【技术实现步骤摘要】
本专利技术专利涉及通过剪切试验测量黏性土不排水抗剪强度领域，尤其涉及一种用于测量黏性土在不同较高剪切速率作用下，其不排水抗剪强度的剪切装置。
技术介绍
1、不排水抗剪强度是指土体在不考虑渗流条件下，承受垂直于剪切面方向的剪切应力并抵抗破坏的能力。不排水抗剪强度是评估土体承受荷载和变形能力的重要参数之一。该指标与土体的性质和综合工程条件等因素有关。同时，也受到土体内部结构、水分含量和孔隙度等因素的影响。在地震和爆炸等灾害性环境下，土体的抗剪强度对结构物的安全性具有重大的影响。
2、黏性土的不排水抗剪强度通常通过室内试验方法或原位试验测定获得。常用的室内试验方法主要为三轴试验。虽然三轴试验能够提供较为准确的实验参数。但是，在三轴试验过程中，需要需要施加围压，如果围压不均匀，可能会影响试验结果的准确性。并且，试验结果受剪切速率的影响较大。常用的原位试验为十字板剪切试验。十字板剪切试验可以在现场直接对土体进行测试，从而降低采样扰动对土体不排水抗剪强度的影响，且该试验考虑了土体在实际工程中的应力状态，进而更准确地反映了土体的抗剪强度。但是，在进行十字板剪切试验过程中，需要严格控制转动速度，不宜过快。
3、综上所述，已有的试验装置和方法虽然可以较为准确的测得黏性土的不排水抗剪强度，但都存在一个较为明显的缺陷。上述试验方法都需要严格控制剪切速率，仅能测得土体在较低剪切速率作用下的不排水抗剪强度。土体的不排水抗剪强度与剪切速率密切相关。当剪切速率较低时，土体的不排水抗剪强度较低，反之亦然。并且，大多数工况中，土体都会受到
技术实现思路
1、本专利技术针对现有装置的不足，提供了一种设计合理，工程造价较低，适用于测量黏性土在不同较高剪切速率作用下不排水抗剪强度的剪切装置。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案为，一种测量黏性土在不同较高剪切速率作用下不排水抗剪强度的剪切装置。
3、优选的，所述的室内试验装置主要由上下剪切盒组成，其特征在于下剪切盒直径为d，壁厚为4mm。下剪切盒底部设有凹槽。通过凹槽将下剪切盒固定在旋转底座上，使得下剪切盒可以带动土体随平台发生高速转动。进而使得上剪切盒内壁上的剪切板头等速扭转对土体进行高速剪切。最终，在土样外边缘处形成破坏面，根据试验过程中所受抵抗扭矩换算得到土体的不排水抗剪强度。
4、优选的，所述室内试验装置其特征在于通过扩大剪切盒尺寸以及提高下剪切盒转动角速度，便可以测得黏性土在较高剪切速度作用下的不排水抗剪强度。通过改变剪切盒的尺寸以及下剪切盒的转动角速度，便可以得到黏性土在不同较高剪切速率作用下的不排水抗剪强度。剪切盒最小尺寸为100mm，最小旋转角速度为10°/min，最小剪切速度为50cm/min。
5、优选的，所述的下剪切盒中心处均匀环绕设置4块加固板头。其高度为25mm，宽度为30mm，用于加固土体，防止高速旋转剪切过程中土体发生位移，进一步保证剪切过程中能够形成规整的剪切面，有效提高试验结果精度。
6、优选的，所述的上剪切盒外形为变截面圆柱体，其下部直径为d+4mm，高为25mm，上部直径为(d+4mm)/2，高度为15mm。其下部内壁上均匀布设了6块剪切板头，其高度h为25mm，宽度d为12mm，剪切板头沿环向均匀布置，且其外端与加固板头之间始终有间隙。当下剪切盒带动盒内土样发生高速转动时，上剪切盒下部内壁处的剪切板头会对土样外边缘处的土体进行剪切，形成剪切带。当剪切带位于土体试样外边缘处时，可以进一步提升剪切线速度。
7、优选的，所述的抵抗扭矩m由剪切板头的抵抗扭矩m1和底部抵抗扭矩m2相加所得。根据式(4)换算得到，黏性土的不排水抗剪强度su。抵抗扭矩m可以通过与传动轴连接的扭矩采集器获得。
