CN103454162A

CN103454162A - 现场室内两用可循环加载的中型直剪仪

Info

Publication number: CN103454162A
Application number: CN2013104133135A
Authority: CN
Inventors: 胡伟; 冷先伦; 徐开民
Original assignee: Wuhan Institute of Rock and Soil Mechanics of CAS
Current assignee: Wuhan Institute of Rock and Soil Mechanics of CAS
Priority date: 2013-09-12
Filing date: 2013-09-12
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2033-09-12
Also published as: CN103454162B

Abstract

本发明公开了一种现场室内两用可循环加载的中型直剪仪，涉及岩土工程领域的直剪仪。本发明的结构是：从下到上，底座（13.3）、饱水缸（8）的底面、下剪切盒（11）、滚珠（10）、上剪切盒（9）、滚轴排（6）、传力板（5）、垂直压力传感器（4）和伺服液压千斤顶（1）依次连接，对上剪切盒（9）和下剪切盒（11）中的试样（0）施加垂直压力；伺服电机（17）、减速器（18）、水平拉压传感器（19）、传力杆（20）和上剪切盒（9）的右面依次连接，驱动上剪切盒（9）对试样（0）施加剪切力。本直剪仪为中型直剪仪，结构简单，均为钢制构件，功能部件通过螺栓连接，方便拆卸和运输，适用于现场和室内的生产与教学之中。

Description

现场室内两用可循环加载的中型直剪仪

技术领域

本发明涉及岩土工程领域的直剪仪，尤其涉及一种现场室内两用可循环加载的中型直剪仪，适用于土体材料的抗剪强度测试。

背景技术

岩土工程的失稳绝大多数是由于剪切破坏引起的，准确测定岩土体的抗剪强度参数在岩土工程建设中具有重要意义。目前，常用的抗剪强度参数测定方法有三轴和直剪试验，其中直剪试验由于操作简单、适用范围广而应用最为普遍。

在直剪试验广泛应用的同时，直剪仪也在不断改进，由早期小尺寸应力控制式发展到现今应力应变控制式大尺寸多功能直剪仪。如：长江科学研究院土工研究所的室内 DHJ60 型叠环式剪切试验机，试样是尺寸为 600 mm×600 mm×600 mm 的立方体；该种直剪仪的最大特点是消除了常规直剪仪中剪切面单一的缺点，使试样有可能沿最弱的剪切面发生破坏；四川大学水电学院研制的粗粒土直剪仪，通过上下剪切盒的相对运动以保证试验过程中垂直荷载始终不偏心；大尺寸的直剪仪可用于粗粒土的强度测试，但试样的尺寸越大、粗颗粒含量越高对于制备原状样及装载试样来说更加困难。

在滑坡稳定性分析中，最重要的参数是滑带土的残余强度，可通过循环直剪剪切试验测得强度。因此在综合考虑设备的适用性和功能性的前提下，需要研发一款既能满足一定粒径尺寸试样，又可方便改造适用多种条件试验的直剪仪。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种现场室内两用可循环加载的中型直剪仪。

本发明的目的是这样实现的：

一、现场室内两用可循环加载的中型直剪仪（简称直剪仪）

本发明包括试样、伺服液压千斤顶、千斤顶复位器、垂直位移传感器、垂直压力传感器、传力板、滚轴排、水平位移传感器、饱水缸、上剪切盒、滚珠、下剪切盒、固定螺栓、支座反力框架、数据线、数据采集仪、电脑、伺服电机、减速器、水平拉压传感器和传力杆；

