CN209858359U - 一种抗剪强度测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种抗剪强度测试装置及其抗剪强度和静力触探测试方法，包括基座、贯入***、转动***及测量***，贯入***安装在基座上，转动***与贯入***连接，测量***与转动***连接；测量***包括探杆和锥头，探杆的一端与转动***连接，探杆的另一端与锥头连接；锥头包括第一锥头和第二锥头，第一锥头和第二锥头可更换连接在探杆上；第一锥头的中部圆周上设置有环形压力计；第二锥头的扇状锥形板均匀垂直设置在锥头本体的圆周上；本实用新型可以现场快速方便取得土体的粘聚力c和土体内摩擦角φ的数据；有效解决了传统十字板剪切试验只能用于软土土层的测量，只能测定粘聚力，使用范围窄的问题；装置结构简单，体积较小，便于携带使用。

Description

一种抗剪强度测试装置

技术领域

本实用新型涉及岩土工程技术领域，特别涉及一种抗剪强度测试装置。

背景技术

目前，公路边坡病害治理工程投资巨大，对已完工工程的边坡治理措施的效果评价，只是按照现行的行业规范进行竣工验收。在进入运营后治理防护措施是不是“对症下药”，是否达到了预期的效果，治理效果是好是坏等方面的研究很少。生态护坡是一门新兴技术，国内外尚没有成熟的设计、施工及护坡效果定量评价规范，随着生态工程护坡应用规模的扩大，遇到的问题将越来越复杂，仅依赖一些施工经验往往难以解决这些问题；例如：加固材料用量的问题，过少则会造成坡面的不稳定；过大则会形成浪费，不够经济。

现有在岩土工程中，一般利用土体的抗剪强度评价土体的承载力或抵抗滑坡能力，抗剪强度例如土体的粘聚力和内摩擦角；而目前适合原位的贯入试验(贯入试验例如圆锥动力触探试验)或载荷试验，只可以取得土的法向应力强度数据，无法求得土体的抗剪强度；矩形十字板剪切试验是快速测定土层抗剪强度的一种简易而可靠的原位测试方法，但只适用于沿海饱和软土地区黏土层，并且只能测定土体的粘聚力c，无法测得土体内摩擦角值，适用范围有限。

目前，国内没有合适的岩土工程勘探设备，可以现场快速方便取得土体的粘聚力c和土体内摩擦角等抗剪强度数据；因此，找到一种简便可靠原位测定土体的抗剪强度设备是目前亟须解决的问题。

实用新型内容

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的在于提供一种抗剪强度测试装置，可以现场快速方便取得土体的粘聚力c和土体内摩擦角的数据。

为达到实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种抗剪强度测试装置，包括基座、贯入***、转动***及测量***，贯入***安装在基座上，转动***与贯入***连接，测量***与转动***连接；测量***包括探杆和锥头，探杆的一端与转动***连接，探杆的另一端与锥头连接；锥头包括第一锥头和第二锥头，第一锥头和第二锥头可更换连接在探杆上；第一锥头为圆锥体结构，第一锥头的中部圆周上设置有环形压力计；第二锥头包括锥头本体和四块相同的扇状锥形板，锥头本体与第一锥头的形状大小相同，四块相同的扇状锥形板均匀垂直设置在锥头本体的圆周上。

进一步的，探杆包括外筒、应变筒、导力杆、应变片、螺塞及球体；外筒为两端开口的圆筒体结构，外筒的一端与转动***固定连接；应变筒同轴设置在外筒内，应变筒为一端封闭一端开口的圆筒结构，应变筒的封闭端靠近转动***设置；应变筒的开口端与外筒内壁固定连接；导力杆同轴设置在应变筒内，导力杆的一端通过球体与应变筒的封闭端连接，导力杆的另一端伸出外筒；螺塞套设在导力杆上，螺塞与外筒的内壁固定连接；导力杆上设置有环形凸台，环形凸台与螺塞的端面相抵连接，环形凸台靠近应变筒设置；应变片设置在应变筒的表面上，导力杆的伸出端与锥头固定连接。

