直剪试验仪的制作方法

1.本技术涉及试验设备领域，具体而言，涉及一种直剪试验仪。


背景技术：

2.强度指标是岩土工程分析中最基本的力学指标，直剪试验是确定岩土材料强度指标的基本试验之一。传统的直剪试验仪在剪切过程中容易出现法向应力分布不均等问题，最终导致试验结果不够准确。


技术实现要素：

3.本技术的目的包括，例如，提供了一种直剪试验仪，其能够改善法向应力分布不均的问题，使得试验结果更加准确。
4.本技术的实施例可以这样实现：
5.第一方面，本技术提供一种直剪试验仪，包括第一剪切盒、第二剪切盒、第一驱动机构以及第二驱动机构，第一剪切盒的开口与第二剪切盒的开口在第一方向上相对，第一驱动机构用于驱动第一剪切盒在第二方向上移动，第二方向垂直于第一方向，第二驱动机构用于驱动第二剪切盒在第一方向上移动；
6.第二驱动机构包括第二驱动件和加载板，加载板的其中一面与第二剪切盒的底部外侧可滑动地连接，另一面与第二驱动件的输出端可转动地连接。
7.在可选的实施方式中，加载板通过滚动件抵接于第二剪切盒的底部外侧，以使加载板可相对于第二剪切盒在第二方向上滑动。
8.在可选的实施方式中，第二驱动件的输出端通过球头与加载板连接，以使得加载板可以相对于第二驱动件的输出端在多个方向上转动。
9.在可选的实施方式中，第二剪切盒的开口在第一方向上的投影落入第一剪切盒的开口中。
10.在可选的实施方式中，直剪试验仪还包括抵持件，抵持件用于抵持第二剪切盒以限制第二剪切盒在第二方向上移动。
11.在可选的实施方式中，抵持件通过轴承与第二剪切盒的外壁连接，以使第二剪切盒可相对于抵持件在第一方向上滑动。
12.在可选的实施方式中，第二剪切盒包括底板、围板和边板，围板可拆卸地连接于底板的边缘，边板的一端可拆卸地连接于围板远离底板的一端，边板的另一端向第二剪切盒的外侧延伸，边板与第一方向垂直，边板与第二剪切盒的开口能够共同覆盖第一剪切盒的开口。
13.在可选的实施方式中，围板上设置有螺孔，边板贴设于围板的外侧，并通过螺钉与围板上的螺孔配合来实现边板与围板的可拆卸连接。
14.在可选的实施方式中，第一剪切盒的底部外侧设置有滑动组件，第一剪切盒通过滑动组件与支撑面抵接，并可相对支撑面在第二方向上滑动。
15.在可选的实施方式中，第一驱动机构包括第一驱动件和拉杆，第一驱动件的输出端通过第一拉环与拉杆的一端连接，拉杆的另一端通过第二拉环与第一剪切盒的外壁连接。
16.本技术实施例的有益效果包括，例如：
17.本技术实施例提供的直剪试验仪，包括第一剪切盒、第二剪切盒、第一驱动机构以及第二驱动机构，第一剪切盒的开口与第二剪切盒的开口在第一方向上相对，第一驱动机构用于驱动第一剪切盒在第二方向上移动，第二方向垂直于第一方向，第二驱动机构用于驱动第二剪切盒在第一方向上移动。第二驱动机构包括第二驱动件和加载板，加载板的其中一面与第二剪切盒的底部外侧可滑动地连接，另一面与第二驱动件的输出端可转动地连接。当第一驱动机构驱动第一剪切盒相对于第二剪切盒在第二方向上运动时，第一剪切盒与第二剪切盒内部的岩土材料在两个剪切盒的开口处发生剪切滑移。第二驱动件输出的第一方向的压力先传递给加载板，再传递给第二剪切盒，最后传递给第二剪切盒内的岩土材料。由于第二驱动件的输出端与加载板之间可转动，加载板与第二剪切盒的底部外侧滑动连接，即便第二剪切盒存在微小的倾斜，加载板也会适应性地微小转动，使得加载板向第二剪切盒的底部外侧时是均匀地，也就保证了第二剪切盒内的岩土材料与第一剪切盒内的岩土材料之间的应力是均匀的，确保直剪试验结果的准确性。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
19.图1为本技术一种实施例中直剪试验仪内装入试样后的示意图；
20.图2为本技术一种实施例中使用直剪试验仪进行直剪试验过程中的示意图。
21.图标：010
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直剪试验仪；100
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第一剪切盒；110
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滑动组件；200
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第一驱动件；210
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拉杆；220
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第一拉环；230