支座反力框架由上下依次连接的顶板、四根支柱和底座组成；

其位置和连接关系是：

从下到上，底座、饱水缸的底面、下剪切盒、滚珠、上剪切盒、滚轴排、传力板、垂直压力传感器和伺服液压千斤顶1依次连接，对上剪切盒9和下剪切盒中的试样施加垂直压力；

伺服电机、减速器、水平拉压传感器、传力杆和上剪切盒的右面依次连接，驱动上剪切盒对试样施加剪切力；

电脑、数据采集仪、数据线依次连接，数据线分别与水平位移传感器、垂直位移传感器、垂直压力传感器和水平拉压传感器连接，采集数据；

水平位移传感器设置在上剪切盒的左面，垂直位移传感器设置在传力板的上面；

千斤顶复位器和伺服液压千斤顶连接，将伺服液压千斤顶卸载后复位。

二、现场室内两用可循环加载中型直剪仪的使用方法（简称使用方法）

本使用方法是：

①将试样装载于上剪切盒和下剪切盒之中，再通过固定螺栓将下剪盒固定在底座之上；

②将传力板、滚轴排安置在上剪切盒上，通过销钉将上剪切盒与水平传力杆相连；

③将垂直位移传感器与传力板接触，水平位移传感器与上剪切盒垂直与剪切方向侧面相接触；

④开启电源，通过电脑控制将传感器读数清零，启动垂直伺服液压千斤顶，对试样进行加载至预定压力条件；

⑤待垂直压力稳定之后，即可启动伺服电机进行水平剪切力的加载；

⑥通过推动上剪切盒，达到预定要求水平位移之后即可停止试验，保存试验数据。

本发明具有下列优点和积极效果：

①本直剪仪可对试样进行循环剪切，也可对试样进行饱和条件下的剪切试验；

②本直剪仪自动化程度较高，不同加载条件均可在直剪仪电源控制面板上调试实施，测试数据可通过采集仪自动采集和在电脑上实时显示；

③本直剪仪为中型直剪仪，结构简单，均为钢制构件，功能部件通过螺栓连接，方便拆卸和运输，适用于现场和室内的生产与教学之中。

附图说明

图1.1是本直剪仪的结构示意图（主视）；

图1.2是本直剪仪的结构示意图（侧视）；

图2.1是上剪切盒的结构示意图（主视），

图2.2是上剪切盒的结构示意图（侧视），

图2.3是上剪切盒的结构示意图（俯视）；

图3.1是下剪切盒的结构示意图（主视），

图3.2是下剪切盒的结构示意图（侧视），

图3.3是下剪切盒的结构示意图（俯视）。

图中：

0—试样；　　　　　　1—伺服液压千斤顶；

2—千斤顶复位器， 2.1—手动轮轴， 2.2—提升板；

3—垂直位移传感器；　4—垂直压力传感器； 5—传力板；

6—滚轴排；　　　7—水平位移传感器； 8—饱水缸；

9—上剪切盒； 10—滚珠；　 11—下剪切盒；

12—固定螺栓；　　　

13—支座反力框架， 13.1—顶板，13.2—支柱， 13.3—底座；

14—数据线； 15—数据采集仪； 16—电脑；

17—伺服电机； 18—减速器；　　

19—水平拉压传感器； 20—传力杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明详细说明：

一、总体

如图1.1、1.2，本发明包括试样0、伺服液压千斤顶1、千斤顶复位器2、垂直位移传感器3、垂直压力传感器4、传力板5、滚轴排6、水平位移传感器7、饱水缸8、上剪切盒9、滚珠10、下剪切盒11、固定螺栓12、支座反力框架13、数据线14、数据采集仪15、电脑16、伺服电机17、减速器18、水平拉压传感器19和传力杆20；

支座反力框架13由上下依次连接的顶板13.1、四根支柱13.2和底座13.3组成；

其位置和连接关系是：

从下到上，底座13.3、饱水缸8的底面、下剪切盒11、滚珠10、上剪切盒9、滚轴排6、传力板5、垂直压力传感器4和伺服液压千斤顶1依次连接，对上剪切盒9和下剪切盒11中的试样0施加垂直压力；

伺服电机17、减速器18、水平拉压传感器19、传力杆20和上剪切盒9的右面依次连接，驱动上剪切盒9对试样0施加剪切力；

电脑16、数据采集仪15、数据线14依次连接，数据线14分别与水平位移传感器7、垂直位移传感器3、垂直压力传感器4和水平拉压传感器19连接，采集数据；

水平位移传感器7设置在上剪切盒9的左面，垂直位移传感器3设置在传力板5的上面；

千斤顶复位器２和伺服液压千斤顶1连接，将伺服液压千斤顶1卸载后复位。

工作机理：

本发明是基于库伦理论试验土体抗剪强度测试的仪器，主要是通过上、下剪切盒9、11之间产生水平位移达到对试样0的剪切。测试时，试样0装载在上、下剪切盒9、11之中，上、下剪切盒9、11之间通过滚珠10相接触；下剪切盒11固定在底座13.3上，上剪切盒9的顶部放置滚轴排6和传力板5。传力板5上放置的垂直压力传感器4与伺服液压千斤顶1相连，伺服液压千斤顶1对试样0施加垂直压力，垂直压力和垂直位移可通过垂直压力传感器4和垂直位移传感器3检测；上剪切盒9可在水平传力杆20的驱动下在滚珠10和滚轴排6之间水平移动达到剪切试样0的效果，水平压力和拉力由伺服电机17提供，可通过安装在水平传力杆20和变速器18之间的水平拉压传感器19测取。水平相对位移通过安置在上剪切盒9后端的水平位移传感器7测得；在试验过程中所测得的数据均储存在数据采集仪15中，当上下剪盒之间的相对位移达到要求时，试验结束。

