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原文传递一种岩土体直接剪切试验装置及方法

专利名称：	一种岩土体直接剪切试验装置及方法
摘要：	本发明涉及一种岩土体直接剪切试验装置及方法，属于岩土工程领域。该装置包括剪切盒上下盘系统，而剪切盒上下盘系统包括剪切盒上下盘、剪切盒上盘顶面测位装置、剪切盒上下盘侧面测位装置和剪切盒下盘底面托盘；其中，剪切盒上下盘包括上下盘主体框架、上下盘活动型钢板、上下盘凹槽充填钢片、上盘“U型”把手、上下盘透明钢化玻璃和上下盘PVC塑料板，剪切盒上盘顶面测位装置包括位移测量平台、带孔钢块和顶面位移计固定钢杆，剪切盒上下盘侧面测位装置为侧面位移计固定钢杆，而剪切盒下盘底面托盘包括托盘方形钢板和托盘“U型”把手。采用本发明的装置及方法可与现有设备无障碍配套使用，具有可视化、活动型、结构紧凑、体积小设计优点。
专利类型：	发明专利
申请人：	重庆大学
发明人：	刘新荣;景瑞;韩亚峰;尹志明;邓志云;许彬;黄俊辉;曾夕;肖宇;蔺广义;周小涵;王继文;缪露莉
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
申请号：	CN201911349163.X
公开号：	CN111060410A
代理机构：	北京同恒源知识产权代理有限公司
代理人：	赵荣之
分类号：	G01N3/24;G01N3/02;G01N3/06;G;G01;G01N;G01N3;G01N3/24;G01N3/02;G01N3/06
申请人地址：	400044 重庆市沙坪坝区沙坪坝正街174号
主权项：	1.一种岩土体直接剪切试验装置，其特征在于：包括剪切盒上盘系统C1和剪切盒下盘系统C2，其中，剪切盒上盘系统C1由剪切盒上盘、剪切盒上盘顶面测位装置和剪切盒上盘侧面测位装置组合而成，剪切盒下盘系统C2则由剪切盒下盘、剪切盒下盘底面托盘和剪切盒下盘侧面测位装置组合而成；所述剪切盒上下盘是由高抗压强度的钢板、透明钢化玻璃和PVC塑料板通过焊接和镶嵌组合而成的可视化活动型内空长方体框架结构，长方体框架结构上下为敞口；包括上下盘主体框架C8和C13、上下盘活动型钢板C3和C9、上下盘凹槽充填钢片C4和C10、上盘“U型”把手C5、上下盘透明钢化玻璃C6和C11和上下盘PVC塑料板C7和C12。 2.根据权利要求1所述的一种岩土体直接剪切试验装置，其特征在于：所述上下盘主体框架C8和C13均由高抗压强度的钢板通过焊接组合而成，外框几何尺寸固定不变，内框宽度可调节；带有可用于镶嵌上下盘活动型钢板C3和C9、上下盘凹槽充填钢片C4和C10、上下盘透明钢化玻璃C6和C11以及上下盘PVC塑料板C7和C12的预制凹型槽和“U型”窗口，且上盘主体框架C8相较于下盘主体框架C13多焊接了一个上盘“U型”把手C5；所述上下盘活动型钢板C3和C9是镶嵌在剪切盒上下盘左右侧内表面预制凹型槽内的可移动型钢制构件，能够通过移动上下盘活动型钢板C3和C9快速简单地调整岩土体剪切面几何尺寸；所述上下盘凹槽充填钢片C4和C10是用于充填剪切盒上下盘左右侧内表面除上下盘活动型钢板C和C9镶嵌外的其他空留预制凹型槽的钢制构件。 3.根据权利要求1所述的一种岩土体直接剪切试验装置，其特征在于：所述上盘“U型”把手C5是焊接在剪切盒上盘顶面前后侧的钢制构件，用于使剪切盒上下盘沿其接触面快速分离，且更易于对其进行取放和搬运；所述上下盘透明钢化玻璃C6和C11是镶嵌在剪切盒上下盘前侧预制“倒U型”窗口内的可视化活动型透明构件，且须采用胶结性极强的胶水使上下盘透明钢化玻璃C6和C11与“倒U型”窗口表面紧密地粘结成一体。 4.根据权利要求1所述的一种岩土体直接剪切试验装置，其特征在于：所述上下盘PVC塑料板C7和C12是镶嵌在剪切盒上下盘左右侧外表面预制凹型槽内的胶质构件，须采用胶结性极强的胶水使上下盘PVC塑料板C7和C12与凹型槽表面紧密地粘结成一体，且上下盘PVC塑料板C7和C12平面几何尺寸须与剪切盒上下盘内部侧向断面几何尺寸一致，用于试验机施加剪切荷载时能将荷载有效地均匀传递给受剪岩土体。 5.根据权利要求1所述的一种岩土体直接剪切试验装置，其特征在于：所述剪切盒上盘顶面测位装置是安置于剪切盒上盘顶面外部空间的钢制构件，包括位移测量平台C16、带孔钢块C15和顶面位移计固定钢杆C14；所述位移测量平台C16是通过端头螺纹安装在带孔钢块前后侧螺栓孔以用于给位移计提供稳定测量平台的钢制构件；所述带孔钢块C15是前后侧有预制螺栓孔以用于安装位移测量平台C16的活动型钢制构件，其宽度几何尺寸可调节且底面几何尺寸(配合上盘活动型钢板及时拆装更换)须与剪切盒上盘内部顶面几何尺寸一致，且不与剪切盒上盘接触，而须与其内部填筑成型的岩土体顶面保持紧密、水平接触；所述顶面位移计固定钢杆C14是通过端头磁性座固定于试验机顶部框架上以用于固定位移计的可伸缩型钢制构件。 