一种土壤直剪仪的制作方法

本实用新型涉及土壤剪切力检测设备领域，特别涉及一种土壤直剪仪。

背景技术：

土是固相、液相和气相组成的散体材料。一般而言，在外部荷载作用下，土体中的应力将发生变化。当土体中的剪应力超过土体本身的抗剪强度时，土体将产生沿着其中某一滑裂面滑动，而使土体丧失整体稳定性。所以，土体的破坏通常都是剪切破坏。土体的抗剪强度指岩土、土体在剪切面上所能承受的极限或允许剪切力，是土体抵抗破坏的极限能力，其数值上等于剪切破坏时滑动面上的剪应力。

对于水土保持学科，在对矿区进行修复的过程中，废石及矿渣的抗剪应力是区域水土流失评价中反映土力学特性的重要指标之一，它的抗剪强度的大小直接影响了土壤的抗侵蚀性能和矿山整体发生滑坡、崩塌等灾害的可能性大小，因此研究矿区废石及渣土的抗剪应力与稳定性分析对矿区的修复具有非常重要的意义。

目前，公告号为CN204789182U的中国专利公开了一种四联直剪仪，它包括涡轮箱、剪切盒、测力环和顶压件，所述电机与一个涡轮箱传动连接，所述四组测试组件的涡轮箱依次传动连接，所述每个涡轮箱相对于剪切盒一侧设有可伸缩的顶轴，它还包括 四块条状的测试组件基板，所述测试组件基板上依次设有测力环顶台、测力环安装台、剪切盒安装槽、涡轮箱，所述测力环设置在测力环顶台与测力环安装台之间，所述剪切盒设置在剪切盒安装槽内。

这种四联直剪仪虽然可以通过测力环测量土壤的剪切力，但是由于测力环与测力环顶台之间会存在间隙，导致测力环测量的数据不准确。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种土壤直剪仪，其具有消除测力环与上盒之间的间隙，提高测力环测量准确性的优点。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种土壤直剪仪，包括操作台，操作台上设有用于放置土壤的剪切盒，剪切盒包括上盒和下盒，所述剪切盒一侧设有用于对剪切盒施加剪切力的施力装置，另一侧设有用于检测土壤剪切力的测力装置；所述测力装置包括测力环、设置在测力环上与上盒抵触的应力块、背向应力块一侧用于调节测力环位置的调节件。

通过采用上述技术方案，当需要测量土壤剪切力时，将土壤放入剪切盒中，通过施力装置对剪切盒施加剪切力，并通过测力装置测量土壤的剪切力，以此获得土壤抵抗破坏的极限能力。应力块与上盒之间存在间隙，通过调节件驱使应力块靠近并抵触上盒，消除两者之间存在的间隙，这样便可通过测力环准确测得土壤的剪切力。

进一步设置：所述调节件包括设置在操作台上的调节块、设置在调节块上与调节块螺纹连接的调节螺栓、调节螺栓朝向测力环一端呈圆弧形并与测力环抵触。

通过采用上述技术方案，当需要调节测力环的位置时，旋拧调节螺栓，调节螺栓轴向前进并抵触测力环，消除应力块与上盒之间的距离。同时，调节螺栓顶端呈圆弧形，使得调节螺栓顶触测力环时，减轻对测力环的损伤，并且方便调节。

进一步设置：所述测力环上朝向应力块一侧设有第一安装架、测力环上背向应力块一侧设有第二安装架，第二安装架包括设置在操作台上的支脚、与支脚滑动连接的第二安装块，第二安装块与调节螺栓抵触。

通过采用上述技术方案，测力环通过第一安装架和第二安装架安装在操作台上，调节螺栓在轴向方向上前进或者后退时，第二安装块在支脚上滑动，方便第二安装块带动测力环运动。

进一步设置：所述第一安装架包括支架、设置在测力环上的第一安装块、设置在支架上的两个滑轮，第一安装块通过两个滑轮之间与应力块连接。

通过采用上述技术方案，两个滑轮共同支撑第一安装块，以此支撑测力环。并且第一安装块在两个滚轮之间滚动，可减小第一安装块与支架之间的摩擦力，减小由于摩擦力对测力环造成的误差。

进一步设置：所述施力装置包括涡轮箱、设置在涡轮箱内的施力螺杆、驱动涡轮箱的驱动装置，施力螺杆朝向下盒一端与下盒抵触，施力螺杆与下盒的抵触处设有缓冲橡胶。

通过采用上述技术方案，驱动装置驱动涡轮箱带动施力螺杆对下盒施加剪切力，缓冲橡胶可减轻施力螺杆对下盒的冲击，避免多次冲击对下盒造成损伤。

进一步设置：所述驱动装置包括与涡轮箱连接的变速箱、驱动变速箱的驱动电机。

通过采用上述技术方案，变速箱可选择多种速度，通过不同的速度测量不同速度下，土壤能承受的剪切力的大小。

进一步设置：所述施力螺杆背向剪切盒一端设有第一定位传感器，下盒背向施力装置一侧设有第二定位传感器。

通过采用上述技术方案，第一定位传感器用于限定施力螺杆回收时施力螺杆的位移距离，避免施力螺杆脱离涡轮箱。第二定位传感器用于限定施力螺杆前进时的位移距离，避免下盒在前进过程中撞到测力装置上。

