CN106018126B - 一种湿度可测的土体干湿循环环剪仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种湿度可测的土体干湿循环环剪仪，包括工作台和设于工作台上的主剪盒，还包括竖向加载装置、旋转动力驱动装置和干湿循环装置，所述竖向加载装置顶端设有百分表。本发明中的干湿循环装置解决了常规环剪试验仪器难以研究经历干湿循环过程的环形试样变形性质，湿度计用于测量干湿循环过程中的湿度大小，顶盘可拆卸，保证了环形试样装样过程的空间，有效地减少了装样过程的环形试样破坏；第一传力轴穿过顶盘的横杆上的通孔a沿竖直方向上下移动，使得加压横杆可以上下移动，保证了试验过程中对环形试样进行竖向加载的变形位移空间。

Description

一种湿度可测的土体干湿循环环剪仪

技术领域

本发明属于岩土工程测试技术领域，具体涉及一种湿度可测的土体干湿循环环剪仪。

背景技术

近年来，用于土体抗剪强度指标的测试方法有很多，测试效果也参差不齐，环剪试验是其中之一。环剪试验的优点在于试验自始至终，连续剪切的面积都保持恒定，使得我们在实验室中能精确地重现现场的残余剪应力状态。

但是传统的环剪仪在进行土的抗剪强度的测试时，只能对某一个固定含水量的环形试样进行研究，并不能对经历过干湿循环作用后的土体进行研究，不能满足模拟和研究实际工程中土体经历干湿循环过程的变形性质及规律。

模拟实际工程中环形试样大变形剪切的干湿循环变形性质，其实现过程存在一些难点，其中很重要的是干湿循环过程的实现以及干湿循环过程中湿度的测量。一方面，由于目前试验仪器和试验手段的限制，无法进行干湿循环的环剪试验；另一方面，干湿循环过程中如果湿度测量不准确，会直接导致对环形试样干湿循环过程中变形性质测量结果的不准确甚至错误。

发明内容

本发明的目的是克服目前常规环剪仪测试土体变形性质时只能测试环形试样处于某一固定含水率时的变形性质，而对经历干湿循环过程后含水率不断变化的土体的变形性质测定困难，难以模拟实际工程中土体经历干湿循环变化的问题。

为此，本发明提供了一种湿度可测的土体干湿循环环剪仪，包括工作台和设于工作台上的主剪盒，还包括竖向加载装置、旋转动力驱动装置和干湿循环装置，所述竖向加载装置顶端设有百分表；

所述工作台包括水平设置的工作平面和设于工作平面两端的支架，所述工作平面中心设有通孔b；

所述主剪盒包括顶盘、设于顶盘正下方且大小形状相同的底盘和设于顶盘两端的横杆，所述底盘中心设有底盘转轴，所述顶盘通过底盘转轴与底盘转动连接，所述顶盘下表面固定有顶盘内护环和顶盘内护环，所述底盘上表面设有底盘内护环和底盘内护环，所述顶盘内护环和顶盘内护环之间的环形空间以及底盘内护环和底盘内护环之间的环形空间组成环形试样槽，所述顶盘外侧垂直设有指针，所述底盘外侧一周设有两组0°~180°的刻度；

所述顶盘内护环和底盘内护环上下对应配合且均为双层，其中外层均为空心层形成环形通道且空心层的外侧面交错开设有多个小圆孔，所述顶盘外护环和底盘外护环上下对应配合且均为双层，其中内层均为空心层形成环形通道且空心层的内侧面交错开设有多个小圆孔；

所述横杆两端通过螺丝与设置在工作平面上的竖向支杆连接，所述横杆上中心两端对称设有通孔a，该横杆上端设有加压横杆，所述加压横杆两端对称连有第一传力轴，第一传力轴穿过通孔a后下端面连有环形加压板，所述第一传力轴的长度大于横杆的厚度且加压横杆与横杆不接触，所述环形加压板下表面和底盘上表面均关于圆心对称设有直形通道，所述环形加压板下表面的直形通道与顶盘外护环、顶盘内护环的环形通道相通，所述底盘上表面的直形通道与底盘外护环、底盘内护环的环形通道相通；

所述竖向加载装置设于加压横杆的上方，所述底盘的下端面连接有旋转轴，该旋转轴穿过通孔b 连接有旋转动力驱动装置；

所述干湿循环装置包括加湿装置和烘干器，所述蒸汽发生器和烘干器通过四通阀和传输导管与底盘上的直形通道及加压板的直形通道连通，所述底盘和环形加压板上均设置有均匀分布的多个湿度计探头，所述湿度计探头均与底盘平行设置，其中每个湿度计探头都通过导线连接有一个湿度计。