进一步的，还包括应变补偿片，应变补偿片设置在应变筒的筒壁上；应变片包括对称设置的两个应变片，应变补偿片包括对称设置的两个应变补偿片，应变片与应变补偿片采用四桥连接。

进一步的，贯入***包括第一电机、第一齿轮、第二齿轮、传动螺杆、螺母、外管及内管，第一电机设置在基座上，第一电机的输出轴与第一齿轮连接，第二齿轮与第一齿轮啮合；传动螺杆的一端与第二齿轮固定连接，传动螺杆的另一端为自由端；螺母套设在传动螺杆上，内管的一端与螺母固定连接，内管的另一端与转动***连接；外管套设在内管的外侧，外管的一端与基座固定连接，外管的另一端为自由端；外管的内壁上设置有限位凸台，限位凸台与外管的轴线平行，螺母的外侧圆周上设置有限位凹槽，限位凹槽与限位凸台配合连接。

进一步的，转动***包括第二电机、第三齿轮、第四齿轮、转轴及钻夹头，第二电机与贯入***固定连接，第二电机的输出轴与第三齿轮连接，第四齿轮与第三齿轮啮合，转轴的一端与第四齿轮连接，转轴的另一端与钻夹头固定连接。

进一步的，外壳体和环形端板，外壳体为两端开口的圆柱筒型结构，外壳体套设在贯入***、转动***和测量***的外侧；外壳体的一端与基座固定连接，外壳体的另一端为自由端；环形端板与外壳体自由端平齐且固定连接，环形端板与外壳体垂直设置。

进一步的，锥头的圆锥体内设置有内螺纹，锥头与转动***之间采用螺纹固定连接。

进一步的，应变片采用BF350型应变片。

与现有技术比，本实用新型的有益效果有：

本实用新型一种抗剪强度的测试装置，装置结构简单，体积较小，便于携带使用。

进一步的，通过在探杆内设置应变筒，应变筒上设置有应变片，通过对应变片获得的压力数据实现对检测区域土质的物理特性分析，实现了静力触探的功能，实现了一种装置发挥多种功能的作用，填补了边坡坡面土体参数无法原位测试的空白。

进一步的，通过在外壳体的端部设置环形端板，使用时，环形端板与坡面紧贴，保证了锥头垂直贯入土体中。

附图说明

图1为本实用新型所述的测试装置的整体结构示意图；

图2为本实用新型所述的测试装置中的贯入***结构示意图；

图3为本实用新型所述的测试装置中的外管结构示意图；

图4为本实用新型所述的测试装置中的螺母结构示意图；

图5为本实用新型所述的测试装置中的测量***结构示意图；

图6为本实用新型所述的测试装置中的第一锥头结构示意图；

图7为本实用新型所述的测试装置中的第二锥头的结构示意图；

图8为本实用新型所述的测试装置中的螺塞结构示意图；

图9为本实用新型所述的测试装置中的环形端板结构示意图；

图10为本实用新型所述的测试装置中的锥头侧面结构示意图；

图11为土层剪断应力与法向应力的关系图。

其中，1基座，2外壳体，3贯入***，4转动***，5测量***，6环形端板，31第一电机，32第一齿轮，33第二齿轮，34传动螺杆，35螺母，36外管，37内管，38第一握把，351限位凹槽，361限位凸台；41第二电机，42第三齿轮，43第四齿轮，44转轴，45钻夹头，46第二握把；51探杆，52锥头，511外筒，512应变筒，513导力杆，514应变片，515应变补偿片，516螺塞，517球体，5131环形凸台；521第一锥头，522第二锥头，5211环形压力计，5221锥头本体，5222扇状锥形板。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例的附图对本实用新型实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本实用新型的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

