一种恒定剪切面直剪仪的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种恒定剪切面直剪仪，包括试验台、上剪切盒、下剪切盒、垂直荷载加载机构，及水平荷载加载机构，下剪切盒转动连接于试验台上，上剪切盒和下剪切盒内均设有径向隔板，下剪切盒由水平荷载加载机构驱动旋转，下剪切盒内的土样在下径向隔板的推动下发生环向位移，同时，上剪切盒固定不动，上径向隔板位于其下半截，用于阻止上剪切盒内土样在剪切时发生环向移动，通过下剪切盒的旋转，使上剪切盒与下剪切盒中的土样相互发生剪切位移，从而达到环向直剪的目的，整个剪切过程中，土样的剪切面积始终保持恒定，正应力也不发生变化，使得试验测得的数据准确，由之计算而得的土工参数也更加可靠。
【专利说明】一种恒定剪切面直剪仪
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种测量土体材料强度特性的装置，特别涉及一种直剪仪。
【背景技术】
[0002]直剪试验具有方便、经济的优点，在土木工程中被广泛应用。其原理是将切好的土样装入上、下两部分相对的剪切盒中，通过顶部压力板对土样施加一定的竖向荷载的情况下，使上、下两部分剪切盒按一定速度相对水平错开，土样随之剪断，从而得到土样的剪切强度。
[0003]目前，现有直剪仪由于设计上的缺陷，普遍存在不足，在直剪试验过程中，随着剪切位移的增力卩，有效剪切面积逐渐减小，剪切面上的正应力σ也相应变化，导致试验测得的抗剪强度.rZ不准确，由fZ和0.计算得的常用土工参数黏聚力C和内摩擦角f?也相应不可靠。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种恒定剪切面直剪仪，采用该直剪仪进行直剪试验可保持土样恒定剪切面,使试验测量的数据更准确。
[0005]为解决上述技术问题所采用的技术方案:一种恒定剪切面直剪仪，包括试验台、上剪切盒、下剪切盒、垂直荷载加载机构，及水平荷载加载机构，所述下剪切盒转动连接于试验台上，所述上剪切盒固定设置在下剪切盒上方，所述上剪切盒和下剪切盒内均设有径向隔板，所述垂直荷载加载机构设置在上剪切盒上方以对上剪切盒内的土样施加垂直荷载，所述水平荷载加载机构包括测力环、与测力环两端相连接的传力带，及牵引拉动传力带的驱动机组，所述传力带一头绕设在下剪切盒的外壁上，所述传力带的另一头与驱动机组相连接。
[0006]进一步作为本发明技术方案的改进，所述上剪切盒包括同心设置的上内环壁和上外环壁，所述上内环壁与上外环壁之间连接有一片上径向隔板，所述下剪切盒包括底壁、设于底壁上的下外环壁，及设于底壁中心的中心柱，所述中心柱与下外环壁之间环向等距间隔设有四片下径向隔板，所述中心柱的高度等于上外环壁与下外环壁两者高度之和，所述中心柱下半段的外径等于上内环壁的外径，所述中心柱上半段的外径小于中心柱下半段的外径以使上内环壁可套入至中心柱上半段。
[0007]进一步作为本发明技术方案的改进，所述下剪切盒通过一转轴和环形滑轨转动连接于试验台上。
[0008]进一步作为本发明技术方案的改进，在所述下剪切盒与试验台之间还设有限制下剪切盒转动的锁定装置。
[0009]进一步作 为本发明技术方案的改进，所述驱动机组包括驱动电机、与驱动电机传动连接的齿轮减速机构，及离合装置。
[0010]进一步作为本发明技术方案的改进，所述垂直荷载加载机构包括一压向上剪切盒内部空间的拱形压力块,所述拱形压力块中心开有一可容纳供中心柱插入的内腔。
[0011]进一步作为本发明技术方案的改进，还包括一土样制备刀具，所述土样制备刀具包括圆形底托和设于圆形底托上的内环刀、外环刀，所述外环刀包括支撑外环刀和分别铰接于支撑外环刀两端的第一外环刀、第二外环刀，所述第一外环刀和第二外环刀的另一端通过一卡扣扣接，在所述内环刀与外环刀之间环向等距间隔设有四片隔板刀片，其中一所述隔板刀片的高度等于上径向隔板与下径向隔板两者高度之和，其余所述隔板刀片的高度与下径向隔板的高度相等。
