一種粗粒土直剪試驗(yàn)可視化剪切裝樣盒的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種粗粒土直剪試驗(yàn)可視化剪切裝樣盒，包括上剪切盒、下剪切盒、承壓板及用于傳遞壓力和剪力的剛性組件A和剛性組件B，所述上剪切盒與下剪切盒通過固定銷釘串接固定在一起，所述承壓板安裝在上剪切盒上方，所述剛性組件A設(shè)置在承壓板上面，剛性組件B設(shè)置在上剪切盒側(cè)面，所述上剪切盒與下剪切盒之間還設(shè)置有泡沫墊圈和限位鋼珠，所述上剪切盒及下剪切盒均由完全透明的鋼化玻璃制成，在上剪切盒及下剪切盒內(nèi)部側(cè)壁上均貼有標(biāo)識條帶。采用本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)直接觀測粗粒土顆粒的受力情況，通過觀察顆粒運(yùn)動及土體變形，能更加深刻的了解土體剪切破壞情況及理解直剪試驗(yàn)的原理，從而更好地理解土體的受力情況及剪切帶的發(fā)育過程。
【專利說明】一種粗粒土直剪試驗(yàn)可視化剪切裝樣盒
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于巖土工程【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種粗粒土直剪試驗(yàn)裝置，具體是涉及一種粗粒土直剪試驗(yàn)可視化剪切裝樣盒。
【背景技術(shù)】
[0002]在巖土工程領(lǐng)域，粗粒土作為一種常見的建筑及工程材料，其應(yīng)用相當(dāng)廣泛，主要擔(dān)負(fù)抗剪抗滑等工程作用。粗粒土普遍的具有顆粒粒徑不均勻、顆粒間粘結(jié)力小、單個(gè)顆粒強(qiáng)度大、抗剪強(qiáng)度高、承載力大、壓縮性小等特點(diǎn)。為獲取粗粒土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)，一般需通過直剪試驗(yàn)或三軸試驗(yàn)得出。然而，傳統(tǒng)的直剪試驗(yàn)只能得出土體的強(qiáng)度參數(shù)，而無法探究粗粒土顆粒在受剪時(shí)的受力狀態(tài)，為了測出粗粒土顆粒在受剪時(shí)的受力狀態(tài)，減小隨剪切位移的發(fā)生而產(chǎn)生的剪切面中心位移，達(dá)到真實(shí)反映巖土實(shí)際抗剪特性，目前通常是采用粗粒土直剪儀器進(jìn)行試驗(yàn)，現(xiàn)有的粗粒土直剪儀器種類繁多，但是這些粗粒土直剪儀器在直剪試驗(yàn)中均難以觀察到土顆粒的運(yùn)動變形過程。
[0003]如申請?zhí)枮?00320114794.1的中國實(shí)用新型專利就公開了一種粗粒土直剪儀，它包括底座、下剪盒、上剪盒、傳壓板、滾動支撐架、和安裝的橫梁上的垂直加載裝置，所述傳壓板與上剪盒之間設(shè)置有上滾軸排，下剪盒與上剪盒分別與加載力的方向相反的水平加載裝置連接。下剪盒和上剪盒均為活動的，通過水平加載裝置施加在下剪盒和上剪盒上的方向相反的水平加載力，下剪盒和上剪盒做相反方向的移動，保證了試驗(yàn)過程中垂直載荷始終不偏心，即鎖定了剪切面中心位置。該技術(shù)方案雖然試驗(yàn)的基本條件和理論要求的庫倫抗剪強(qiáng)度定力的條件一致，使試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生的失真和誤差均較小，直剪試驗(yàn)可以比較真實(shí)的反映巖、土的實(shí)際抗剪特性。但是粗粒土在直剪試驗(yàn)中，其剪切面附近上下剪切盒中的顆粒會因受力而運(yùn)動，從而是土體發(fā)生變形，所有翻滾運(yùn)動的顆粒形成一個(gè)變形區(qū)域，此區(qū)域即所謂的剪切帶。