在下文描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”等指示方位或者位置关系的为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了方便描述实施例和简化操作，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的范围构造和操作，因而不能理解为对本实用新型的限制。

参考附图1所示，本实用新型一种静力触探及抗剪强度的测试装置，包括基座1、外壳体2、贯入***3、转动***4及测量***5，基座1设置在外壳体2的上端，外壳体2为圆柱筒型结构；贯入***3、转动***4及测量***5均设置在外壳体2内，贯入***3安装在基座1上，转动***4与贯入***3连接，测量***5与转动***连接；贯入***3用于推动转动***4和测量***5缓慢向前移动，转动***4用于带动测量***5旋转，测量***5用于对土体原位静力触探及抗剪强度测试。

参考附图1-4所示，贯入***3包括第一电机31、第一齿轮32、第二齿轮33、传动螺杆34、螺母35、外管36、内管37及第一握把38，第一电机31固定安装在基座1上，第一齿轮32固定连接在第一电机31的输出轴上，第二齿轮33与第一齿轮32的啮合；第一齿轮32为主动齿轮，第二齿轮33为减速齿轮；第二齿轮33固定套设在传动螺杆34的上端，传动螺杆34的下端为自由端；螺母35套设在传动螺杆34上，第一电机31转动时，带动传动螺杆34转动，螺母35沿传动螺杆34上反向相对移动，实现螺母35沿传动螺杆34上下往复运动；外管36为圆柱筒体结构，外管36的上端与基座1固定连接，外管36套设在内管37的外侧，外管36的内部上设置有限位凸台361，螺母35的外侧圆柱上设置有限位凹槽351，限位凸台361与限位凹槽351配合连接，防止螺母35移动的过程中与外管36发生相对转动；内管37设置在外管36内，内管37与外管36之间设置有间隙；内管37的上端与螺母35的下端面固定连接，内管37的下端与转动***4固定连接；第一握把38设置在基座1的一侧，第一握把38上设置有第一电机31的启动开关，用于控制第一电机31的启闭。

参考附图1所示，转动***4包括第二电机41、第三齿轮42、第四齿轮43、转轴44、钻夹头45及第二握把46；第二电机41与内管37固定连接，第二电机41的输出轴上套设有第三齿轮42，第四齿轮43与第三齿轮42啮合；第三齿轮42和第四齿轮43均采用斜齿轮，第三齿轮42为主动齿轮，第四齿轮43为从动齿轮；转轴44的上端与第四齿轮43固定连接，转轴45的下端与钻夹头45连接，钻夹头45用于与测量***5连接；第二握把46设置在外壳体2的外侧中间部位，第二握把46上设置有第二电机41的启闭开关，用于控制第二电机41的启闭。

参考附图5-8所示，测量***5包括探杆51和锥头52，探杆51的上端与钻夹头46连接，下端锥头52连接；探杆51包括外筒511、应变筒512、导力杆513、应变片514、应变补偿片515、螺塞516及球体517；外筒511为两端开口的圆柱筒型结构，外筒511的上下两端均设置有内螺纹，外筒511的上端与钻夹头46之间采用螺纹连接；应变筒512同轴设置在外筒511内腔中，应变筒512为上端封闭下端开口的圆筒体，应变筒512的封闭端靠近转动***设置；应变筒512的开口端外侧设置螺纹，应变筒512的开口端与外筒511的下端内壁通过螺纹连接，应变筒512的封闭端靠近外筒511的下端设置；导力杆513的同轴设置在应变筒512内，导力杆513的上端与通过球体517与应变筒512的封闭端连接。

导力杆513的下端伸出外筒511的下端，螺塞515套设在导力杆513的外侧，螺塞515与导力杆513之间设置有间隙；螺塞515的外侧圆周上设置有螺纹，螺塞515通过螺纹与外筒511下端内壁固定连接，导力杆513上还设置有环形凸台5131，环形凸台5131的端面与螺塞515的上端面相抵接触，导力杆513的环形凸台卡设在螺塞515的上方，螺塞515可以避免导力杆513从应变筒512中脱落。