6.根据权利要求1所述的一种岩土体直接剪切试验装置，其特征在于：所述剪切盒上下盘侧面测位装置是安置于剪切盒上下盘侧面外部空间且通过端头磁性座固定于试验机侧部框架上以用于固定位移计的可伸缩型钢制构件，即侧面位移计固定钢杆C17；所述剪切盒下盘底面托盘是安置于剪切盒下盘底面的钢制构件，其包括托盘方形钢板C18和托盘“U型”把手C19，在托盘方形钢板C18前后侧各焊接一个托盘“U型”把手C19用于对剪切盒上下盘进行搬运，托盘方形钢板C18用于防止剪切盒下盘内部岩土体洒落。 7.基于权利要求1～6任一项所述装置的岩土体直接剪切试验方法，其特征在于：该方法包括以下步骤： (1)试验前期准备； (2)组装剪切盒上下盘：首先将剪切盒下盘底面托盘放置于试验桌面平台，然后将剪切盒下盘放置于托盘方形钢板表面正中位置，最后将剪切盒上盘对称放置于剪切盒下盘顶面并使两者四周对齐；应在剪切盒上下盘接触面及托盘方形钢板和剪切盒下盘接触面涂抹足够多的润滑剂，且最终安装完成的剪切盒上下盘竖向须与试验机轴向荷载施加刚性头对中，而横向则须与试验机切向荷载施加刚性头对中； (3)填筑岩土体； (4)通过托盘“U型”把手将剪切盒上下盘连同内部岩土体一并搬运至试验机主体结构内部可移动垫层顶面正中位置，轻微地调整可移动垫层位置，并时刻观察剪切盒上盘顶面和上盘PVC塑料板及下盘PVC塑料板与试验机轴向和切向荷载施加刚性头之间的距离，及时确定是否进一步额外安装一定厚度的刚性头或钢片垫层，以使剪切盒上下盘所在位置能完全满足试验机轴向和切向最大加载行程； (5)安装测位装置； (6)在剪切盒上下盘正前方空留场地平面架设两台高精度摄像机，以用于透过上下盘透明钢化玻璃实时地监测岩土体剪切损伤破坏演化过程； (7)打开电源，启动试验荷载施加、数据采集和计算机系统及高精度摄像机控制程序，设置轴向和切向加载参数及高精度摄像机拍摄时间间隔和影像色别程序命令和参数；确保试验过程中各系统设备均处于通电状态，待各项参数设置完成后，开展岩土体直接剪切试验； (8)每一试验工况结束后，即刻停止加载，将轴向和切向荷载施加刚性头退回至初始位置状态，随后拆卸侧位架；将剪切盒上下盘连同内部岩土体与可移动垫层一并移动至试验机主体结构外部，随后将剪切盒上下盘连同内部岩土体一并从可移动垫层顶面取下；通过上盘“U型”把手将剪切盒上盘取出，进一步直观地观察、监测和记录岩土体剪切损伤破坏特征，随后将岩土体全部取出并清洁剪切盒待后续试验工况使用； (9)所有试验工况结束后，及时保存和拷贝荷载、位移数据及照片、视频试验资料，关闭试验机和高精度摄像机，断开电源，拆卸剪切盒装置系统，清洁试验场地。 8.根据权利要求7所述的一种岩土体直接剪切试验方法，其特征在于：所述步骤(1)具体步骤如下： (1.1)基于试验背景，赴现场取样，将其规范包装后安全运输至实验室并置于干燥阴凉环境下存放以防止原样变质； (1.2)采用特定机械设备对原样进行取芯、切割、打磨或重塑制备加工工序以形成试验所需的标准试样； (1.3)针对标准试样开展室内常规物理力学特性试验以获取其基本物理力学参数； (1.4)确定具体试验工况和加载方案； (1.5)确定荷载施加系统、数据采集系统、计算机系统和摄像机型号，并以自主设计的直接剪切试验装置与之配套使用。 9.根据权利要求7所述的一种岩土体直接剪切试验方法，其特征在于：所述步骤(3)具体步骤如下： (3.1)对于硬岩互层组合试样，将试样平稳地放置于剪切盒上下盘内部，并确保透过上下盘透明钢化玻璃观察到试样剪切结构面； (3.2)对于软硬岩互层组合试样，直接将硬岩试样平稳地放置于剪切盒上下盘内部，而软岩试样则需通过对取自现场的原样进行重塑，随后将其分层压实填筑于剪切盒上下盘内部，同样须确保透过上下盘透明钢化玻璃观察到试样剪切结构面。 10.根据权利要求7所述的一种岩土体直接剪切试验方法，其特征在于：所述步骤(5)具体步骤如下： (5.1)安装剪切盒上盘顶面测位装置，首先将顶面位移计固定钢杆通过端头磁性座固定于试验机顶部框架上，前后侧各安装一个，然后将位移测量平台通过端头螺纹安装于带孔钢块前后侧螺孔中，随后将位移计安装在顶面位移计固定钢杆上并使位移计指针尖端与位移测量平台C16保持接触，最后将带孔钢块安置于剪切盒上盘内部顶面且确保两者不接触； (5.2)安装剪切盒上下盘侧面测位装置，先将侧面位移计固定钢杆通过端头磁性座固定于试验机侧部框架上，左右侧各安装一个，后将位移计安装在侧面位移计固定钢杆上并使位移计指针尖端与剪切盒上下盘侧面保持接触； (5.3)应确保带孔钢块、剪切盒上下盘、剪切盒下盘底面托盘、可移动垫层和试验机轴向荷载施加刚性头竖向对中，且位移计量程足够大、测量过程中不任意触碰位移计，而轴向和切向荷载通过试验机自带系统进行测量和采集。
所属类别：	发明专利