)(400)以設(shè)定方式嵌套時，各個裝樣環(huán)(400)上的排水槽(406)組成通槽，否則其中至少有兩個相鄰的裝樣環(huán)(400)上的排水槽(406)相互錯開。
6.如權(quán)利要求I 4中任意一項權(quán)利要求所述的組裝式變尺寸雙面剪切儀，其特征是所述設(shè)置有滾動支撐匹配結(jié)構(gòu)的裝樣環(huán)(401)的外緣呈正方形，且外緣上設(shè)置有兩個固定耳(407)。
7.如權(quán)利要求I 4中任意一項權(quán)利要求所述的組裝式變尺寸雙面剪切儀，其特征是所述壓縮儀還包括一組傳力板￠)，該組傳力板(6)中的各塊板分別與試樣盒剛性組件(40)中的不同裝樣環(huán)(400)的內(nèi)緣相匹配，傳力板￠)的中心位置設(shè)置有與垂直加載裝置匹配的沉孔(61)。
8.如權(quán)利要求7所述的組裝式變尺寸雙面剪切儀，其特征是所述傳力板(6)為布設(shè)有透水孔￠2)的透水板。
9.如權(quán)利要求I 4中任意一項權(quán)利要求所述的組裝式變尺寸雙面剪切儀，其特征是所述反力架⑴包括底板(11)、垂向反力板(13)、水平反力柱(14)和四根矩形分布的立柱(12)，立柱(12)和水平反力柱(14)均為絲桿，底板(11)和垂向反力板(13)相互平行且與各立柱(12)垂直并通過螺母(16)固定在各立柱(12)上，在水平反力柱(14)上螺紋連接有水平反力座(15)，水平加載裝置(2)的固定端與水平反力座(15)相接觸。
專利摘要本實用新型公開了一種用于進行多種可變尺寸巖土試樣的直剪試驗的組裝式變尺寸雙面剪切儀，其上、下剪切盒、中間剪切層均采用由可相互層疊連接的試樣盒剛性組件組成的組裝式變尺寸試樣盒套件，每套試樣盒剛性組件包括多個相互嵌套的裝樣環(huán)，內(nèi)側(cè)裝樣環(huán)被外側(cè)裝樣環(huán)軸向單向限位；分別組成上、下剪切盒的剛性組件各自錨固在一起，上、下剪切盒中各有一套剛性組件最外側(cè)裝樣環(huán)上設(shè)置滾動支撐匹配結(jié)構(gòu)，位于下剪切盒底部的各個裝樣環(huán)上都開設(shè)有排水槽，并可根據(jù)試驗要求關(guān)閉排水功能。其可進行土樣與軟巖的雙剪切面直剪試驗，亦可進行硬巖的無側(cè)限單軸壓縮試驗，儀器操作簡單，便于維護，可拆卸，環(huán)境適應(yīng)性好，適合于室內(nèi)外巖土直剪壓縮試驗中使用。
文檔編號G01N3/08GK202383029SQ20112051619
公開日2012年8月15日 申請日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月12日
發(fā)明者符文熹, 鄭星 申請人:四川大學(xué)