所述竖向加载装置为反力架。

所述反力架包括上横杆、下横杆以及连接上横杆和下横杆两端的两根竖杆，所述上横杆和下横杆分别位于工作平面的上下两侧，所述工作平面两端还对称设有通孔c ，所述竖杆通过通孔c 穿过工作平面；

所述上横杆中心固定有第二传力轴，该传力轴穿过上横杆，与加压横杆的中心位于一条直线上，所述第二传力轴顶端连接有百分表，所述下横杆中心设有杠杆，该杠杆穿过下横杆的前后侧，所述杠杆一端设有平衡锤，另一端设有托盘。

所述底盘转轴顶端设有固定连接扣，所述顶盘下端面设有与固定连接扣匹配的连接槽。

所述湿度计探头呈扁形端子状，该湿度计探头的1/3部分镶嵌在底盘或环形加压板内部，其余2/3凸起部分裸露在外部。

所述旋转动力驱动装置为旋转电机。

干湿循环装置关于环剪仪中心轴对称设置有两个。

所述加湿装置为蒸汽发生器。

所述蒸汽发生器设有蒸汽阀，所述烘干器设有烘干阀。

本发明的有益效果是：本发明中的干湿循环装置解决了常规环剪试验仪器难以研究经历干湿循环过程的环形试样变形性质，湿度计用于测量干湿循环过程中的湿度大小，顶盘可拆卸，保证了环形试样装样过程的空间，有效地减少了装样过程的环形试样破坏；第一传力轴穿过顶盘的横杆上的通孔a 沿竖直方向上下移动，使得加压横杆可以上下移动，保证了试验过程中对环形试样进行竖向加载的变形位移空间。

下面将结合附图做进一步详细说明。

附图说明

图1是主剪盒半剖面图；

图2是顶盘正视剖面图；

图3是顶盘俯视图；

图4是底盘正视剖面图；

图5是底盘俯视图；

图6是本发明环剪仪的整体结构示意图；

图7是反力架的杠杆示意图。

图中：1、底盘；2、底盘外护环；2-1、底盘外护环空心层；2-2、底盘外护环实心层；3、底盘内护环；3-1、底盘内护环空心层；3-2、底盘内护环实心层；4、湿度计探头；5、底盘转轴；6、环形试样；7、顶盘外护环；7-1、顶盘外护环空心层；7-2、顶盘外护环实心层；8、顶盘内护环；8-1、顶盘内护环空心层；8-2、顶盘内护环实心层；9、环形加压板；10、顶盘；11、第一传力轴；12-1、通孔a；12-2、通孔b；12-3、通孔c；13、加压横杆；14、第二传力轴；15、螺丝；16、支杆；17、环形通道；18、直形通道；19、指针；20、旋转轴；21、反力架；21-1、上横杆；21-2、下横杆；22、竖杆；23、工作平面；24、支架；25、杠杆；26、托盘；27、砝码；28、百分表；29、传输导管；30、四通阀；31、蒸汽阀；32、烘干阀；33、干湿循环装置；34、导线；35、湿度计；36、旋转动力驱动装置；37、转轴中心轴；38、转轴套筒；39、固定连接扣；40、环形试样槽；41、小圆孔；42、连接槽；43、平衡锤；44、刻度。

具体实施方式

实施例1：

本实施例提供了一种湿度可测的土体干湿循环环剪仪，包括工作台和设于工作台上的主剪盒，还包括竖向加载装置、旋转动力驱动装置36和干湿循环装置33，所述竖向加载装置顶端设有百分表28；

所述工作台包括水平设置的工作平面23和设于工作平面23两端的支架24，所述工作平面23中心设有通孔b 12-2；

如图1所示，主剪盒包括顶盘10、设于顶盘10正下方且大小形状相同的底盘1和设于顶盘10两端的横杆，所述底盘1中心设有底盘转轴5，所述顶盘10通过底盘转轴5与底盘1转动连接，所述顶盘10下表面固定有顶盘内护环8和顶盘内护环8，所述底盘1上表面设有底盘内护环3和底盘内护环3，所述顶盘内护环8和顶盘内护环8之间的环形空间以及底盘内护环3和底盘内护环3之间的环形空间组成环形试样槽40，所述顶盘10外侧垂直设有指针19，所述底盘1外侧一周设有两组0°~180°的刻度44（如图5所示）；