8、优选的，通过无后坐力驱动电机来控制转动平台的旋转为剪切盒提供所需要的剪切速度。上剪切盒上部与扭矩传感器连接，记录土体被高速剪切过程中，剪切板头所受抵抗扭矩。通过改变下剪切盒的旋转角速度以及尺寸，再根据所得抵抗扭矩换算便可以得到黏性土的不排水抗剪强度与剪切速率之间的关系。
9、本专利技术通过独特的结构设计，基于十字板剪切试验原理，有效测得黏性土在不同较高速剪切速率作用下的不排水抗剪强度。改进了现有试验装置只能测量黏性土在低速剪切作用下不排水抗剪强度的缺陷。本专利技术整体装置用料简单，整体结构价值费用较低，且可以得到精度较高的试验数据。
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1.一种测量黏性土在不同较高剪切速率作用下不排水抗剪强度的室内试验装置，其特征在于，下剪切盒以及土体随旋转底座高速转动，上剪切盒固定不动，剪切板头位于上剪切盒内壁上，使得剪切面位于土体试样外侧，通过扩大剪切带的直径，进一步增大剪切线速度。
2.根据权利要求1所述的室内试验装置，其特征在于下剪切盒及土体随着旋转底座高速转动，位于上剪切盒内壁上的剪切板头等速扭转对土体进行高速剪切，根据式(1)可以计算得出剪切线速度，
3.根据权利要求1所述的室内试验装置由上剪切盒与下剪切盒组成，其特征在于下剪切盒的形状与圆盘垫层一致，其直径为D，壁厚为4mm，且其底部具有凹槽，可固定于旋转底座上，随底座转动而旋转。进而带动土体高速旋转，实现剪切板头对土体进行高速剪切这一特点。上剪切盒为变截面圆柱，其下部直径为D+4mm，高为30mm，上部直径为(D+4mm)/2，高15mm。
4.根据权利要求3所述的下剪切盒，其特征在于剪切盒内部中心处设有4块加固板头，其高度为25mm，宽度为30mm，用于加固土体，防止高速旋转剪切过程中土体发生位移。
5.根据权利要
6.根据权利要求1所述的室内试验装置，其特征在于根据扭矩传感器可以采集到剪切过程中，剪切板头所受抵抗扭矩M。进而可以计算得出测试土样在特定剪切速度作用下的不排水抗剪强度Su。抵抗扭矩由剪切面的抵抗扭矩M1和剪切板头底面所受的抵抗扭矩M2相加所得。剪切面的抵抗扭矩M1如式(2)所示，剪切板头底面所受抵抗扭矩，如式(3)所示。
7.根据权利要求1所述的室内试验装置，其特征在于上剪切盒连接扭矩传感器，用于记录剪切时所受抵抗扭矩M。
8.根据权利要求1所述的室内试验装置，其特征在于通过改变下剪切盒的尺寸以及旋转角速度，便可以得到黏性土在不同较高剪切速率作用下的抵抗扭矩，通过式(4)计算并整理便可以得到黏性土的不排水抗剪强度与剪切速率之间的关系。
9.根据权利要求3所述的旋转底座，其特征在于底座连接位移传感器，用于记录剪切位移L。
...【技术特征摘要】
1.一种测量黏性土在不同较高剪切速率作用下不排水抗剪强度的室内试验装置，其特征在于，下剪切盒以及土体随旋转底座高速转动，上剪切盒固定不动，剪切板头位于上剪切盒内壁上，使得剪切面位于土体试样外侧，通过扩大剪切带的直径，进一步增大剪切线速度。
2.根据权利要求1所述的室内试验装置，其特征在于下剪切盒及土体随着旋转底座高速转动，位于上剪切盒内壁上的剪切板头等速扭转对土体进行高速剪切，根据式(1)可以计算得出剪切线速度，
3.根据权利要求1所述的室内试验装置由上剪切盒与下剪切盒组成，其特征在于下剪切盒的形状与圆盘垫层一致，其直径为d，壁厚为4mm，且其底部具有凹槽，可固定于旋转底座上，随底座转动而旋转。进而带动土体高速旋转，实现剪切板头对土体进行高速剪切这一特点。上剪切盒为变截面圆柱，其下部直径为d+4mm，高为30mm，上部直径为(d+4mm)/2，高15mm。
4.根据权利要求3所述的下剪切盒，其特征在于剪切盒内部中心处设有4块加固板头，其高度为25mm，宽度为30mm，用于加固土体，防止高速旋转剪切过程中土体发生位移。
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