本实用新型涉及岩土工程室内试验技术领域，尤其涉及一种用于接触面各向异性直剪试验装置。
背景技术：
在岩土工程领域中，对土体及与之接触的不同结构物(如桩、挡土墙、锚杆等)进行相互作用分析时，需要合理选用土体与特定结构物的接触面力学参数。
目前，直剪试验是进行土体与结构物接触面力学参数测试的最为常用的室内试验方法。现有的接触面直剪仪大多是在常规土体直剪仪的基础上进行改进而来，通过将下剪切盒替换为不同的结构物试块，从而进行土体与不同结构物间的接触面剪切试验研究。
然而，现有的接触面直剪仪存在以下缺点：
(1)上部土体与结构物间的相对剪切位移过大时会造成盒内土体颗粒的漏出，对试验结果造成影响；
(2)现有的上、下剪切盒在剪切过程中土体与结构物间发生相对错动后会导致土体与结构物的实际接触面积减小，在所施加的法向载荷不变的情况下会造成接触面法向应力的增加，同时在计算接触面剪切力时也需要进行面积修正；
(3)粗糙度作为影响接触面力学特性的重要因素，现有仪器在进行接触面粗糙度各向异性研究时，需要在完成一个剪切方向的剪切试验后，将结构物试块取出，人为旋转一定角度后重新装入下剪切盒，整个试验过程较为繁琐，且无法精确地确定角度，因而无法对接触面的粗糙度各向异性进行定量分析。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种用于接触面各向异性直剪试验装置，其试验方便快捷，试验结果的准确性高。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于接触面各向异性直剪试验装置，包括上剪切盒、下剪切盒和底盘，所述上剪切盒、下剪切盒和底盘从上至下依次设置；
所述上剪切盒内设有用于容纳土体的第一腔体，所述下剪切盒内设有用于容纳结构物试块的第二腔体，所述第二腔体与第一腔体相通，所述第一腔体与第二腔体的横截面面积之比为1：(1.05～5)；
所述结构物试块与第二腔体相适配，所述结构物试块的顶面设有角度指示部；
所述底盘上设有角度标示刻度线，所述角度指示部与角度标示刻度线联合指示直剪试验角度。
作为上述方案的改进，所述第一腔体与第二腔体的横截面面积之比为1：(1.1～2)。
作为上述方案的改进，所述角度指示部设有指示条。
作为上述方案的改进，所述指示条为形成于所述结构物试块顶面的凹槽和/或凸条。
作为上述方案的改进，所述指示条平行设置为多组。
作为上述方案的改进，所述指示条的横截面为锯齿形或长条形。
作为上述方案的改进，所述结构物试块的顶面与下剪切盒的顶部齐平。
作为上述方案的改进，所述结构物试块与下剪切盒固定。
作为上述方案的改进，所述第二腔体的内壁设有若干组定位条，所述结构物试块的侧壁设有与定位条相适配的定位槽，所述定位槽与定位条相卡接。
作为上述方案的改进，所述上剪切盒、下剪切盒和底盘均为圆柱状，所述下剪切盒和底盘同轴设置；
所述角度标示刻度线设于底盘的顶面，其沿下剪切盒的周向设置。
实施本实用新型，具有如下有益效果：
本实用新型提供了一种用于接触面各向异性直剪试验装置，通过将上剪切盒、下剪切盒和底盘从上至下依次设置，在上剪切盒内设设置用于容纳土体的第一腔体，在下剪切盒内设置用于容纳结构物试块的第二腔体，第一腔体与第二腔体的横截面面积之比为1：(1.05～5)，在进行直剪试验时，由于第二腔体的横截面面积足够大，土体与结构物间发生相对错动时，能够避免土体从上剪切盒的底部漏出的情形，土体与结构物的实际接触面积能够保持不变，因此在所施加的法向荷载不变的情况下接触面法向应力前后保持一致，测试结果准确度高；此外，结构物试块设置在与之相适配的第二腔体内，结构物试块的顶面设置角度指示部，在进行多个剪切方向的剪切试验时，只需旋转下剪切盒，使下剪切盒内结构物试块顶面的角度指示部指向底盘上角度标示刻度线的相应角度，即获得当前角度的试验结果，整个试验过程不需要将结构物试块取出，且能够在精确角度下进行测试，试验方便快捷，且试验结果的准确性高。
