本发明属于用于对粗粒土、土-混凝土、岩石-混凝土组合试样进行剪切强度试验测试技术领域，尤其涉及一种大型简易直剪仪。
背景技术
试验作为土木工程行业解决问题的一个重要手段，对学科进步和指导施工起到了重要作用。随着国家对基础设施建设投资力度的加大，越来越多的大型工程上马，由于对工程安全性和施工进度的要求，传统的试验方案早已不能满足需求，因此对新型试验仪器的研制显得尤为紧迫。
在土木工程中，隧道围岩与初期支护间混凝土的摩擦强度；边坡坡面土体与支护结构间的胶结性能；冻结法施工过程中混凝土与围岩在冻胀力作用下界面的裂隙变化情况等一系列问题都直接决定工程的质量。由于传统直剪仪所需试样体积较小，难以对组合试件进行制样，同时对粗粒土和粗骨料混凝土难以消除尺寸效应，从而使试验结果的准确性值得商榷。
传统的大型直剪仪一般造价过高，并且体积较大难以在现场操作；同时，设计试验过程中一般不考虑试样高度与宽度的比值，从而使法向应力不能完全作用于土样，从而使测试剪切强度与实际值存在偏差；传统直剪仪在剪切过程中，除了自身剪切变形外还存在上下盒间的错动滑移，做成试验结果有较大偏差；另外，由于推力作用可能使上下剪切盒沿垂直剪切盒运动方向进行移动，造成剪切强度与实际偏差。
技术实现要素：
本发明的目的之一是提供一种消除直剪试验的尺寸效应的直剪仪，本发明的目的之二是提供一种所需试样制样简易的直剪仪，本发明的目的之三是提供一种能降低成本、现场操作方便的直剪仪，本发明的目的之四是提供一种法向力完全作用于试样，使测试剪切强度与实际值不存在偏差的直剪仪；本发明的目的之五是提供一种克服传统直剪仪在剪切过程中除自身剪切变形外，还存在的上下剪切盒之间沿受力的垂直方向的相对滑移，造成剪切强度与实际偏差，从而提高测试精度的直剪仪。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种大型简易直剪仪，包括支柱、剪切盒、滑动机构、推杆、凹槽、固定支架、压板、千斤顶、固定杆和检测机构；其中剪切盒是由下剪切盒和置于下剪切盒上方的上剪切盒组成，上剪切盒与下剪切盒的接触面设置有滑动机构，其中下剪切盒和上剪切盒均为矩形结构，且矩形的四角外侧各固定有一支柱，相对的两支柱的顶部之间分别固定有一根固定支架，剪切盒上表面开有矩形凹槽，凹槽贯穿上剪切盒并延伸至下剪切盒内一定深度，两交叉分布的固定支架的交叉点与凹槽的中心点重合，凹槽内设置有与凹槽大小相匹配的压板，两固定支架的交叉点下方与千斤顶的缸体尾端固定，千斤顶的活塞杆顶端与压板上表面中心位置相接触，压板上沿与上剪切盒上沿平齐时，压板下方的上剪切盒内凹槽深度与下剪切盒内凹槽的深度相同，下剪切盒的一侧还连接有推杆，下剪切盒的另一侧连接有检测机构；上剪切盒通过固定杆与支柱连接。
所述的滑动机构为在下剪切盒连接推杆侧壁的相邻两相对侧壁的上表面，设置有与侧壁等长的v型槽，在上剪切盒的下表面设置有与下剪切盒上的v型槽相匹配的凸起。
所述的滑动机构为在上剪切盒一相对侧壁的下表面设置有与侧壁等长的v型槽，在下剪切盒连接推杆的侧壁的相邻两相对侧壁的上表面，设置有与上剪切盒上的v型槽相匹配的凸起。
还包括第一支架和第二支架，所述的第二支架的两端分别与所述的推杆侧的两个支柱固定连接，第一支架与检测机构侧的两个支柱固定连接；所述的推杆的一端与第二支架垂直固定连接，推杆的另一端与下剪切盒的一侧面接触连接；所述的检测机构的一端与第一支架固定连接，检测机构的另一端与推杆所在侧的下剪切盒的相对侧面接触连接。
所述的检测机构包括位移传感器和测力计，所述的测力计的一端与剪切盒接触连接，测力计的另一端与移传感器固定连接。
所述的凹槽的尺寸为50*50*8.5，单位为厘米。
还设置有滚轮，所述的滚轮分别固定安装在下剪切盒下底面的四个角；所述的滚轮为单向轮。
所述的固定杆与剪切盒的连接端，固定连接有v型固定卡架。
所述的推杆上设置有电源开关，用于控制推杆的启动与停止。
所述的推杆和测力计对称的设置在剪切盒两侧；所述的固定支架的材质为钢筋。