进一步设置：所述上盒与下盒之间设有固定螺栓。

通过采用上述技术方案，将土壤放置于剪切盒待其固结时，可避免上盒与下盒错位移动，影响土壤剪切力的检测。当土壤固结后，松开固定螺栓，通过施力装置检测土壤剪切力。

进一步设置：所述下盒两侧设有用于限定上盒滑移轨迹的限位夹。

通过采用上述技术方案，限位夹可以限定上盒的滑移轨迹，防止上盒在滑移过程中产生偏移，避免对土壤剪切力检测时造成误差。

进一步设置：所述下盒与操作台之间设有滚珠导轨。

通过采用上述技术方案，滚珠导轨可减小下盒与操作台之间的摩擦力，避免摩擦力对土壤剪切力数值的影响。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：本申请可快速准确地测量土壤的剪切力，通过设置变速箱可检测不同速度下，土壤可承受的剪切力。并且由于调节件的设置，可以极大提升对于土壤剪切力的测量精度，检测效率高，测量精度准。

附图说明

图1是实施例1的结构示意图；

图2是实施例1中用于显示剪切盒的结构示意图；

图3是实施例1中用于显示施力装置的结构示意图；

图4是实施例1中用于显示驱动装置的结构示意图；

图5是实施例1中用于显示测力装置的结构示意图；

图6是实施例1中图5中A部分的放大图。

图中，1、操作台；11、滚珠导轨；2、剪切盒；21、上盒；22、下盒；23、土壤槽；24、固定螺栓；25、限位夹；26、缓冲橡胶；3、施力装置；31、涡轮箱；32、施力螺杆；33、驱动装置；331、变速箱；332、驱动电机；34、定位盘；4、测力装置；41、测力环；42、第一安装架；421、支架；422、第一安装块；423、滑轮；43、第二安装架；431、支脚；432、第二安装块；44、应力块；45、调节件；451、调节块；452、调节螺栓；5、第一定位传感器；6、第二定位传感器。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

实施例1：一种土壤直剪仪，如图1所示，包括操作台1，操作台1上设有用于放置土壤的剪切盒2，剪切盒2左侧设有对剪切盒2施加剪切力的施力装置3，剪切盒2右侧设有用于测量土壤剪切力的测力装置4。

如图1和2所示，剪切盒2包括上盒21和下盒22，上盒21与下盒22之间设有连通的圆柱形土壤槽23。上盒21与下盒22通过设置在对角线上的固定螺栓24连接。下盒22两侧均设有限位夹25，限位夹25用于限定上盒21在下盒22上的滑移轨迹。下盒22与操作台1之间设有两列滚珠导轨11，两列滚珠导轨11设置在操作台1上，下盒22在施力装置3推动下在操作台1上滑移，滚珠导轨11可减小下盒22与操作台1之间的摩擦力。

如图1和3所示，施力装置3包括涡轮箱31，涡轮箱31内设有施力螺杆32，涡轮箱31连接有驱动装置33。驱动装置33驱动涡轮箱31带动施力螺杆32朝向剪切盒2方向运动，施力螺杆32右端抵触下盒22，驱使下盒22与上盒21错位分离，以此对剪切盒2内的土壤施加剪切力。施力螺杆32右端呈圆弧形并抵触下盒22，下盒22与施力螺杆32的抵触处设有缓冲橡胶26，缓冲橡胶26用于减轻施力螺杆32对下盒22的冲击。施力螺杆32左端设有定位盘34，定位盘34左侧设有第一定位传感器5，驱动装置33驱动施力螺杆32向左后撤，当定位盘34抵触到第一定位传感器5时，第一定位传感器5向驱动装置33发出停机信号。

如图3和4所示，驱动装置33包括与涡轮箱31连接的变速箱331，变速箱331上连接有驱动电机332。可通过调节变速箱331来改变施力螺杆32推动剪切盒2移动的速度，以方便测定不同速度下土壤所能承受的剪切力。

如图1所示，剪切盒2右侧设有第二定位传感器6，用于限定下盒22向右移动的位移距离。施力装置3推动下盒22向右移动，当下盒22抵触到第二定位传感器6，第二定位传感器6向驱动装置33发出停机信号。

如图5和6所示，测力装置4包括测力环41，测力环41左侧设有第一安装架42，右侧设有第二安装架43，测力环41通过第一安装架42和第二安装架43安装在操作台1上。第一安装架42包括支架421和设置在测力环41上的第一安装块422，支架421上设有一上一下两个滑轮423，第一安装块422设置在两个滑轮423之间，第一安装块422背向测力环41的一侧连接有应力块44，应力块44与上盒21抵触。

如图5和6所示，第二安装架43包括设置在操作台1上的支脚431和与支脚431滑动连接的第二安装块432。第二安装架43右侧设有调节件45，调节件45包括设置在操作台1上的调节块451，调节块451上设有与之螺纹连接的调节螺栓452，调节螺栓452左端呈圆弧形并与第二安装块432抵触。当测力装置4与剪切盒2存在空隙，通过旋拧调节螺栓452，调节螺栓452向左轴向前进抵触第二安装块432并推动测力环41向左移动，直至应力块44抵触上盒21。

具体实施过程：将土壤放置于剪切盒2中，并通过调节件45使得应力块44抵触上盒21，当土壤固结后，取下固定螺栓24。驱动装置33驱使施力螺杆32抵触下盒22，应力块44抵触上盒21，驱使上盒21与下盒22分离，测力环41与上盒21相互抵触，测力环41受到上盒21反作用力发生形变，测力环41以此测定土壤的剪切力。

上述的实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。