附图说明
图1是本实用新型一种用于接触面各向异性直剪试验装置一实施例的结构示意图；
图2是图1的结构物试块的结构示意图；
图3是图2的结构物试块的主视图；
图4是一种用于接触面各向异性直剪试验装置另一实施例的上剪切盒取下后的俯视图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。
如图1所示，本实用新型提供了一种用于接触面各向异性直剪试验装置的一实施例，包括上剪切盒1、下剪切盒2和底盘3，所述上剪切盒1、下剪切盒2和底盘3从上至下依次设置；所述上剪切盒1内设有用于容纳土体的第一腔体11，所述下剪切盒2内设有用于容纳结构物试块4的第二腔体21，所述第二腔体21与第一腔体11相通，所述第一腔体11与第二腔体21的横截面面积之比为1：(1.05～5)；所述结构物试块4与第二腔体21相适配，所述结构物试块4的顶面设有角度指示部41；所述底盘3上设有角度标示刻度线(图中未示出)，所述角度指示部41与角度标示刻度线联合指示直剪试验角度。
本实施例通过将上剪切盒1、下剪切盒2和底盘3从上至下依次设置，在上剪切盒1内设设置用于容纳土体的第一腔体11，在下剪切盒2内设置用于容纳结构物试块4的第二腔体21，第一腔体11与第二腔体21的横截面面积之比为1：(1.05～5)，在进行直剪试验时，由于第二腔体21的横截面面积足够大，土体与结构物间发生相对错动时，能够避免出现土体从上剪切盒1的底部漏出的情形，土体与结构物的实际接触面积能够保持不变，因此在所施加的法向荷载不变的情况下接触面法向应力前后保持一致，测试结果准确度高；此外，结构物试块4设置在与之相适配的第二腔体21内，结构物试块4的顶面设置角度指示部41，在进行多个剪切方向的剪切试验时，只需旋转下剪切盒2，使下剪切盒2内结构物试块4顶面的角度指示部41指向底盘3上角度标示刻度线的相应角度，即获得当前角度的试验结果，整个试验过程不需要将结构物试块4取出，且能够在精确角度下进行测试，试验方便快捷，且试验结果的准确性高。
本实施例的上剪切盒1、下剪切盒2和底盘3均优选为圆柱状，所述下剪切盒2和底盘3同轴设置。为便于读取试验角度，所述角度标示刻度线设于底盘3的顶面，其沿下剪切盒2的周向设置。
为使整个接触面各向异性直剪试验装置的体积尽可能小，所述第一腔体11与第二腔体21的横截面面积之比优选为1：(1.1～2)，该比值范围的上剪切盒1与下剪切盒2能够同时避免土体从上剪切盒1的底部漏出，保证剪切过程中上剪切盒1与下剪切盒2的实际接触面积不变，即保证剪切过程中的实际剪切面积恒定。
为方便观察上剪切盒1及其内的土体与下剪切盒2内结构物试块4的接触情况，方便调整上剪切盒1与下剪切盒2之间的间距，同时使下剪切盒2为结构物试块4提供良好的定位作用，本实施例结构物试块4的顶面优选与下剪切盒2的顶部齐平。
结合图2，本实施例的角度指示部41设有指示条411。所述指示条411具体为形成于所述结构物试块4顶面的凹槽和/或凸条。为方便判别当前试验角度，所述指示条411可以平行设置为多组。
结合图3，为方便准确判断当前的试验角度，所述指示条411的横截面优选为锯齿形或长条形，这种指示条411的相邻表面之间的棱线可以帮助快速、准确判别当前试验角度。
在变换不同角度进行测试时，为保证下剪切盒2的旋转角度与结构物试块4的角度一致，所述结构物试块4与下剪切盒2固定。具体地，结合图4，所述第二腔体21的内壁设有若干组定位条211，所述结构物试块4的侧壁设有与定位条211相适配的定位槽42，所述定位槽42与定位条211相卡接，以保证旋转下剪切盒2时，结构物试块4与下剪切盒2的旋转角度一致。