采用上述技術(shù)方案所述粗粒土直剪儀無法直觀觀察到土顆粒的運(yùn)動變形過程，不能更好的理解土體的受力情況及剪切帶的發(fā)育過程，也即土體的剪切破壞過程。因此，如何研制一種可視化剪切裝置來實(shí)現(xiàn)上述目的，并用于進(jìn)行粗粒土顆粒粒徑對直剪試驗(yàn)中剪切帶寬度影響的研究，是目前亟待解決的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種粗粒土直剪試驗(yàn)可視化剪切裝樣盒。通過該剪切裝樣盒可以使得直剪試驗(yàn)中土顆粒的受剪過程直觀的展現(xiàn)出來，從而更好地理解土體的受力情況及剪切帶的發(fā)育過程。
[0005]本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的。
[0006]一種粗粒土直剪試驗(yàn)可視化剪切裝樣盒，包括上剪切盒、下剪切盒、承壓板及用于傳遞壓力和剪力的剛性組件A和剛性組件B，所述上剪切盒與下剪切盒通過固定銷釘串接固定在一起，所述承壓板安裝在上剪切盒上方，所述剛性組件A設(shè)置在承壓板上面，剛性組件B設(shè)置在上剪切盒側(cè)面，所述上剪切盒與下剪切盒之間還設(shè)置有泡沫墊圈和限位鋼珠，所述上剪切盒及下剪切盒均由完全透明的鋼化玻璃制成。
[0007]所述上剪切盒及下剪切盒內(nèi)部側(cè)壁上均貼有標(biāo)識條帶。以標(biāo)識粗粒土顆粒運(yùn)動變形狀態(tài)及剪切破壞帶發(fā)育情況，標(biāo)識條帶為一種輕薄的泡沫窄條帶，其中一面有粘性，直接粘貼于剪切盒內(nèi)部側(cè)壁。
[0008]所述上剪切盒及下剪切盒的橫斷面為內(nèi)邊長500mmX500mm的正方形。其高度可以調(diào)整以適應(yīng)不同粒徑大小的粗粒土顆粒。
[0009]所述上剪切盒和下剪切盒的形狀和大小相同，且在上剪切盒的下端和下剪切盒的上端設(shè)置有用于容納限位鋼珠的鋼珠槽。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明所述的剪切裝樣盒，可以實(shí)現(xiàn)直接觀測粗粒土顆粒的受力情況，通過觀察顆粒運(yùn)動及土體變形，能更加深刻的了解土體剪切破壞情況及理解直剪試驗(yàn)的原理。本發(fā)明可以適用于顆粒較大的粗粒土直剪試驗(yàn)，其尺寸可隨意調(diào)整，可制成室內(nèi)大型粗粒土直剪試驗(yàn)500mmX 500mm的直剪儀尺寸，滿足最大粒徑為60mm的粗粒土試樣進(jìn)行試驗(yàn)。
[0012]本發(fā)明由于采用完全透明的鋼化玻璃制成剪切盒，用于在粗粒土直剪試驗(yàn)中放置土樣。在裝樣前，將下剪切盒與加壓系統(tǒng)的下底板固定，上、下剪切盒通過銷釘固定在一起，待裝樣完畢后拔去銷釘，開始試驗(yàn)。在試樣剪切過程中，完全透明的剪切盒可以直接觀察剪切盒子內(nèi)部粗粒土顆粒的受力狀態(tài)及土體運(yùn)動變形情況；同時(shí)，通過設(shè)置在剪切盒內(nèi)部側(cè)壁的標(biāo)識條帶，可以更加清晰地展示土體的剪切破壞帶的發(fā)育情況。