所述顶盘内护环8和底盘内护环3上下对应配合且均为双层，其中外层均为空心层（即顶盘内护环空心层8-1和底盘内护环空心层3-1）形成环形通道17且空心层的外侧面（即靠近环形试样6一侧）交错开设有多个小圆孔41，所述顶盘外护环7和底盘外护环2上下对应配合且均为双层，其中内层均为空心层（即顶盘外护环空心层7-1和底盘外护环空心层2-1）形成环形通道17且空心层的内侧面（即靠近环形试样6一侧）交错开设有多个小圆孔41，如图2、图4所示，底盘外护环2由底盘外护环空心层2-1和底盘外护环实心层2-2组成，底盘内护环3由底盘内护环空心层3-1和底盘内护环实心层3-2组成，顶盘外护环7由顶盘外护环空心层7-1和顶盘外护环实心层7-2组成，顶盘内护环8由顶盘内护环空心层8-1和顶盘内护环实心层8-2组成；

所述横杆两端通过螺丝15与设置在工作平面23上的竖向支杆16连接，所述横杆上中心两端对称设有通孔a 12-1，该横杆上端设有加压横杆13，所述加压横杆13两端对称连有第一传力轴11，第一传力轴11穿过通孔a 12-1后下端面连有环形加压板9，所述第一传力轴11的长度大于横杆的厚度且加压横杆13与横杆不接触，所述环形加压板9下表面和底盘1上表面均关于圆心对称设有直形通道18，所述环形加压板9下表面的直形通道18与顶盘外护环7、顶盘内护环8的环形通道17相通，所述底盘1上表面的直形通道18与底盘外护环2、底盘内护环3的环形通道17相通；

所述竖向加载装置设于加压横杆13的上方，所述底盘1的下端面连接有旋转轴20，该旋转轴20穿过通孔b 12-2连接有旋转动力驱动装置36；

所述干湿循环装置33包括加湿装置和烘干器，所述蒸汽发生器和烘干器通过四通阀30和传输导管29与底盘1上的直形通道18及加压板的直形通道18连通，所述底盘1和环形加压板9上均设置有均匀分布的多个湿度计探头4，所述湿度计探头4均与底盘1平行设置，其中每个湿度计探头4都通过导线34连接有一个湿度计35。

本发明工作原理及过程：

试验开始之前，先在支杆16上固定一个螺丝15，再把制备好的环形试样6放入底盘1内的环形试样槽40，然后把顶盘10的横杆放置在固定好的螺丝15上，由于第一传力轴11可以在横杆的通孔a 12-1内竖向移动，此时抬起环形加压板9，同时调整螺丝15至顶盘10下端面与底盘转轴5连接，然后用另一个螺丝15将顶盘10固定好，此时将抬起的环形加压板9轻轻的放置在环形试样6（环形加压板9与环形试样6的形状及大小一致）上，至此，装样完毕。

进行试验时，打开竖向加载装置、湿度计35、旋转动力驱动装置36和干湿循环装置33，根据需要加载一定的竖向力，环形试样6的竖向位移可以通过百分表28读出剪应变的读数；在此过程中，旋转动力驱动装置36会通过底盘转轴5带动底盘1转动，在底盘1转动的同时顶盘10保持静止不动的状态，试验时随着底盘1的转动，指针19指示底盘1上的刻度44，所读取的指针19转动的角度即为环形试样6的角位移，可以转换得出环形试样6的剪切变形；顶盘10和底盘1的直形通道18通过传输导管29连接着干湿循环装置33，传输导管29通过一个四通阀30分别连接干湿循环装置33的加湿装置和烘干器，通过开关调节加湿装置或者烘干器可以控制对环形试样6进行的增湿过程或者减湿过程。试验结束后，关闭湿度计35、旋转动力驱动装置36以及干湿循环装置33，顶盘10可以拆卸掉，方便下次装样，操作十分简便。

本实施例中，底盘1外侧一周设有两组0°~180°的刻度44，两组刻度44简化了试验时的装样过程，节约了试验所消耗的时间；在顶盘10外侧垂直设有指针19，指针19悬空指向底盘1上的刻度44，一方面保证了旋转剪切时旋转角度的清晰可见而且观测方便，另一方面，0°~180°的刻度44还为分级加载的环剪试验提供了可能。

底盘1和环形加压板9上的湿度计探头4均匀分布且多个设置，使得干湿循环试验时可以同时采集试样不同部位的湿度值，最后取其平均值，确保了试验过程中湿度测量的精度。

顶盘10可通过横杆两端的螺丝15进行拆卸，保证了环形试样6装样过程的空间，有效地减少了装样过程的试样破坏。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种如图6所示的湿度可测的土体干湿循环环剪仪，所述竖向加载装置为反力架；如图3所示，底盘转轴5顶端设有固定连接扣39，所述顶盘10下端面设有与固定连接扣39匹配的连接槽42。