采用本实施例的直剪试验装置进行接触面各向异性直剪试验的具体步骤如下：
(1)预制直径与下剪切盒2的内径相同的结构物试块4；
为模拟实际工程中的粗糙结构面，一般需要在结构物试块4的顶面预制凹槽或凸条，本实施例为便于获得结构物试块4的试验角度，将预制凹槽或凸条平行排列于结构物试块4的顶面，且预制凹槽或凸条的横截面为锯齿形或长条形。
结构物试块4侧面预制与第二腔体21的内壁的定位条211相适配的定位槽42。
(2)将结构物试块4置于下剪切盒2内，并使结构物试块4的定位条211卡入下剪切盒2内的定位槽42，结构物试块4顶面与下剪切盒2顶部齐平，保持结构物试块4顶面的指示条411排列方向与剪切方向成0°角。
(3)将上剪切盒1叠放于下剪切盒2上方，将试验土体按要求放入上剪切盒1中，盒内土体与结构物试块4的顶面直接接触。
(4)向盒内土样施加竖向荷载，待土体变形稳定后对上剪切盒1施加水平载荷f，使其以一定速率进行剪切试验。
(5)剪切试验结束后，移除上剪切盒1，并清理盒内及结构物试块4表面的土样。
(6)将下剪切盒2旋转角度，由于结构物试块4固定于下剪切盒2内，因此下剪切盒2的旋转角度即为指示条411的旋转角度。
(7)重复进行(3)～(6)的操作步骤，以此类推，完成不同各向异性角θ(即指示条411排列方向与剪切方向所形成的夹角)时的接触面剪切试验。
由此，经本实施例的接触面各向异性直剪试验装置进行试验的过程试验效率高，获得的试验结果准确度高，试验结果可以用于进一步分析各向异性角对接触面力学特性的影响规律。
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
1.一种用于接触面各向异性直剪试验装置，其特征在于，包括上剪切盒、下剪切盒和底盘，所述上剪切盒、下剪切盒和底盘从上至下依次设置；
所述上剪切盒内设有用于容纳土体的第一腔体，所述下剪切盒内设有用于容纳结构物试块的第二腔体，所述第二腔体与第一腔体相通，所述第一腔体与第二腔体的横截面面积之比为1：(1.05～5)；
所述结构物试块与第二腔体相适配，所述结构物试块的顶面设有角度指示部；
所述底盘上设有角度标示刻度线，所述角度指示部与角度标示刻度线联合指示直剪试验角度。
2.如权利要求1所述的用于接触面各向异性直剪试验装置，其特征在于，所述第一腔体与第二腔体的横截面面积之比为1：(1.1～2)。
3.如权利要求1或2所述的用于接触面各向异性直剪试验装置，其特征在于，所述角度指示部设有指示条。
4.如权利要求3所述的用于接触面各向异性直剪试验装置，其特征在于，所述指示条为形成于所述结构物试块顶面的凹槽和/或凸条。
5.如权利要求3所述的用于接触面各向异性直剪试验装置，其特征在于，所述指示条平行设置为多组。
6.如权利要求3所述的用于接触面各向异性直剪试验装置，其特征在于，所述指示条的横截面为锯齿形或长条形。
7.如权利要求1所述的用于接触面各向异性直剪试验装置，其特征在于，所述结构物试块的顶面与下剪切盒的顶部齐平。
8.如权利要求1所述的用于接触面各向异性直剪试验装置，其特征在于，所述结构物试块与下剪切盒固定。
9.如权利要求1或8所述的用于接触面各向异性直剪试验装置，其特征在于，所述第二腔体的内壁设有若干组定位条，所述结构物试块的侧壁设有与定位条相适配的定位槽，所述定位槽与定位条相卡接。
10.如权利要求1所述的用于接触面各向异性直剪试验装置，其特征在于，所述上剪切盒、下剪切盒和底盘均为圆柱状，所述下剪切盒和底盘同轴设置；
所述角度标示刻度线设于底盘的顶面，其沿下剪切盒的周向设置。
技术总结