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第二拉环；300
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第二剪切盒；310
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底板；320
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围板；330
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边板；340
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螺钉；400
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第二驱动件；410
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球头；420
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加载板；430
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滚动件；500
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抵持件；510
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轴承；020
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试样。
具体实施方式
22.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
23.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
24.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一
个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
25.在本技术的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
26.此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
27.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例中的特征可以相互结合。
28.强度指标是岩土工程分析中最基本的力学指标，直剪试验是确定岩土材料强度指标的基本试验之一。现有的使用直剪试验仪是在上下两个开口相对的剪切盒装入待测的岩土材料，然后向两个剪切盒施加一定的挤压力，同时推(拉)动使其中一个剪切盒在垂直于挤压方向上相对另一个剪切盒滑移，使得两个剪切盒内的岩土材料发生剪切滑移，通过检测推(拉)力来计算岩土材料的剪切应力，从而判断岩土材料的强度。传统的直剪试验仪在剪切过程中，使用驱动件施加法向载荷(与剪切盒的开口朝向一致)，但力传递给剪切盒，再传递给岩土材料后，由于剪切盒可能有略微倾斜，导致最终在剪切面处的法向应力分布不均，试验结果不够准确。
29.为了改善上述现有技术中剪切面处法向应力分布不均的问题，本技术实施例提出一种直剪试验仪，通过对驱动机构与剪切盒之间的传动结构进行了专门设计，来使得岩土材料在剪切面处的法向应力更加均匀。
30.图1为本技术一种实施例中直剪试验仪010内装入试样020后的示意图；图2为本技术一种实施例中使用直剪试验仪010进行直剪试验过程中的示意图。请参考图1和图2，本实施例提供的直剪试验仪010包括第一剪切盒100、第二剪切盒300、第一驱动机构以及第二驱动机构。第一剪切盒100的开口与第二剪切盒300的开口在第一方向(图中a方向)上相对，第一驱动机构用于驱动第一剪切盒100在第二方向(图中b方向)上移动，第二方向垂直于第一方向，第二驱动机构用于驱动第二剪切盒300在第一方向上移动。如图1和图2所示，第一方向可以为竖直向下的方向，第二方向可以为水平方向。
31.在本实施例中，第一驱动机构和第二驱动机构设置于支撑面上，支撑面是在直剪试验过程中保持静止的面，可以由地面、墙面形成，也可以由固定的支架形成。