导力杆513的下端圆周设置有外螺纹，锥头52内设置有内阶梯孔，内阶梯孔的下半段设置内螺纹，导力杆513与锥头52通过螺纹固定连接；内阶梯孔的上半段设置有定位凹槽，螺塞515的下端面设置有定位凸台，螺塞515的定位凸台与锥头52的定位凹槽配合安装。

锥头52包括第一锥头521和第二锥头522，第一锥头521和第二锥头522可更换连接在探杆51上；第一锥头521为圆锥体结构，第一锥头521的中部圆周上设置有环形压力计5211；第二锥头522包括锥头本体5221和四块相同的扇状锥形板5222，锥头本体5211与第一锥头521的形状大小相同，四块相同的扇状锥形板5222均匀垂直设置在锥头本体5211的圆周上。

进一步的，外壳体2的下端还设置有环形端板6，环形端板6与外壳体2下端平齐且固定连接，环形板6与外壳体2垂直设置，使用时，将环形板与边坡坡面紧贴设置，保证探头垂直贯入土中。

本实用新型还提供了一种抗剪强度测试方法，具体包括以下步骤：

步骤1、将第一锥头安装在探杆上，启动贯入***、关闭转动***，通过贯入***将第一锥头压入预设深度土层中，利用环形压力计测得该深度土体的法向应力σ_n；

步骤2、关闭贯入***、启动转动***，测量***在不加载垂直荷载的状态下，利用转动***为测量***施加扭矩，测定最大扭矩T₀，T₀为测量***与土层之间产生的固有摩擦力；

步骤3、卸下第一锥头，将第二锥头安装在探杆上，在步骤1的同一位置或偏离5-10cm的位置处，将第二锥头压入预设土层中，第二锥头的压入深度与第一锥头的压入深度相同；然后关闭贯入***、启动转动***，利用转动***为测量***施加扭矩，旋转第二锥头将土体剪切破坏，形成圆锥状破坏面，土体抵抗扭矩的最大扭矩T_N；

步骤4、根据步骤2、3得到第二锥头剪切土体的剪切扭矩T＝T_N-T₀；

步骤5、在同一土层或者边坡重复多次试验，得出多组σ_n、T_N值，利用公式确定数组τ的数值；式中，H为土层剪切圆锥体圆锥的高度；θ为锥倾面轴心所对应的角度；τ为剪切应力；

步骤6、利用库伦公式或经验式法求取土体的粘聚力c和内摩擦角

计算原理：

参考附图10、11所示，设本实用新型中土层剪切圆锥体圆锥的高度为H，考虑从锥头的圆锥尖端开始至高为h处的扇形微小面积，锥头的圆锥尖端角为θ，即锥头的锥倾斜面轴心所对应的角度为θ；锥头的圆锥尖端至高为h处的扇形微小面积的距离为l；