本发明的有益效果是：
1、根据desai研究，随着土样增高，法向应力减小。高度与宽度之比＝0.17时，接触面法向应力最大，本发明考虑了高宽比的影响，控制高宽比为0.17，尽可能使法向应力加载于土样上，消除直剪试验的尺寸效应；
2、剪切过程中，防止剪切盒沿水平运动方向产生偏移，上下剪切盒上表面设置了“v”型槽及匹配的凸起，尽量减小了推力损失，提高了测试精度；
3、采用固定杆和支柱将上剪切盒固定，防止了上剪切盒产生位移，从而提高了测试精度；
4、本发明采用支柱、上剪切盒、位移传感器、位移传感器支架、v型槽、推杆、下剪切盒、内剪切盒、测力计、固定支架、滑动机构和千斤顶的有机设置，使法向力完全作用于试样，使测试剪切强度与实际值不存在偏差，提高了测试精度，并且减少了直剪仪的制造成本，在试验现场的操作简单、便捷。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明主视图；
图2是本发明左视图；
图3是本发明俯视图。
图中，1-支柱、2-上剪切盒、3-位移传感器、4-第一支架、5-v型槽、6-单向轮、7-推杆、8-下剪切盒、9-凹槽、10-测力计、11-固定支架、12-压板、13-千斤顶、14-第二支架、15-固定杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
如图1、图2和图3所示的一种大型简易直剪仪，包括支柱1、剪切盒、滑动机构、推杆7、凹槽9、固定支架11、压板12、千斤顶13、固定杆15和检测机构；其中剪切盒是由下剪切盒8和置于下剪切盒8上方的上剪切盒2组成，上剪切盒2与下剪切盒8的接触面设置有滑动机构，其中下剪切盒8和上剪切盒2均为矩形结构，且矩形的四角外侧各固定有一支柱1，相对的两支柱1的顶部之间分别固定有一根固定支架11，剪切盒上表面开有矩形凹槽9，凹槽9贯穿上剪切盒2并延伸至下剪切盒8内一定深度，两交叉分布的固定支架11的交叉点与凹槽9的中心点重合，凹槽9内设置有与凹槽9大小相匹配的压板12，两固定支架11的交叉点下方与千斤顶13的缸体尾端固定，千斤顶13的活塞杆顶端与压板12上表面中心位置相接触，压板12上沿与上剪切盒2上沿平齐时，压板12下方的上剪切盒2内凹槽9深度与下剪切盒8内凹槽9的深度相同，下剪切盒8的一侧还连接有推杆7，下剪切盒8的另一侧连接有检测机构；上剪切盒2通过固定杆15与支柱1连接。
优选的是所述的凹槽9的尺寸为50*50*8.5，单位为厘米。
在实际使用时，选择一平整的场地，将下剪切盒8放置于地面，并将尺寸与矩形凹槽9完全匹配的试样放入下剪切盒8的凹槽9内，试样采用的尺寸为50*50*8.5cm，这样就符合desai研究即随着土样增高，法向应力减小，当高度与宽度之比＝0.17时，接触面法向应力最大，此研究成果在modelingfornormalandshearbehaviorofinterfaces.中记载。本发明考虑了高宽比的影响，控制高宽比为0.17，此时试样上端有一半高度裸露在外，盖上上剪切盒，上剪切盒2内凹槽9深度与下剪切盒8内凹槽9的深度相同，试样恰好就被完全承载在上剪切盒和下剪切盒所形成的空间内，并使下剪切盒8与上剪切盒2紧扣；将压板12置于上剪切盒2中心的开口上，将千斤顶13调整并坐于压板12正中央；固定支柱1和固定支架11，使得上剪切盒2和千斤顶13不发生移动；调试检测机构，使其能够准确测量下剪切盒的移动位移；将固定杆15分别与固定支柱1和剪切盒的侧棱固定。调整安装好后，对试样进行加载，调整千斤顶13的压力分别为50kpa、100kpa、150kpa、200kpa；打开推杆7电源，推杆7给剪切盒施加侧向的推力，并每隔固定时间读取检测机构读数；根据试验结果绘制不同压力下的应力应变曲线，完成整个的测试过程。
