[发明专利]一种应变控制式现场直剪试验设备及方法

说明书

本发明公开了一种应变控制式现场直剪试验设备及方法，包括应力转向装置、法向应力施加装置、剪切装置、垂直推力施加装置、位移传感器、拉压力传感器和传力柱。其中，法向应力施加装置、剪切装置和垂直推力施加装置位于应力转向装置的下方，法向应力施加装置设置在剪切装置的顶部，位移传感器与应力转向装置啮合，拉压力传感器分别与位移传感器和传力柱连接，传力柱与剪切装置刚性连接。本发明可进行大变形现场直剪试验、残余变形剪切试验、反复剪切试验、不同剪切速率的剪切试验；并且能够使试验结果更加准确。

技术领域

本发明涉及岩土试验测试技术领域，具体涉及一种应变控制式现场直剪试验设备及方法。

背景技术

在基建工程中，岩土工程问题是整个工程的关键研究内容。常见的岩土工程中，边坡失稳、地基失稳等问题都是由于岩土体剪切破坏产生的，因此，对于岩土稳定性计算来说，较为准确的抗剪强度参数尤为重要。

相比室内抗剪强度试验，现场实现更能符合现场的实际情况。但是，现场直剪试验耗时较长且需占用一定的场地，并且，现有的现场直剪设备均为应力控制式直剪设备，无法进行大变形现场直剪试验、残余变形剪切试验、反复剪切试验、不同剪切速率的剪切试验等现场试验内容。

此外，现有的现场直剪试验设备中，法向反力通常采用搭设平板架上部堆载，水平反力通常依靠后部土体提供。因此，在剪切过程中，由于后部土体容易发生形变，导致水平推力系统移动，以致水平推力的方向随之发生改变，最终导致现场直剪试验得到的抗剪强度参数值与真实值存在差异。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有的现场直剪试验设备及方法无法进行大变形现场直剪试验、残余变形剪切试验、反复剪切试验、不同剪切速率的剪切试验，且很难得到准确的抗剪强度参数。目的在于，提供一种应变控制式现场直剪试验设备及方法，解决现有的现场直剪试验设备及方法存在的缺陷。

本发明通过下述技术方案实现：

一种应变控制式现场直剪试验设备，包括应力转向装置、法向应力施加装置、剪切装置、垂直推力施加装置、位移传感器、拉压力传感器和传力柱。其中，法向应力施加装置、剪切装置和垂直推力施加装置位于应力转向装置的下方，法向应力施加装置设置在剪切装置的顶部，位移传感器与应力转向装置啮合，拉压力传感器分别与位移传感器和传力柱连接，传力柱与剪切装置刚性连接。

与现有技术相比，本发明一种应变控制式现场直剪试验设备，其发明点在于：区别于现有的现场直剪设备均为应力控制式（即施加一次向下的法向反作用力，相应地依靠土体产生一次水平的反向作用力），本发明通过应力转向装置、垂直推力施加装置、位移传感器、拉压力传感器和传力柱的共同作用，将应力转向装置上方的堆载产生的向下的法向反力，通过垂直推力施加装置产生一个向上的支撑力，经过应力转向装置将该力从应力转向装置的一侧传递到另一侧，并将垂直方向上的力转化为水平方向上的力，再经过位移传感器、拉压力传感器和传力柱将力作用在剪切盒上。由于最终产生的水平方向上的力没有依靠土体，因此不会由于土体因受力变形而影响试验效果，使试验结果更加准确；并且，由于最终产生的水平方向上的力由应力转向装置产生，避免了二次试验或多次试验时因土体变形需重新安装试验设备的弊端，从而本发明可进行残余变形试验和反复剪切试验。同理，在可进行反复试验的基础上，通过改变添加负载的频率进而使得本发明可进行不同剪切速率的剪切试验。此外，通过位移传感器和拉压力传感器可获取到每一次试验产生的位移大小和拉压力大小，结合试样的状态可得到力随物体变形的变化趋势，为下一次试验提供数据参考，从而本发明也可进行大变形剪切试验。

作为对本发明的进一步描述，应力转向装置包括第一纵向齿轮轴、第二纵向齿轮轴、横向齿轮轴和齿轮盘。其中，第一纵向齿轮轴和第二纵向齿轮轴竖直设置，第一纵向齿轮轴的顶端与横向齿轮轴的一端啮合，第一纵向齿轮轴的下方设置有垂直推力施加装置，第二纵向齿轮轴的顶端与横向齿轮轴的另一端啮合，第二纵向齿轮轴的底端与齿轮盘连接。