锥头的圆锥尖端至高为h处的扇形微小面积的距离为l的数学表达式为：

因此，锥体的锥尖剪断面的微小面积为：

设，作用在微小面积上的剪断应力记为τ，作用在微小面积上的扭矩为t，

故，作用在微小面积上的τ与t的数学关系为：

对微小面积中的扭矩t进行积分计算，求第二锥头剪切土体的剪切扭矩T：

改变土层位置，按照操作方法步骤重复测定，可以得出数组不同的σ_n和T_N，根据T_N值及上述计算公式，可以计算出数组剪断应力τ；

参考附图11所示，根据求出的数组法向应力σ_n和剪断应力τ，以σ_n为横轴，以τ为纵轴作图，可以求的斜线上的截距和斜率，截距即为土体的粘聚力c，斜率即为

也可以通过摩尔-库伦强度公式：求得粘聚力c和内摩擦角

以下对本实用新型所进一步详细说明。

本实用新型一种抗剪强度测试装置包括基座1、外壳体2、贯入***3、转动***4、测量***5及环形端板6；

贯入***3为电动推杆，贯入***3包括第一电机31，第一电机31与第一齿轮32连接，第一齿轮32连接第二齿轮33，第二齿轮33上连接有传动螺杆34，传动螺杆34上连接有螺母35，第一电机31安装在基座1上，基座1固定连接有外壳体2的上端，而螺母35固定连接有内管37，当第一电机31带动传动螺杆34转动时，螺母35与传动螺杆34发生相对移动，具体而言是在传动螺杆34上下两个位置之间往复移动；对于螺母35来说，是在一个初始位置和极限位置之间往复运动；对于贯入***3整体而言，是实现了内管37与外管36发生相对移动，进而推动转动***4与测量***5缓慢向前移动。

外管36中的沿外管36的轴线方向设置的限位凸台361与螺母35的限位凹槽351配合连接，防止在螺母35在传动螺杆34上上下移动的过程中发生转动。

转动***4主要包括第二电机41、第三齿轮42、第四齿轮43、转轴44和钻夹头45；第二电机的输出轴与第三齿轮42连接，第三齿轮42为主动斜齿轮，第三齿轮42与第四齿轮43啮合连接，第四齿轮43为从动斜齿轮，第四齿轮43固定在转轴44上，转轴44的下端端部连接钻夹头45。

环形端板6设置在外壳体2的下端，使用时，环形端板6可以紧贴坡面，保证锥头52可以垂直贯入土中。

第一握把38上有第一电机启动开关，第一电机启动开关控制贯入***3，使得贯入***中的内管37进行上下伸缩，进而带动锥头52上下伸缩；第一握把46上设有第二电机启动开关，第二电机启动开关控制转动***4，使得转动***4进行旋转，进而带动锥头52旋转。

测量***5包括探杆51和锥头52；探杆51包括外筒511、应变筒512及导力杆513；外筒511为两端开口的圆筒体，外筒511的内筒壁的上下两端均设有内螺纹，应变筒513设于外筒511的内腔之中；应变筒512为一端封闭而另一端开口的圆筒体，应变筒512的开口一端的外周面上设置有与外筒511的内筒壁的内螺纹相匹配的外螺纹；应变筒512的筒壁上设置有应变片514；导力杆513为圆柱体，导力杆513的下端的外周面设置有外螺纹，所述导力杆513的下端的螺纹段伸出于外筒511和应变筒127之外；锥头52开设有内阶梯孔，内阶梯孔的下半部为内螺纹孔；锥头52设于所述外筒511的下方，且锥头511以其内螺纹孔与导力杆513下端的螺纹段相配合的方式固定于导力杆513的下端；外筒511的下端设有螺塞516，导力杆513的环形凸台5131的下表面与螺塞126的上端面相抵接。

应变筒512的筒壁上还设有应变补偿片515；应变筒512的筒壁上设有两个应变片和两个应变补偿片。应变片514贴在应变筒513的表面上，应变片514用于测量应变筒512的微小变化，计算得到锥头52的阻力和侧摩阻力，实现静力触探的功能。

应变筒512设于外筒511之内且通过螺纹与外筒511配合连接，应变筒512下端的外螺纹与外筒511下部的内螺纹相配合，应变筒512开口端向下；导力杆513上半部分深入应变筒512的内腔中，下半部分的一部分位于外筒的内腔，一部分伸出外筒之外；导力杆513伸出外筒之外的部分为导力杆513的螺纹段，该导力杆513的螺纹段与锥头52的内螺纹相配合，使得锥头52能够与导力杆513之间相固定。

螺塞516旋入外筒511的下端，螺塞516与外筒511最下端的内螺纹相匹配。导力杆513也从螺塞516中穿过，导力杆513的环形凸台5131恰好卡在螺塞516的上端面上，螺塞516可以避免导力杆513从应变筒512中脱落。螺塞516的下半部分嵌入于锥头52的内阶梯孔的上半部分直径较大的孔内。

