[发明专利]一种直剪试验的剪切加载方法及双向推动的定向剪切仪

说明书

本发明涉及一种直剪试验的剪切加载方法及双向推动的定向剪切仪，属于室内土工试验技术领域，包括在竖直方向上对试样施加一定的垂直载荷，水平方向上在试样的两侧分别对上盒和下盒施加上盒水平载荷和下盒水平载荷，上盒水平载荷和下盒水平载荷的加载方向相同或相反，以研究边界状态对剪切试验剪切参数的影响，且可通过力控制或者位移控制来控制载荷的加载，以实现常应力加载和常位移加载，实现了通过定向剪切研究边界状态对剪切试验参数的影响。

技术领域

本发明属于室内土工试验技术领域，涉及一种直剪试验的剪切加载方法及双向推动的定向剪切仪。

背景技术

土体通常是由于受剪切而产生破坏的，剪切破坏是土体破坏的重要特征。当土体在外荷载作用下，土体中将产生剪应力和剪切变形，若某点的剪应力达到抗剪强度时，将发生沿着剪切应力方向的相对滑动，引起该点的剪切破坏；随着荷载继续增加，最终发生整体剪切破坏而丧失稳定。土质边坡、地基、挡土墙等均与土体的抗剪强度密切相关。

砂土是散粒体结构材料，砂土颗粒的性质、形状、大小等细观力学性质控制着土体应力应变的非线性关系。砂土的力学性质受控于其内部的微细结构，力学行为所表现出的不确定性、不规则性和模糊性是其微细结构的具体反映。

在大量的直剪试验研究中，有学者发现边界条件通常会对直剪试验产生一些影响。Tejchman,J.和Bauer,E.比较了直剪仪和单剪仪两种边界状态对颗粒材料的剪切带形成的差异性。Shang,J.等研究了在恒定法向载荷和恒定法向刚度两种边界条件下直剪试验中岩石不连续破坏机理。Bahaaddini,M.研究得到剪切盒的上、下盒之间的间隙的尺寸对直剪试验结果有显著影响。Kostkanová,V.和Herle,I.研究得到在剪切过程中，剪切盒上部刚性部分受到横向约束，仅在竖向移动时，在剪切过程中需要根据土体的性质对荷载及时调整。Seyyedan,Seyyed Mahdi等发现剪切盒的上盒移动时，只有剪切盒上方的三分之一的颗粒水平移动与侧墙的位移同步，体现了边界与颗粒之间的运动关系。

直剪试验中关于剪切盒的上、下盒移动剪切的加载方式较为单一，很少考虑运动边界对试验结果的影响，特别是边界如何控制的问题。例如，土工标准中的直剪仪，下剪切盒动，上剪切盒固定，只有一个方向的剪切，采用的是通过砝码加载荷载，不支持双向剪切，加载方式单一，不能满足试验要求。另外，剪切盒的尺寸较小且完全封闭，无法观测到试验内部的变形情况，不能观测剪切破坏的微观力学行为和试验内部的变形情况。

目前，对上、下盒在不同加载方式下错动，颗粒材料剪切强度变化的系统性研究还较少见，尤其是对定向运动的剪切加载方式的研究还存在较大空缺，并且由于室内试验仪器的限制很难有针对性地对上、下盒相互错动的加载方式进行比较，并揭示其对颗粒材料剪切特性的差异。

因此，有必要研发一种新的剪切加载方法和加载装置，以研究边界状态对剪切试验参数的影响。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种直剪试验的剪切加载方法及双向推动的定向剪切仪，以实现通过定向剪切研究边界状态对剪切试验参数的影响。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种直剪试验的剪切加载方法，竖直方向上对试样施加一定的垂直载荷，水平方向上在试样的两侧分别对上盒和下盒施加上盒水平载荷和下盒水平载荷，上盒水平载荷和下盒水平载荷的加载方向相同或相反，以研究边界状态对剪切试验参数的影响。

可选地，通过力控制或者位移控制来控制垂直载荷、上盒水平载荷、下盒水平载荷的加载。

一种双向推动的定向剪切仪，包括剪切盒，剪切盒包括呈上下叠置的上盒和下盒，上盒顶部设有竖向加载装置以对试样施加垂直载荷，下盒置于平台上，下盒连接有下盒水平加载装置，上盒连接有上盒水平加载装置，上盒水平加载装置和下盒水平加载装置对试样施加水平载荷且加载方向相同或相反；还包括与竖向加载装置、上盒水平加载装置、下盒水平加载装置相连的数显控制器。