[0012]进一步作为本发明技术方案的改进，所述支撑外环刀外侧端连接有定位支架，在所述定位支架设有定位卡块，所述上剪切盒通过一支撑支架固定设置于下剪切盒上方，所述支撑支架设有供定位卡块卡入定位的定位卡槽。
[0013]有益效果:此恒定剪切面直剪仪摒弃传统直剪仪的直线式剪切的模式，采用环向式剪切的模式，使得在剪切过程中能保证恒定的剪切面，下剪切盒由水平荷载加载机构驱动旋转，下剪切盒内的土样在下径向隔板的推动下发生环向位移，同时，上剪切盒固定不动，上径向隔板位于其下半截，用于阻止上剪切盒内土样在剪切时发生环向移动，通过下剪切盒的旋转，使上剪切盒与下剪切盒中的土样相互发生剪切位移，从而达到环向直剪的目的，在整个剪切过程中，土样的剪切面积始终保持恒定，正应力也不发生变化，从而避免当前直剪仪普遍存在的缺陷，使得试验测得的数据准确，由之计算而得的土工参数也更加可
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【专利附图】
【附图说明】
[0014]下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明；
图1为本发明实施例的立面剖视图；
图2为本发明实施例的平面剖视图；
图3为本发明实施例中上剪切盒的平面剖视图；
图4为本发明实施例中下剪切盒的平面剖视图；
图5为本发明实施例中土样制备刀具的平面示意图；
图6为图5中A-A的剖视图；
图7为图5中B-B的剖视图。
【具体实施方式】
[0015]参照图1至图7，本发明一种恒定剪切面直剪仪，包括试验台10、上剪切盒20、下剪切盒30、垂直荷载加载机构40，及水平荷载加载机构50，下剪切盒30转动连接于试验台10上，上剪切盒20固定设置在下剪切盒30上方，上剪切盒20和下剪切盒30内均设有径向隔板，垂直荷载加载机构40设置在上剪切盒20上方以对上剪切盒20内的土样施加垂直荷载，水平荷载加载机构50包括测力环51、与测力环51两端相连接的传力带52，及牵引拉动传力带52的驱动机组53，传力带52—头绕设在下剪切盒30的外壁上，传力带52的另一头与驱动机组53相连接。
[0016]此恒定剪切面直剪仪摒弃传统直剪仪的直线式剪切的模式，采用环向式剪切的模式，使得在剪切过程中能保证恒定的剪切面，下剪切盒30由水平荷载加载机构50驱动旋转，下剪切盒30内的土样在下径向隔板34的推动下发生环向位移，同时，上剪切盒20固定不动，上径向隔板23位于其下半截，用于阻止上剪切盒20内土样在剪切时发生环向移动，通过下剪切盒30的旋转，使上剪切盒20与下剪切盒30中的土样相互发生剪切位移，从而达到环向直剪的目的，在整个剪切过程中，土样的剪切面积始终保持恒定，正应力也不发生变化，从而避免当前直剪仪普遍存在的缺陷，使得试验测得的数据准确，由之计算而得的土工参数也更加可靠。
[0017]在本实施例中，试验台10为一平台，上剪切盒20、下剪切盒30、垂直荷载加载机构40、水平荷载加载机构50均设置在试验台10上，上剪切盒20和下剪切盒30都呈圆柱状，上剪切盒20包括同心设置的上内环壁21和上外环壁22，上内环壁21与上外环壁22之间连接有一片上径向隔板23，下剪切盒30包括底壁31、设于底壁31上的下外环壁32，及设于底壁31中心的中心柱33，中心柱33与下外环壁32之间环向等距间隔设有四片下径向隔板34，上剪切盒20和下剪切盒30的内部都形成环状的空腔用以承载土样，上剪切盒20的上外环壁22与下剪切盒30的下外环壁32等直径、等厚度，当上剪切盒20放置在下剪切盒30上时，中心柱33的高度应该等于上外环壁22与下外环壁32两者高度之和，中心柱33由直径不等的上半段和下半段组成，其中中心柱33上半段的外径略小于中心柱33下半段的外径，中心柱33下半段的外径等于上内环壁21的外径，当上剪切盒20放置在下剪切盒30上时，上剪切盒20的上内环壁21刚好套入至下剪切盒30的中心柱33上半段。
[0018]上剪切盒20是通过一呈L形的支撑支架11固定在试验台10上方，在进行剪切试验时，上剪切盒20是固定不动的；下剪切盒30是通过转轴12和环形滑轨13转动连接于试验台10上，在外力作用下，下剪切盒30可绕自身轴线转动，其中，转轴12和环形滑轨13可保证下剪切盒30在转动过程中保持水平且不发生错动，上剪切盒20和下剪切盒30安装在试验台上时，上剪切盒20的下端面刚好与下剪切盒30的上端面相接触。