测试时，首先，将第一锥头521安装在导力杆513的下端，启动第一电机启动开关，通过贯入***3缓慢的将第一探头521压入土体中，达到指定深度后停止压入。

当第一锥头521进入土体中受到地基土的推力，推力通过第一锥头521传导给导力杆513，导力杆513通过球体517传递给应变筒512，从而把第一锥头521收到的地基土的推力变为应变筒512的拉应力，应变筒512在拉应力作用下，应变筒512的筒壁反生微小应变，该微小应变在应变筒512弹性应变范围内，故应变为线性应变，应变片514会将该微小应变转换为电阻变换，将数据传输至电脑中；电脑对该信号进行分析处理后转化为土压力和摩阻力数据，工作人员可通过压力数据对该区域土质的物理特性进行分析。

同时，在第一锥头的中部安装有环形压力计5211，可获取土体对第一锥头521所作用的平均土压力，即土体法向应力；在坡表以下指定深度处，由环形压力计5211记录该深度土体的法向应力σ_n。

然后，关闭第一电机启动开关，打开第二电机启动开关，测量***5在不加载垂直荷载的状态下，利用转动***4缓慢的向探杆51施加扭矩，探杆51带动第一锥头521旋转，通过第二电机41的转速，测定出最大扭矩T₀，T₀为第一锥头521与土层之间产生的固有摩擦力；

其次，卸下第一锥头521，将第二锥头522安装在导力杆513的下端，在上一步骤的同一位置或者偏离5～10cm的位置，将第二锥头522压入土层中，第二锥头522的压入土层深度与第一锥头的压入度相同时停止压入，通过转动***4向第二锥头522施加扭矩，旋转第二锥头将土体剪切破坏，形成圆锥状破坏面，通过第二电机41的转速，测定出土体抵抗扭矩的最大扭矩T_N；

然后，计算出扇形锥形板探头二剪切土体的剪切扭矩T＝T_N-T₀；

其次，重复上述步骤，在同一土层或者边坡重复多次试验，得出多组σ_n、T_N值，用公式确定数组τ的数值；式中，H为土层剪切圆锥体圆锥的高度；θ为锥倾面轴心所对应的角度；τ为剪切应力；

然后，用库伦公式或经验式法求取土体的粘聚力c和内摩擦角

本实用新型中锥头52及探杆51均采用低碳合金钢材料；应变片514选用BF350型应变片，基座1采用改性酚醛制作；本实用新型中的探杆采用全封闭结构可同时实现温度自补偿和蠕变自补偿。

应变片514和应变补偿片515为四桥设计，应变片514用于测量应变筒512的微小变化，计算得到锥头52受到的土体阻力和侧摩擦力，实现静力触探的功能。应变补偿片515用于参数补偿，应变片514为应变传感器，应变补偿515为参数补偿片。

本实用新型的小型化的锥头，摒弃了传统探头的粗笨，故可以极大提高工作效率。由本实用新型中的锥头构成的触探设备整体重量可控制在10kg左右，远比现有的2T-3T轻便型静力触探机和人工小螺纹钻重量轻，便携、快捷、指标量化。

本实用新型提供了一种抗剪强度测试方法，该方法可以原位快速简便测定土层抗剪强度，有效解决了传统十字板剪切试验只能用于软土土层的测量，只能测定粘聚力c一个单值，使用范围窄的问题。

同时，在试验过程中，可以测得土体的侧摩阻力等参数，实现静力触探的功能。本实用新型还提供了一种静力触探测试方法，具体包括以下步骤：

步骤1、将第一锥头安装在探杆上，启动贯入***、关闭转动***，通过贯入***将第一锥头压入预设深度土层中，利用应变筒上的应变片的应变数据，获得第一锥头受到的土体阻力和侧摩擦力；