本发明还周密考虑了高宽比对测试结果的影响，设置上剪切盒和下剪切盒之间所形成的空间即试样的高宽尺寸分别为50cm和8.5cm，控制高宽比为0.17，尽可能使法向应力加载于土样上，消除直剪试验的尺寸效应；剪切过程中，防止剪切盒沿水平运动方向产生偏移，设置了防滑机构，防止了上下剪切盒间的相对滑移，尽量减小了推力损失，提高了测试精度；本发明采用支柱1、剪切盒、防滑机构、推杆7、凹槽9、固定支架11、压板12、千斤顶13、固定杆15和检测机构有机设置，使法向力完全作用于试样，使测试剪切强度与实际值不存在偏差，提高了测试精度，并且减少了直剪仪的制造成本，由于直剪仪的体积较小，在试验现场的操作简单、便捷。
实施例二：
如图1和图2所示的一种大型简易直剪仪，在实施例1的基础上，所述的滑动机构为在下剪切盒8连接推杆7侧壁的相邻两相对侧壁的上表面，设置有与侧壁等长的v型槽5，在上剪切盒2的下表面设置有与下剪切盒8上的v型槽5相匹配的凸起。
优选的是所述的滑动机构为在上剪切盒2一相对侧壁的下表面设置有与侧壁等长的v型槽5，在下剪切盒8连接推杆7的侧壁的相邻两相对侧壁的上表面，设置有与上剪切盒2上的v型槽5相匹配的凸起。
在实际使用时，在下剪切盒8和上剪切盒2接触面之间设置v型槽5及与之匹配的凸起，使得当给下剪切盒8施加外力时，下剪切盒8可沿着v型槽5移动，而不会产生与外力垂直的方向的移动，有效的保证了测试结果的准确性。
实施例三：
如图2和图3所示的一种大型简易直剪仪，在实施例1的基础上，还包括第一支架4和第二支架14，所述的第二支架14的两端分别与所述的推杆7侧的两个支柱1固定连接，第一支架4与检测机构侧的两个支柱1固定连接；所述的推杆7的一端与第二支架14垂直固定连接，推杆7的另一端与下剪切盒8的一侧面接触连接；所述的检测机构的一端与第一支架4固定连接，检测机构的另一端与推杆7所在侧的下剪切盒8的相对侧面接触连接。
优选的是检测机构包括位移传感器3和测力计10，测力计10的一端与剪切盒接触连接，测力计10的另一端与移传感器3固定连接。
在实际使用时，本发明的这种设置方案，一方面保证作用力完全作用在试样上，使得测试实验数据更加准确。
实施例四：
如图1、图2和图3所示的一种大型简易直剪仪，在实施例1的基础上，还设置有滚轮，所述的滚轮分别固定安装在下剪切盒8下底面的四个角；所述的滚轮为单向轮6。
优选的是所述的固定杆15与剪切盒的连接端，固定连接有v型固定卡架。
优选的是所述的推杆7上设置有电源开关，用于控制推杆7的启动与停止。
在实际使用时，本发明还设置有滚轮，滚轮分别固定安装在下剪切盒8下底面的四个角，这样设置，方便本发明在试验现场的使用，只要将本发明推动，即可到达试验现场的具体地点，并减少测试过程中，下剪切盒移动时与地面之间所产生的摩擦力。滚轮为单向轮6，优选的是单向轮6的滚动方向与下剪切盒的受力方向相同，这样，既方便本发明的移动，又能控制直剪仪只沿受力方向移动，提高测试精度。推杆7上设置电源开关，方便控制推杆7的启动与停止。固定杆15与剪切盒的连接端，固定连接有v型固定卡架，使得在与上剪切盒连接固定时，更加方便，连接好后稳定性更好。
实施例五：
如图1和图2所示的一种大型简易直剪仪，在实施例1的基础上，所述的推杆7和测力计10对称的设置在剪切盒两侧；所述的固定支架11的材质为钢筋。
在实际使用时，本发明推杆7和测力计10在剪切盒两侧对称设置，使得测试的测试的准确性更高；固定支架11材质为钢筋，保证了直剪仪的稳定性，同时增强了直剪仪的耐用性。
综上所述，本发明通过支柱1、剪切盒、防滑机构、推杆7、凹槽9、固定支架11、压板12、千斤顶13、固定杆15和检测机构的设置，考虑了高宽比的影响，控制高宽比为0.17，尽可能使法向应力加载于土样上，消除直剪试验的尺寸效应；在剪切过程中，为了防止了上下剪切盒间的沿受力的垂直方向的相对滑移，设置了滑动机构，尽量减小了推力损失，从而使验结果的准确性得到提高，并且减少了直剪仪的制造成本，由于直剪仪的体积较小，在试验现场的操作简单、便捷。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。