[发明专利]一种原位直剪仪及其检测方法

说明书

本发明提供了一种原位直剪仪及其检测方法，包括开口相对的上剪切盒和下剪切盒、与所述下剪切盒纵向一侧连接的平衡槽、设于所述平衡槽内且两端分别与所述平衡槽端壁和上剪切盒壁相抵的施力组件；所述上、下剪切盒横向的侧壁通过用于限制二者横向发生相对位移的直线导轨机构连接。通过直线导轨连接放置试样的上剪切盒和下剪切盒，一方面实现了对上剪切盒和下剪切盒非剪切方向位移和转动的约束，即能够约束上剪切盒和下剪切盒的垂直分离和旋转；另一方面保障了剪切位移方向的无阻力滑动；实现了上剪切盒和下剪切盒的竖向荷载自平衡。

技术领域

本发明涉及一种原位直剪仪，具体涉及一种原位直剪仪及其检测方法。

背景技术

摩尔-库仑强度理论是地基基础稳定性验算或承载计算的常用强度准则，根据摩尔-库仑强度理论：剪切破裂面上，材料的抗剪强度是法向应力的单值函数τ＝f(φ)；在一定应力范围内，抗剪强度可用线性函数近似τ＝c+σtanφ表示；岩土单元中，任何一个面上的剪应力大于该面上土体的抗剪强度时，土单元体即发生剪切破坏，可以用摩尔—库伦理论的破坏准则表示。抗剪强度是指岩土体抵抗剪切破坏的极限强度，包括黏聚力c和内摩擦角φ两个参数。

岩土材料的抗剪强度参数可通过直剪试验测定，常通过室内直剪试验或原位直剪试验测量，所用仪器分别称为室内直剪仪和原位直剪仪。原位直剪试验是在保持试验土体既有结构、密度、湿度等条件不受扰动的条件下，在工程建设场地开展的剪切试验。由于原位直剪试验保持了试验土体的原位状态，因此原位直剪试验数据更准确、可信。但现有原位直剪仪存在如下问题：

(1)竖向荷载偏心

在现有的千斤顶施加竖向荷载σ的结构型式下，虽然通过在其与试样间增加滚动支座消除/削弱了二者之间的摩阻力偶，但是随着试样剪切位移的增加，试样与竖向加载千斤顶之间也会产生相对位移，这种位移会导致千斤顶对试样的作用力的作用线偏离试样竖向轴心，对试样顶面产生附加弯矩，且该附加弯矩的大小随着试样与竖向加载千斤顶相对位移的增加而增加。附加弯矩的产生，试样条件的改变，必会影响检测结果。

(2)刚性加载导致应力集中

在现有的千斤顶施加竖向荷载σ的结构型式下，在竖向加载千斤顶与试样间存在起减阻和传递荷载作用的刚性承压板。根据土力学原理，一块刚性板作用在弹性体上时在二者界面会产生马鞍型地基反力，这与理想的均匀竖向力要求不符的。

(3)机械加载竖向尺寸偏大

在已有的千斤顶施加竖向荷载σ的结构型式下，其竖向加载结构的型式自上而下依次为配重或竖向反力框架、竖向加载千斤顶、刚性承压板、试样，这种模式下将导致竖向加载结构的尺寸偏大，不利于竖向结构的稳定性。

(4)斜向加载时力分量与荷载倾角不成比例

岩土体抗剪强度参数的检测中存在斜向加载结构，尤其是岩石地基。斜向加载结构的原理即为通过调节斜向荷载作用线的倾角，改变其竖向荷载分量与水平剪切分量的大小。但是由于试样的竖向抗压刚度和水平剪切刚度不尽相同，导致斜向荷载的竖向和水平分量与荷载倾角不成比例，影响试验结果的准确性。

发明内容

针对现有技术的不足，本申请提供了一种原位直剪仪及其检测方法；一方面，通过直线导轨机构实现了对上剪切盒和下剪切盒非剪切方向位移和转动的约束；另一方面，通过在土样顶面与上剪切盒上底间布置液压囊，实现了对土样的柔性加载，优化了竖向加载结构和尺寸。

本发明的目的是通过下述技术方案进行实现的：

本发明提供了一种原位直剪仪，包括开口相对的上剪切盒和下剪切盒、与所述下剪切盒纵向一侧连接的平衡槽、设于所述平衡槽内且两端分别与所述平衡槽端壁和上剪切盒壁相抵的施力组件；所述上、下剪切盒横向的侧壁通过用于限制二者横向发生相对位移的直线导轨机构连接。