其中，如图7所示，反力架21包括上横杆21-1、下横杆21-2以及连接上横杆21-1和下横杆21-2两端的两根竖杆22，所述上横杆和下横杆分别位于工作平面23的上下两侧，所述工作平面23两端还对称设有通孔c 12-3，所述竖杆22通过通孔c 12-3穿过工作平面23；

上横杆中心固定有第二传力轴14，该传力轴穿过上横杆，与加压横杆13的中心位于一条直线上，所述第二传力轴14顶端连接有百分表28，所述下横杆中心设有杠杆25，该杠杆25穿过下横杆的前后侧，所述杠杆25一端设有平衡锤43，另一端设有托盘26。试验时将托盘26上放置砝码27即可进行竖向加载，杠杆25左端设置有平衡锤43，杠杆25右端自重和托盘26重量由平衡锤43抵消，形成杠杆25的初始平衡状态。

工作过程：

装样：试验开始之前，先在支杆16上固定一个螺丝15，再把制备好的环形试样6放入底盘1内的环形试样槽40，然后把顶盘10的横杆放置在固定好的螺丝15上，由于第一传力轴11可以在横杆的通孔a 12-1内竖向移动，此时抬起环形加压板9，同时调整螺丝15至顶盘10的连接槽42与底盘1的固定连接扣39刚好相接，然后用另一个螺丝15将顶盘10固定好，此时将抬起的环形加压板9轻轻的放置在环形试样6上，至此，装样完毕。

进行试验时，根据测试需要在托盘26上放砝码27，同时打开湿度计35、旋转动力驱动装置36和干湿循环装置33，环形试样6的竖向位移可以通过第一传力轴11经加压横杆13传到第二传力轴14，再通过第二传力轴14上的百分表28读出剪应变的读数；在此过程中，旋转动力驱动装置36会通过底盘转轴5带动底盘1转动，在底盘1转动的同时顶盘10保持静止不动的状态，试验时随着底盘1的转动，指针19指示底盘1上的刻度44，所读取的指针19转动的角度即为环形试样6的角位移，可以转换得出环形试样6的剪切变形；顶盘10和底盘1的直形通道18通过传输导管29连接着干湿循环装置33，传输导管29通过一个四通阀30分别连接干湿循环装置33的加湿装置和烘干器，通过开关调节加湿装置或者烘干器可以控制对环形试样6进行的增湿过程或者减湿过程。试验结束后，关闭湿度计35、旋转动力驱动装置36以及干湿循环装置33即可，操作十分简便。

实施例3：

在实施例2的基础上，本实施例提供了一种湿度可测的土体干湿循环环剪仪，所述湿度计探头4呈扁形端子状，该湿度计探头4的1/3部分镶嵌在底盘1或环形加压板9内部，其余2/3凸起部分裸露在外部。底盘转轴5包括转轴中心轴37和转轴套筒38。

湿度计探头4与底盘1平行设置，凸起部分试验时嵌在环形试样6里（由于探头镶嵌在环形试样6中的部分相对于环形试样6体积来说很小，因此可以忽略其对试验结果的影响），这些凸起一方面可测量土体环形试样6的湿度，另一方面可以在旋转剪切时起到固定环形试样6的作用；试验时顶盘10保持固定不动，同时底盘1绕转轴中心轴37旋转。

本实施例中，所述旋转动力驱动装置36为旋转电机；加湿装置为蒸汽发生器；蒸汽发生器设有蒸汽阀31，所述烘干器设有烘干阀32；干湿循环装置33关于环剪仪中心轴对称设置有两个，保证环形试样6增湿或者减湿的均匀。

本实施例没有具体描述的部分都属于本技术领域的公知常识和公知技术，此处不再详细说明。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种湿度可测的土体干湿循环环剪仪，包括工作台和设于工作台上的主剪盒，其特征在于：还包括竖向加载装置、旋转动力驱动装置（36）和干湿循环装置（33），所述竖向加载装置顶端设有百分表（28）；