步骤2、第一锥头受到的土体阻力和侧摩擦力，分析得到土体的物理力学性质。

本实用新型实现一种装置发挥多种功能，本装置体积小，重量轻，携带方便，利于在边坡坡面上进行试验。本实用新型体积较小，操作方便，可同时获得土体的抗剪强度参数以及实现静力触探的功能，填补了边坡坡面土体参数无法原位测试的空白。

静力触探试验是岩土工程勘察的一项非常重要的原位测试试验，利用其准静力以恒定的贯入速率将圆锥探头通过一系列的探杆压入土中，根据测得的锥头受到的土体的阻力和侧摩阻力大小来间接判定土的物理力学性质。静力触探能够划分土层，评价地基土的工程特性，探寻和确定桩基持力层，预估打入桩沉桩可能性和单桩承载力的检验人工填土的密实度及地基加固效果等。

但目前的静力触探仪器体积和重量较大，只能在较为平坦的区域进行试验，对于边坡坡面，就目前的设备情况，并无法进行静力触探试验。

大部分土体的失效为剪切破坏，且该剪切破坏基本服从于Mohr-Coulomb，简称M-C准则，如边坡失稳滑动，其表现为边坡滑动体的自身下滑力大于边坡滑动面能发挥的最大抗滑力所引起的剪切破坏，对于滑动面所能发挥的最大抗滑力，则可以根据实际的滑动情况由M-C准则来求取。

在M-C准则中，包含粘聚力和内摩擦角这两个抗剪强度参数，这两个参数的大小代表土体的抗剪能力，且反映土体结构剪切失效的可靠性，因此，抗剪强度参数的获取是分析土体抗剪破坏的基本条件，并为准确预防土体剪切破坏及预测土体剪切破坏范围提供依据。

为了获取土体的M-C抗剪强度参数，通常从实际工程点现场采集原始土样，然后在室内对采集的原始土样进行重塑，并制备可进行直接剪切或三轴剪切试验的多组标准土样，经变换土样受压状况，试验获取不同法向应力状态下土体发生剪切破坏时的抗剪强度，进而在法向应力和剪切强度笛卡尔坐标系内对这些试验结果采用M-C强度曲线进行拟合，由此得到M-C强度参数。

然而，在制备重塑标准土样的过程中，对土样的原始状态产生了扰动，使得原始土样和重塑标准土样的应力状态、含水量及土体的自身结构均存在一定的差异，故室内试验获得的重塑标准土样的M-C抗剪强度参数难以真是反映原始土样的抗剪强度特性。同时，由于现有的室内试验方法中需要制备标准土样，因此，试验操作过程较为繁琐，且制备人员的操作熟练程度对制备的土样性能也存在一定的影响。另外，对于受剪破坏控制的土体稳定性，如边坡的抗滑稳定性，影响分析结果的主要因素往往是抗剪强度参数选取的准确性，若当抗剪强度参数与工程实际情况不相符时，计算所得结果可能被夸大或保守估计，从而给工程带来不利隐患或引起工程优化设计的不经济。

Claims (8)

1.一种抗剪强度测试装置，其特征在于，包括基座(1)、贯入***(3)、转动***(4)及测量***(5)，贯入***(3)安装在基座(1)上，转动***(4)与贯入***(3)连接，测量***(5)与转动***(4)连接；测量***(5)包括探杆(51)和锥头(52)，探杆(51)的一端与转动***(4)连接，探杆(51)的另一端与锥头(52)连接；锥头(52)包括第一锥头(521)和第二锥头(522)，第一锥头(521)和第二锥头(522)可更换连接在探杆(51)上；第一锥头(521)为圆锥体结构，第一锥头(521)的中部圆周上设置有环形压力计(5211)；第二锥头(522)包括锥头本体(5221)和四块相同的扇状锥形板(5222)，锥头本体(5221)与第一锥头(521)的形状大小相同，四块相同的扇状锥形板(5222)均匀垂直设置在锥头本体(5221)的圆周上。