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、制作及操作容易，可方便地用于實(shí)際生產(chǎn)，并可用于科研，如研究不同顆粒大小的粗粒土對直剪試驗(yàn)中剪切帶的發(fā)育寬度的影響等，可在巖土工程【技術(shù)領(lǐng)域】廣泛推廣應(yīng)用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為圖1的A-A向剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖3為本發(fā)明中泡沫墊圈的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖中:1-上剪切盒，2-下剪切盒，3-承壓板，4-泡沫墊圈，5-限位鋼珠，6_剛性組件A, 7-剛性組件B, 8-底板，9-標(biāo)識條帶，10-固定銷釘，11-銷釘孔，12-鋼珠槽。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但要求保護(hù)的范圍并不局限于所述。
[0018]如圖1至圖3所示，本發(fā)明所述的一種粗粒土直剪試驗(yàn)可視化剪切裝樣盒，包括上剪切盒I及下剪切盒2，所述下剪切盒2與反力系統(tǒng)的底板8固定在一起，上剪切盒I與下剪切盒2通過固定銷釘10串接固定在一起，所述上剪切盒I上面設(shè)置有承壓板3，在承壓板3上方設(shè)置有剛性組件A6，在上剪切盒I側(cè)面設(shè)置有剛性組件B7，在剪切試驗(yàn)中，裝樣完畢后壓力通過剛性組件A6施加在承壓板3上，剪力通過剛性組件B7施加在上剪切盒I的側(cè)面。所述上剪切盒I與下剪切盒2之間還設(shè)置有泡沫墊圈4和限位鋼珠5。所述泡沫墊圈4制作成正方形結(jié)構(gòu)，其大小和形狀與上剪切盒I和下剪切盒2相匹配，在上剪切盒I與下剪切盒2之間采用泡沫墊圈4填塞，是為了防止試樣擠出或?yàn)⒙?，限位鋼?的作用是形成剪切開縫并限制剪切方向。在試驗(yàn)前，將泡沫墊圈4安放在下剪切盒2內(nèi)壁邊緣上并進(jìn)行簡易固定；待裝樣完畢后即可開始試驗(yàn)。
[0019]所述上剪切盒I及下剪切盒2內(nèi)部側(cè)壁上均貼有標(biāo)識條帶9。以便于標(biāo)識粗粒土顆粒運(yùn)動變形狀態(tài)及剪切破壞帶發(fā)育情況。標(biāo)識條帶9為一種輕薄的泡沫窄條帶，其中一面有粘性，直接粘貼于剪切盒內(nèi)部側(cè)壁上。在粘貼時(shí)，確保上剪切盒I上的標(biāo)識條帶9與下剪切盒2上的標(biāo)識條帶9處于同一條直線上。
[0020]所述上剪切盒I及下剪切盒2均由透明的鋼化玻璃制成，其斷面形狀為內(nèi)邊長500mmX500mm的正方形。其高度可以調(diào)整，以適應(yīng)不同粒徑大小的粗粒土顆粒；其剛度可根據(jù)試驗(yàn)規(guī)程中關(guān)于土料最大粒徑和最小試樣高度的規(guī)定選取。
[0021]所述上剪切盒I和下剪切盒2的形狀和大小相同，且在上剪切盒I的下端和下剪切盒2的上端設(shè)置有用于容納限位鋼珠5的鋼珠槽12。安裝時(shí)，將上剪切盒I刻有鋼珠槽12的一面朝下反扣在下剪切盒2上，以使上剪切盒I能順利地沿刻有鋼珠槽12的方向運(yùn)動。將四根固定銷釘10插入銷釘孔11以固定住上剪切盒I和下剪切盒2的相對位置，即可進(jìn)行試樣裝填。
[0022]下面結(jié)合說明附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的應(yīng)用:
[0023]如圖1、圖2所示，本發(fā)明在制作時(shí)，首先利用強(qiáng)度和剛度都很大的鋼化玻璃制作成透明的上剪切盒I和下剪切盒2，其形狀均為正方形，邊長可定為500mmX 500mm，其剛度可根據(jù)試驗(yàn)規(guī)程中關(guān)于土料最大粒徑和最小試樣高度的規(guī)定選取。