32.在本实施例中，第一剪切盒100的开口朝上、底部朝下，第二剪切盒300的开口朝下、底部朝上，使得第一剪切盒100和第二剪切盒300的开口相对。第一剪切盒100的开口与第二剪切盒300的开口大致处于同一平面(可以在高度上具有较小的差别)，当第一剪切盒100和第二剪切盒300内填充有试样020(比如岩土材料)进行直剪试验时，剪切面即位于两个剪切盒的开口所在的平面。在本实施例中，剪切面呈水平。
33.在本实施例中，第一剪切盒100是一体成型的盒体，并且第一剪切盒100的开口大于第二剪切盒300的开口，使得第二剪切盒300的开口在第一方向上的投影落入第一剪切盒100的开口中。是第一剪切盒100的开口大于第二剪切盒300的开口，能够保证在第一剪切盒100相对于第二剪切盒300在第二方向上滑移时，至少在一段行程中试样020的剪切面大小保持不变，这样能够使剪切力保持相对稳定，也就使得通过剪切力、剪切面面积计算出来的剪切应力更加准确。
34.在本实施例中，第一驱动机构通过向第一剪切盒100提供拉力，来拉动第一剪切盒100在第二方向上移动。可以被采集第一驱动机构拉动第一剪切盒100的拉力，来表现试样020在剪切面处的剪切力。当然，为了使第一驱动机构的拉力能够更加准确地表征剪切力，应保证第一驱动机构的拉力方向与第二方向一致，并使第一剪切盒100与支撑面之间的阻力尽可能小。
35.为了减小第一剪切盒100的运动阻力(特指与支撑面之间的阻力)，在可选的实施方式中，第一剪切盒100的底部外侧设置有滑动组件110，第一剪切盒100通过滑动组件110与支撑面抵接，并可相对支撑面在第二方向上滑动。具体的，滑动组件110可以包括沿第二方向延伸的滑轨以及与滑轨配合的滑轮，滑动组件110也可以包括多个沿第二方向排列的滚轴。
36.进一步的，在本实施例中，第一驱动机构包括第一驱动件200和拉杆210，第一驱动件200的输出端通过第一拉环220与拉杆210的一端连接，拉杆210的另一端通过第二拉环230与第一剪切盒100的外壁连接。通过拉环来连接驱动件、拉杆210以及第一剪切盒100，使得连接处具有一定的灵活性，避免不必要的应力影响试验效果。
37.可选的，第一驱动件200可以是电机、气缸、液压缸以及各类的千斤顶。在本实施例中，第一驱动件200提供拉力，在可选的其他实施例中，第一驱动件200也可以是提供推力。
38.在本技术实施例中，第二驱动机构包括第二驱动件400和加载板420，加载板420的其中一面与第二剪切盒300的底部外侧可滑动地连接，另一面与第二驱动件400的输出端可转动地连接。在本实施例中，第二驱动件400可以是电机、气缸、液压缸以及各类的千斤顶。
39.具体在本实施例中，加载板420通过滚动件430抵接于第二剪切盒300的底部外侧，以使加载板420可相对于第二剪切盒300在第二方向上滑动。具体的，滚动件430可以是滚轴，多个滚轴在第二方向上平行间隔排列；滚动件430还可以是滚轮、滚珠轴承等。滚动件430可以设置在加载板420上，也可以设置在第二剪切盒300的底部外侧，只要能够实现将加载板420施加的压力传递给第二剪切盒300即可。
40.通过滚动件430来实现加载板420与第二剪切盒300之间的力的传递，使得加载板420与第二剪切盒300之间具有一定的灵活度，第二剪切盒300的轻微偏移不会导致加载板420与第二剪切盒300之间产生其他方向的应力，保证加载板420传递给第二剪切盒300底部的压力始终是垂直于加载板420的。
41.进一步的，第二驱动件400的输出端通过球头410与加载板420连接，以使得加载板420可以相对于第二驱动件400的输出端在多个方向上转动。可以理解，第二驱动件400的输出端仅限于在第一方向(包括反方向)运动，该球头410使得加载板420相对于第二驱动件400的输出端具有较大的自由度，避免了加载板420的轻微偏斜(可能是第二剪切盒300底部不平、第二剪切盒300倾斜等导致)导致驱动件的输出端与加载板420之间产生较大应力，也同时避免了加载板420受到除推力之外迫使其具有转动趋势的力，这样也保证了加载板420上各个位置输出给第二剪切盒300的力是均匀的。
42.在本实施例中，第二驱动件400的输出端连接在加载板420的几何中心处，并尽可能保证输出端对准第二剪切盒300的几何中心，尽量保证加载力时不偏心。
43.如图1和图2所示，直剪试验仪010还包括抵持件500，抵持件500用于抵持第二剪切盒300以限制第二剪切盒300在第二方向上移动。具体的，抵持件500为杆状，其一端抵接于
支撑面，另一端抵接于第二剪切盒300。抵持件500的延伸方向与第二方向一致。优选地，抵持件500的延长线经过第二剪切盒300的几何中心，这样可以尽可能保证第二剪切盒300在直剪试验过程中不易偏斜。