二、功能部件

1、上剪切盒9

如图2.1、2.2、2.3，上剪切盒9是一种金属方形框，无盖无底，由钢板和螺栓拼接而成。

内径：长×宽×高=20cm×20cm×15cm。

2、下剪切盒11

如图3.1、3.2、3.3，下剪切盒11是一种金属方形容器，无盖有底，由钢板和螺栓拼接而成；其左右两边的顶部设置有U形槽，在U形槽内放置有滚珠，便于其上的上剪切盒9容易滑动。

内径：长×宽×高=20cm×20cm×5cm。

3、千斤顶复位器2

如图1.1、1.2，千斤顶复位器２包括两个手动轮轴2.1和提升板2.2，两个手动轮轴2.1的丝杆分别置于顶板13.1的两个螺孔内，丝杆的端部分别与提升板2.2的两端连接；伺服液压千斤顶1的中部固定于顶板13.1的中间孔内，伺服液压千斤顶1的端部和千斤顶复位器2的提升板2.2的中部连接。

伺服液压千斤顶1卸载后无法自动复位，需通过千斤顶复位器２手动将伺服液压千斤顶1复位。

Claims

1.一种现场室内两用可循环加载的中型直剪仪，其特征在于：

包括试样（0）、伺服液压千斤顶（1）、千斤顶复位器（2）、垂直位移传感器（3）、垂直压力传感器（4）、传力板（5）、滚轴排（6）、水平位移传感器（7）、饱水缸（8）、上剪切盒（9）、滚珠（10)、下剪切盒(11)、固定螺栓(12)、支座反力框架（13）、数据线（14）、数据采集仪（15）、电脑（16）、伺服电机（17）、减速器（18）、水平拉压传感器（19）和传力杆（20）；

支座反力框架（13）由上下依次连接的顶板（13.1）、四根支柱（13.2）和底座（13.3）组成；

其位置和连接关系是：

从下到上，底座（13.3）、饱水缸（8）的底面、下剪切盒（11）、滚珠（10）、上剪切盒（9）、滚轴排（6）、传力板（5）、垂直压力传感器（4）和伺服液压千斤顶（1）依次连接，对上剪切盒（9）和下剪切盒（11）中的试样（0）施加垂直压力；

伺服电机（17）、减速器（18）、水平拉压传感器（19）、传力杆（20）和上剪切盒（9）的右面依次连接，驱动上剪切盒（9）对试样（0）施加剪切力；

电脑（16)、数据采集仪（15）、数据线（14）依次连接，数据线（14）分别与水平位移传感器（7）、垂直位移传感器（3）、垂直压力传感器（4）和水平拉压传感器（19）连接，采集数据；

水平位移传感器（7）设置在上剪切盒（9）的左面，垂直位移传感器（3）设置在传力板（5）的上面；

千斤顶复位器(２)和伺服液压千斤顶（1）连接，将伺服液压千斤顶（1）卸载后复位。

2.按权利要求1所述的直剪仪，其特征在于：

所述的上剪切盒（9）是一种金属方形框，无盖无底，由钢板和螺栓拼接而成；

内径：长×宽×高=20cm×20cm×15cm。

3.按权利要求1所述的直剪仪，其特征在于：

所述的下剪切盒（11）是一种金属方形容器，无盖有底，由钢板和螺栓拼接而成；其左右两边的顶部设置有U形槽，在U形槽内放置有滚珠，便于其上的上剪切盒（9）容易滑动；

内径：长×宽×高=20cm×20cm×5cm。

4.按权利要求1所述的直剪仪，其特征在于：

千斤顶复位器(２)包括两个手动轮轴（2.1）和提升板（2.2），两个手动轮轴（2.1）的丝杆分别置于顶板（13.1）的两个螺孔内，丝杆的端部分别与提升板（2.2）的两端连接；伺服液压千斤顶（1）的中部固定于顶板（13.1）的中间孔内，伺服液压千斤顶（1）的端部和千斤顶复位器（2）的提升板（2.2）的中部连接；

伺服液压千斤顶（1）卸载后无法自动复位，需通过千斤顶复位器（２）手动将伺服液压千斤顶（1）复位。