[0024]為方便起見，事先在上剪切板I和下剪切盒2的內(nèi)部側(cè)壁粘貼起標(biāo)識顆粒運(yùn)動及土體變形的標(biāo)識條帶9。標(biāo)識條帶9的數(shù)目根據(jù)剪切盒的尺寸而定，若剪切盒尺寸為邊長500mmX 500mm,則標(biāo)識條帶9的間距為50mm,標(biāo)識條帶9長度與剪切盒的高度相同。
[0025]將下剪切盒2與反力系統(tǒng)的底板8固定起來，同時(shí)在下剪切盒2的鋼珠槽12內(nèi)放置適宜數(shù)目的限位鋼珠5，以起到形成剪切開縫并限制剪切方向的作用。將泡沫墊圈安放在下剪切盒2內(nèi)壁邊緣并進(jìn)行簡易固定。然后將上剪切盒I刻有鋼珠槽的一面朝下反扣在下剪切盒2上，以使上剪切盒I能順利地沿刻有鋼珠槽12方向運(yùn)動。將四根固定銷釘10插入銷釘孔11以固定住上剪切盒I和下剪切盒I的相對位置，即可進(jìn)行試樣裝填。
[0026]在本發(fā)明中，壓力的剪力通過外部反力系統(tǒng)進(jìn)行施加，剪切過程與一般粗粒土直剪試驗(yàn)相同。在粗粒土試樣受剪過程中，剪切面附近的土顆粒由于受力而發(fā)生運(yùn)動，包括平移和旋轉(zhuǎn)，不斷調(diào)整自身位置及顆粒定向排列。粗粒土顆粒本身強(qiáng)度較大，在剪切過程中還會發(fā)生顆粒斷裂現(xiàn)象。這一切現(xiàn)象都可以通過本發(fā)明中完全透明的上剪切盒和下剪切盒直觀的觀察到，這是普通直剪試驗(yàn)剪切盒所不能做到的。粗粒土試樣在剪切過程中，受剪力所影響的顆粒運(yùn)動從而使剪切面附近的土體形成一個(gè)剪切條帶，該條帶不斷發(fā)育即形成了土體剪切破壞。顆粒運(yùn)動可以帶動標(biāo)識條帶9的變形，剪切條帶的發(fā)育過程可以通過標(biāo)識條帶9的變形而直觀的展示出來；本技術(shù)方案中還可以通過測量標(biāo)識條帶9的變形，從而得到剪切帶的發(fā)育寬度，這對于進(jìn)行關(guān)于粗粒土顆粒粒徑對剪切帶寬度影響等方面的科研具有應(yīng)用價(jià)值。
【權(quán)利要求】
1.一種粗粒土直剪試驗(yàn)可視化剪切裝樣盒，包括上剪切盒(I)、下剪切盒(2)、承壓板(3)及用于傳遞壓力和剪力的剛性組件A (6)和剛性組件B (7)，所述上剪切盒(I)與下剪切盒(2)通過固定銷釘(10)串接固定在一起，所述承壓板(3)安裝在上剪切盒(I)上方，所述剛性組件A (6)設(shè)置在承壓板(3)上面，剛性組件B (7)設(shè)置在上剪切盒(I)側(cè)面，其特征在于:所述上剪切盒(I)與下剪切盒(2)之間還設(shè)置有泡沫墊圈(4)和限位鋼珠(5)，所述上剪切盒(I)及下剪切盒(2 )均由完全透明的鋼化玻璃制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粗粒土直剪試驗(yàn)可視化剪切裝樣盒，其特征在于:所述上剪切盒(I)及下剪切盒(2 )內(nèi)部側(cè)壁上均貼有標(biāo)識條帶(9 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種粗粒土直剪試驗(yàn)可視化剪切裝樣盒，其特征在于:所述上剪切盒(I)及下剪切盒(2)的橫斷面為內(nèi)邊長500mmX500mm的正方形。
【文檔編號】G01N3/24GK103852371SQ201410089816
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月12日
【發(fā)明者】鄭星, 敖大華, 符文熹, 張勝 申請人:中國水電顧問集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司