44.在可选的实施方式中，抵持件500通过轴承510与第二剪切盒300的外壁连接，以使第二剪切盒300可相对于抵持件500在第一方向上滑动。因为在直剪试验过程中，第二剪切盒300的高度可能会有一定的变化，通过轴承510来连接第二剪切盒300的外壁，使得抵持件500对第二剪切盒300的抵持力始终垂直于外壁，尽可能减少抵持件500对第二剪切盒300产生第一方向(或反方向)上的力，保证试验的准确性。当然，在可选的其他实施例中，轴承510也可以替换为一般的滚轮；抵持件500的形态也可以不是杆状，而是根据需要设计的其他形状。
45.在本实施例中，第二剪切盒300包括底板310、围板320和边板330，围板320可拆卸地连接于底板310的边缘，边板330的一端可拆卸地连接于围板320远离底板310的一端，边板330的另一端向第二剪切盒300的外侧延伸，边板330与第一方向垂直，边板330与第二剪切盒300的开口能够共同覆盖第一剪切盒100的开口。在试验准备阶段，装入试样020的过程中，边板330保持与围板320连接，而底板310卸下，使得试样020可以从第二剪切盒300底部(此时无底板310而形成开口)装入，而边板330覆盖了第一剪切盒100的边缘，保证试样020不会从第一剪切盒100边缘溢出，同时边板330也对第二剪切盒300提供了支撑，避免围板320嵌入到第一剪切盒100内的试样020中。
46.具体的，围板320上设置有螺孔，边板330贴设于围板320的外侧，并通过螺钉340与围板320上的螺孔配合来实现边板330与围板320的可拆卸连接。如图1中所示，边板330靠近围板320的一端具有一个“l形”连接端，能够与围板320端部的“反l形”连接端配合，并通过螺钉340连接。在装好试样020后，可以从围板320外侧拆除边板330，接下来就可以进行试验。在本实施例中，围板320和底板310也是通过“l形”连接端和“反l形”连接端配合，并通过螺钉340连接。
47.本技术实施例提供的直剪试验仪010的使用方法如下：
48.首先组装好第一剪切盒100，然后在第一剪切盒100内装满试样020；组装好第二剪切盒300的边板330、围板320，在第二剪切盒300的内壁涂上一层凡士林；将第二剪切盒300(此时还未组装底板310)的边板330所在的一端开口朝下，放在第一剪切盒100中的试样020表面，然后在第二剪切盒300内装满试样020；安装第二剪切盒300的底板310。将装满了试样020的第一剪切盒100、第二剪切盒300放到滑动组件110上，连接第一驱动机构和第一剪切盒100，并将抵持件500抵持在第二剪切盒300。在第二剪切盒300的底部外侧设置加载板420和滚动件430，再连接第二驱动件400(如图1所示)。进行直剪试验时，首先卸下第二剪切盒300的边板330(如图2所示)，然后第二驱动件400加载，第一驱动件200加载，使得第一剪切盒100以预设的速度沿第二方向位移。记录第一驱动件200和第二驱动件400的力值，力值可以用来判定试样020的强度。
49.本实施例的直剪试验仪010的特点在于：第一剪切盒100的开口面积小于第二剪切盒300的开口面积，保证在剪切过程中剪切面积不发生变化。拆除第二剪切盒300的边板330后形成预留的剪切缝。抵持件500设置有轴承510，有效减小第二剪切盒300与抵持件500的竖向摩擦力。加载板420、滚动件430、球头410的设置使得第二驱动件400输出的力最终传达
到第二剪切盒300底部时是均匀的。该直剪试验仪010既可以适用于土样的测试，也可以对岩石结构面试样进行检测。
50.综上所述，本技术实施例提供的直剪试验仪010，包括第一剪切盒100、第二剪切盒300、第一驱动机构以及第二驱动机构，第一剪切盒100的开口与第二剪切盒300的开口在第一方向上相对，第一驱动机构用于驱动第一剪切盒100在第二方向上移动，第二方向垂直于第一方向，第二驱动机构用于驱动第二剪切盒300在第一方向上移动。第二驱动机构包括第二驱动件400和加载板420，加载板420的其中一面与第二剪切盒300的底部外侧可滑动地连接，另一面与第二驱动件400的输出端可转动地连接。当第一驱动机构驱动第一剪切盒100相对于第二剪切盒300在第二方向上运动时，第一剪切盒100与第二剪切盒300内部的岩土材料在两个剪切盒的开口处发生剪切滑移。第二驱动件400输出的第一方向的压力先传递给加载板420，再传递给第二剪切盒300，最后传递给第二剪切盒300内的岩土材料。由于第二驱动件400的输出端与加载板420之间可转动，加载板420与第二剪切盒300的底部外侧滑动连接，即便第二剪切盒300存在微小的倾斜，加载板420也会适应性地微小转动，使得加载板420向第二剪切盒300的底部外侧时是均匀地，也就保证了第二剪切盒300内的岩土材料与第一剪切盒100内的岩土材料之间的应力是均匀的，确保直剪试验结果的准确性。
51.以上，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。