[0019]在下剪切盒30与试验台10之间还设有限制下剪切盒30转动的锁定装置，当锁定装置工作时，可保证下剪切盒30在装卸土样和预加荷载时静止不动，具体地，该锁定装置包括嵌入安装在试验台10内可水平左右滑移的第一楔形块14和与第一楔形块14斜面配合连接可上下滑移的第二楔形块15，在下剪切盒30的底壁31底端开有一供第二楔形块15卡入的凹槽，控制第一楔形块14水平移动，在斜面的作用下，可带动第二楔形块15竖向上移，使第二楔形块15顶端卡入至下剪切盒30的底壁31凹槽中，从而锁紧固定下剪切盒30限制其转动。
[0020]垂直荷载加载机构40用以施加竖向荷载以对上剪切盒20和下剪切盒30内的土
样加压，该垂直荷载加载机构40包括一压向上剪切盒20内部空间的拱形压力块41，拱形压
力块41中心开有一可容纳供中心柱33插入的内腔42，使得在加压过程中不会接触到中心
柱33顶部，垂直荷载加载机构40的其余构件按当前常规直剪仪的模式制作。假设土样内、
外半径Sm2，竖向荷载为P，则正应力O为
【权利要求】
1.一种恒定剪切面直剪仪，其特征在于:包括试验台、上剪切盒、下剪切盒、垂直荷载加载机构，及水平荷载加载机构，所述下剪切盒转动连接于试验台上，所述上剪切盒固定设置在下剪切盒上方，所述上剪切盒和下剪切盒内均设有径向隔板，所述垂直荷载加载机构设置在上剪切盒上方以对上剪切盒内的土样施加垂直荷载，所述水平荷载加载机构包括测力环、与测力环两端相连接的传力带，及牵引拉动传力带的驱动机组，所述传力带一头绕设在下剪切盒的外壁上，所述传力带的另一头与驱动机组相连接。
2.根据权利要求1所述的恒定剪切面直剪仪，其特征在于:所述上剪切盒包括同心设置的上内环壁和上外环壁，所述上内环壁与上外环壁之间连接有一片上径向隔板，所述下剪切盒包括底壁、设于底壁上的下外环壁，及设于底壁中心的中心柱，所述中心柱与下外环壁之间环向等距间隔设有四片下径向隔板，所述中心柱的高度等于上外环壁与下外环壁两者高度之和，所述中心柱下半段的外径等于上内环壁的外径，所述中心柱上半段的外径小于中心柱下半段的外径以使上内环壁可套入至中心柱上半段。
3.根据权利要求1或2所述的恒定剪切面直剪仪，其特征在于:所述下剪切盒通过一转轴和环形滑轨转动连接于试验台上。
4.根据权利要求1或2所述的恒定剪切面直剪仪，其特征在于:在所述下剪切盒与试验台之间还设有限制下剪切盒转动的锁定装置。
5.根据权利要求1所述的恒定剪切面直剪仪，其特征在于:所述驱动机组包括驱动电机、与驱动电机传动连接的齿轮减速机构，及离合装置。
6.根据权利要求1所述的恒定剪切面直剪仪，其特征在于:所述垂直荷载加载机构包括一压向上剪切盒内部空间的拱形压力块，所述拱形压力块中心开有一可容纳供中心柱插入的内腔。
7.根据权利要求1所述的恒定剪切面直剪仪，其特征在于:还包括一土样制备刀具，所述土样制备刀具包括圆形底托和设于圆形底托上的内环刀、外环刀，所述外环刀包括支撑外环刀和分别铰接于支撑外环刀两端的第一外环刀、第二外环刀，所述第一外环刀和第二外环刀的另一端通过一卡扣扣接，在所述内环刀与外环刀之间环向等距间隔设有四片隔板刀片，其中一所述隔板刀片的高度等于上径向隔板与下径向隔板两者高度之和，其余所述隔板刀片的高度与下径向隔板的高度相等。
8.根据权利要求7所述的恒定剪切面直剪仪，其特征在于:所述支撑外环刀外侧端连接有定位支架，在所述定位支架设有定位卡块，所述上剪切盒通过一支撑支架固定设置于下剪切盒上方，所述支撑支架设有供定位卡块卡入定位的定位卡槽。
【文档编号】G01N1/28GK104007026SQ201410216856
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2014年5月21日
【发明者】彭功勋, 林春秀, 施建勇, 刘良贵, 李伟, 李广平, 伊颖锋, 李承海 申请人:广州市市政工程设计研究院