发明专利名称：三轴环压中心直剪仪

专利权：中国科学院地质与地球物理研究所，李晓，张年学，李守定，赫建明

专利号：ZL200410083683.8

技术领域    土力学试验技术领域

背景技术    现有的土力学室内剪切试验主要有两种：一种是直剪试验；另外一种是三轴压缩试验。直剪试验是先对短圆柱体土样圆面施加法向压力，然后向剪切盒施加水平推力，使试样沿预定的剪切面破坏。通过多组直剪试验获得不同法向应力σ_n下的试样剪切强度τ，作τ－σ_n关系曲线图或拟和τ－σ_n关系式，从而获得试样抗剪强度参数C、φ值。直剪试验分快剪、固结快剪与慢剪三种，在试验完成后，可复位进行残余强度试验。但直剪试验有个缺点是：试样大小固定，受剪面积小；不能在野外试验。

三轴压缩试验是先对圆柱状标准试样施加围压，然后施加轴向荷载，直至土样破坏。进行多组试验后，获得不同围压σ₃与主应力σ₁之间的对应关系，做出莫尔圆图或库仑曲线可获得抗剪强度参数C、φ值。三轴压缩试验有三种：非（不）固结－不排水试验（UU试验）；固结－不排水试验（CU试验）；固结－排水试验（CD试验）。三轴压缩试验的缺点是：三轴试验的剪破坏面在试验过程中可能不规则，难以计算剪破坏面上的正应力和剪应力；三轴压缩试验试样尺寸较小，受剪面积小；三轴试验不能在野外进行。

总之，上述两种土力学室内剪切试验的两种方法，直剪试验试样大小固定，受剪面积小；不能在野外试验；三轴试验的剪破坏面在试验过程中可能不规则，难以计算剪破坏面上的正应力和剪应力，试样尺寸较小，受剪面积小，不能在野外进行。两种方法均有缺点，不能满足土力学剪切试验的要求。

发明内容    本发明提供一种综合土力学直剪试验与三轴压缩试验优点，并能进行大试样试验，降低试验尺寸效应，室内外通用的三轴环压中心直剪仪。其特征是把三轴压缩试验的围压部分与直剪试验的剪切部分有机地结合起来，变三轴压缩为直剪，变圆平面直剪为圆柱面直剪，从而用一种试验可获得两种试验的数据。使用专用取土器取短圆柱形土样，采用三轴围压式施加法向压力，沿预定的圆柱面形剪切面施加剪切力，预定的圆柱面形剪切面较同尺寸的直剪试验和三轴压缩试验有更大的剪切面积，降低了试验的尺寸效应，提高了试验的精度；同时可以做大试样试验，且室内外通用，方便携带。这种试验装置可进行非（不）固结－不排水试验（UU试验），固结－不排水试验（CU试验）和固结－排水试验（CD试验）。

三轴环压中心直剪仪，由环压剪切盒部分，仪器架部分，加压部分和测量部分构成，所述环压剪切盒部分由下承压盘、上承压盘和环压室2组成，下承压盘与上承压盘中心部分是由一个距离固定框架连接起来的上活动承压盘5和下活动承压盘4；所述仪器架部分由十字形底座25、两根立柱26及固定螺母28组成；所述加压部分由油泵、气泵和千斤顶组成；所述测量部分由气泵、测压计、油压表和千分表组成。

基本原理与技术：根据土力学剪切试验原理，直剪试验试样大小固定，受剪面积小；不能在野外试验；三轴试验的剪破坏面在试验过程中可能不规则，难以计算剪破坏面上的正应力和剪应力，试样尺寸较小，受剪面积小，不能在野外进行。三轴环压中心直剪仪系统可以解决以上难题，综合两种试验的优点，可进行大试件试验，降低试验尺寸效应，获得抗剪强度参数，且室内外通用，便携。

1：土试件；2：环压室气囊；3：环压室上盖盘；4：下活动承压盘；5：上活动承压盘；6：上盖盘；7：下承压外盘；8：下孔隙水压力管；9：上孔隙水压力管；10：加压气泵管；11：围压压力表管；12：环压室外环壁；13：立柱插孔；14：透水石；15：筒状乳胶薄膜；16：半圆截面圈槽；17：密封环槽；18：矩形沟状环形槽；19：预剪柱面；20：环形槽；21：螺孔；22：横连杆；23：纵向连杆；24：上横梁；25：十字形底座；26：立柱；27：仪器架立柱圆环台；28：螺母；29：千斤顶