2.根据权利要求1所述的一种抗剪强度测试装置，其特征在于，探杆(51)包括外筒(511)、应变筒(512)、导力杆(513)、应变片(514)、螺塞(516)及球体(517)；外筒(511)为两端开口的圆筒体结构，外筒(511)的一端与转动***(4)固定连接；应变筒(512)同轴设置在外筒(511)内，应变筒(512)为一端封闭一端开口的圆筒结构，应变筒(512)的封闭端靠近转动***(4)设置；应变筒(512)的开口端与外筒(511)内壁固定连接；导力杆(513)同轴设置在应变筒(512)内，导力杆(513)的一端通过球体(517)与应变筒(512)的封闭端连接，导力杆(513)的另一端伸出外筒(511)；螺塞(516)套设在导力杆(513)上，螺塞(516)与外筒(511)的内壁固定连接；导力杆(513)上设置有环形凸台(5131)，环形凸台(5131)与螺塞(516)的端面相抵连接，环形凸台(5131)靠近应变筒(512)设置；应变片(514)设置在应变筒(512)的表面上，导力杆(513)的伸出端与锥头(52)固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种抗剪强度测试装置，其特征在于，还包括应变补偿片(515)，应变补偿片(515)设置在应变筒(512)的筒壁上；应变片(514)包括对称设置的两个应变片，应变补偿片(515)包括对称设置的两个应变补偿片，应变片(514)与应变补偿片(515) 采用四桥连接。

4.根据权利要求1所述的一种抗剪强度测试装置，其特征在于，贯入***(3)包括第一电机(31)、第一齿轮(32)、第二齿轮(33)、传动螺杆(34)、螺母(35)、外管(36)及内管(37)，第一电机(31)设置在基座(1)上，第一电机(31)的输出轴与第一齿轮(32)连接，第二齿轮(33)与第一齿轮啮合；传动螺杆(34)的一端与第二齿轮(33)固定连接，传动螺杆(34)的另一端为自由端；螺母(35)套设在传动螺杆(34)上，内管(37)的一端与螺母(35)固定连接，内管(37)的另一端与转动***(4)连接；外管(36)套设在内管(37)的外侧，外管(36)的一端与基座(1)固定连接，外管(36)的另一端为自由端；外管(36)的内壁上设置有限位凸台(361)，限位凸台(361)与外管(36)的轴线平行，螺母(35)的外侧圆周上设置有限位凹槽(351)，限位凹槽(351)与限位凸台(361)配合连接。

5.根据权利要求1所述的一种抗剪强度测试装置，其特征在于，转动***(4)包括第二电机(41)、第三齿轮(42)、第四齿轮(43)、转轴(44)及钻夹头(45)，第二电机(41)与贯入***(3)固定连接，第二电机(41)的输出轴与第三齿轮(42)连接，第四齿轮(43)与第三齿轮(42)啮合，转轴(44)的一端与第四齿轮(43)连接，转轴(44)的另一端与钻夹头(45)固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种抗剪强度测试装置，其特征在于，外壳体(2)和环形端板(6)，外壳体(2)为两端开口的圆柱筒型结构，外壳体(2)套设在贯入***(3)、转动***(4)和测量***(5)的外侧；外壳体(2)的一端与基座(1)固定连接，外壳体(2)的另一端为自由端；环形端板(6)与外壳体(2)自由端平齐且固定连接，环形端板(6)与外壳体(2)垂直设置。

7.根据权利要求1所述的一种抗剪强度测试装置，其特征在于，锥头(52)的圆锥体内设置有内螺纹，锥头(52)与转动***(4)之间采用螺纹固定连接。

8.根据权利要求2所述的一种抗剪强度测试装置，其特征在于，应变片(514)采用BF350型应变片。