所述工作台包括水平设置的工作平面（23）和设于工作平面（23）两端的支架（24），所述工作平面（23）中心设有通孔b（12-2）；

所述主剪盒包括顶盘（10）、设于顶盘（10）正下方且大小形状相同的底盘（1）和设于顶盘（10）两端的横杆，所述底盘（1）中心设有底盘转轴（5），所述顶盘（10）通过底盘转轴（5）与底盘（1）转动连接，所述顶盘（10）下表面固定有顶盘内护环（8）和顶盘内护环（8），所述底盘（1）上表面设有底盘内护环（3）和底盘内护环（3），所述顶盘内护环（8）和顶盘内护环（8）之间的环形空间以及底盘内护环（3）和底盘内护环（3）之间的环形空间组成环形试样槽（40），所述顶盘（10）外侧垂直设有指针（19），所述底盘（1）外侧一周设有两组0°~180°的刻度（44）；

所述顶盘内护环（8）和底盘内护环（3）上下对应配合且均为双层，其中外层均为空心层形成环形通道（17）且空心层的外侧面交错开设有多个小圆孔（41），所述顶盘外护环（7）和底盘外护环（2）上下对应配合且均为双层，其中内层均为空心层形成环形通道（17）且空心层的内侧面交错开设有多个小圆孔（41）；

所述横杆两端通过螺丝（15）与设置在工作平面（23）上的竖向支杆（16）连接，所述横杆上中心两端对称设有通孔a（12-1），该横杆上端设有加压横杆（13），所述加压横杆（13）两端对称连有第一传力轴（11），第一传力轴（11）穿过通孔a（12-1）后下端面连有环形加压板（9），所述第一传力轴（11）的长度大于横杆的厚度且加压横杆（13）与横杆不接触，所述环形加压板（9）下表面和底盘（1）上表面均关于圆心对称设有直形通道（18），所述环形加压板（9）下表面的直形通道（18）与顶盘外护环（7）、顶盘内护环（8）的环形通道（17）相通，所述底盘（1）上表面的直形通道（18）与底盘外护环（2）、底盘内护环（3）的环形通道（17）相通；

所述竖向加载装置设于加压横杆（13）的上方，所述底盘（1）的下端面连接有旋转轴（20），该旋转轴（20）穿过通孔b（12-2）连接有旋转动力驱动装置（36）；

所述干湿循环装置（33）包括加湿装置和烘干器，所述加湿装置和烘干器通过四通阀（30）和传输导管（29）与底盘（1）上的直形通道（18）及加压板的直形通道（18）连通，所述底盘（1）和环形加压板（9）上均设置有均匀分布的多个湿度计探头（4），所述湿度计探头（4）均与底盘（1）平行设置，其中每个湿度计探头（4）都通过导线（34）连接有一个湿度计（35）；

所述竖向加载装置为反力架（21），所述底盘转轴（5）顶端设有固定连接扣（39），所述顶盘（10）下端面设有与固定连接扣（39）匹配的连接槽（42）。

2.根据权利要求1所述的一种湿度可测的土体干湿循环环剪仪，其特征在于：所述反力架（21）包括上横杆（21-1）、下横杆（21-2）以及连接上横杆（21-1）和下横杆（21-2）两端的两根竖杆（22），所述上横杆（21-1）和下横杆（21-2）分别位于工作平面（23）的上下两侧，所述工作平面（23）两端还对称设有通孔c（12-3），所述竖杆（22）通过通孔c（12-3）穿过工作平面（23）；

所述上横杆（21-1）中心固定有第二传力轴（14），该传力轴穿过上横杆（21-1），与加压横杆（13）的中心位于一条直线上，所述第二传力轴（14）顶端连接有百分表（28），所述下横杆（21-2）中心设有杠杆（25），该杠杆（25）穿过下横杆（21-2）的前后侧，所述杠杆（25）一端设有平衡锤（43），另一端设有托盘（26）。

3.根据权利要求1-2任一项所述的一种湿度可测的土体干湿循环环剪仪，其特征在于：所述湿度计探头（4）呈扁形端子状，该湿度计探头（4）的1/3部分镶嵌在底盘（1）或环形加压板（9）内部，其余2/3凸起部分裸露在外部。

4.根据权利要求1-2任一项所述的一种湿度可测的土体干湿循环环剪仪，其特征在于：所述旋转动力驱动装置（36）为旋转电机。

5.根据权利要求1-2任一项所述的一种湿度可测的土体干湿循环环剪仪，其特征在于：所述干湿循环装置（33）关于环剪仪中心轴对称设置有两个。

6.根据权利要求1-2任一项所述的一种湿度可测的土体干湿循环环剪仪，其特征在于：所述加湿装置为蒸汽发生器。

7.根据权利要求6任一项所述的一种湿度可测的土体干湿循环环剪仪，其特征在于：所述蒸汽发生器设有蒸汽阀（31），所述烘干器设有烘干阀（32）。