CN106840919A - 一种快速准确加压的岩土体直剪试验仪 - Google Patents

一种快速准确加压的岩土体直剪试验仪 Download PDF

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李瑶
陈晓龙
李立辰
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和大钊
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Abstract

本发明公开了一种快速准确加压的岩土体直剪试验仪，包括平台和设在平台中间的预设滑轨，所述预设滑轨包括一长边，所述预设滑轨的上方设有下剪切盒，所述下剪切盒沿预设滑轨的长边滑动，所述下剪切盒的上方设有上剪切盒，所述上剪切盒的法向安装有刚性传递杆，所述刚性传递杆固接法向加压系统，所述法向加压系统通过刚性传递杆将法向加压系统产生的预设应力传递到上剪切盒的法向上，所述下剪切盒的一侧连接切向加压系统，下剪切盒的另一侧连接位移测量系统和拉压力测量系统。本发明能快速准确加压，增加了直剪试验的效率和准确性，适用于各类岩土体剪切性质的研究。

Description

一种快速准确加压的岩土体直剪试验仪
技术领域
本发明涉及岩土体直剪试验仪，尤其涉及一种快速准确加压的岩土体直剪试验仪。
背景技术
岩土体的剪切破坏是引起岩土工程失稳的最主要原因，岩土体的抗剪强度参数是在进行重大工程设计与稳定性分析时必须要考虑的重要因素。快速、准确测定岩土体的抗剪强度参数在岩土工程建设、科研中均具有重要意义。
直剪试验和三轴试验是目前最为常见的抗剪强度参数测定方法，而直剪试验以其操作简便、适用范围广等优点应用最为广泛。但直剪试验的最大缺点是试样内应力和应变分布不均匀性，应力施加范围小、施加应力分布不均匀，试验过程繁琐。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种能快速准确加压，增加了直剪试验的效率和准确性的快速准确加压的岩土体直剪试验仪。
本发明的实施例提供一种快速准确加压的岩土体直剪试验仪，包括平台和设在平台中间的预设滑轨，所述预设滑轨包括一长边，所述预设滑轨的上方设有下剪切盒，所述下剪切盒沿预设滑轨的长边滑动，所述下剪切盒的上方设有上剪切盒，所述上剪切盒的法向安装有刚性传递杆，所述刚性传递杆固接法向加压系统，所述法向加压系统通过刚性传递杆将法向加压系统产生的预设应力传递到上剪切盒的法向上，所述下剪切盒的一侧连接切向加压系统，下剪切盒的另一侧连接位移测量系统和拉压力测量系统。
进一步，所述下剪切盒的上部相对两侧沿预设滑轨的长边方向开有凹槽，所述凹槽内设有滚珠，所述下剪切盒的底部设有滚轮，所述下剪切盒通过滚轮和滚珠沿预设滑轨的长边方向滑动。
进一步，所述上剪切盒的上部设有透水石，所述透水石的上方设有刚性承载板。
进一步，所述下剪切盒通过拉杆连接切向加压系统。
进一步，所述切向加压系统包括气缸和伺服电机，所述气缸的一端连接拉杆，气缸的另一端连接伺服电机，所述伺服电机准确控制气缸产生的拉压力，所述气缸通过拉杆向下剪切盒施加拉压力。
进一步，所述伺服电机的下方垫有垫块。
进一步，所述法向加压系统包括横杆、竖杆和千斤顶，所述竖杆设在平台上，所述横杆的中间固接在竖杆的上端，所述横杆的一端与刚性传递杆相固接，横杆的另一端连接千斤顶。
进一步，所述横杆以横杆和竖杆的固接处为支点构成一等臂杠杆。
进一步，所述千斤顶上安装有压力表。
进一步，所述位移测量系统为拉线位移传感器系统，所述拉压力测量系统为应变式拉压力传感系统，所述位移测量系统和拉压力测量系统均通过拉绳连接下剪切盒，所述位移测量系统和拉压力测量系统的壳体均为硬质铝合金材质，所述位移测量系统和拉压力测量系统的线缆接头采用高档防水航空接头，所述拉绳采用表面包裹特氟龙材质的钢缆，所述位移测量系统和拉压力测量系统均由外接计算机控制。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明机械结构简单、操作方便、加压系统范围大、计算机记录准确且易于保存，能快速准确加压，增加了直剪试验的效率和准确性，适用于各类岩土体剪切性质的研究；
(2)本发明采取气缸电机系统对试样进行切向加压，相对于传统的岩土直剪试验仪加压更加便捷，且能在大范围内进行加压，消除了传统砝码加压系统操作繁琐与不稳定的缺陷，而且伺服电机转子的转速受输入信号控制，能快速反应，机电时间常数小、线性度高，能准确控制气缸产生的拉压力，气缸代替砝码，气缸使用操作方便，安装简单，输出力范围较大，对于使用环境的要求亦不高，无论高温操作或低温操作，气缸都可以正常的工作；
(3)本发明采取千斤顶和杠杆相结合进行法向加压，重量轻、结构紧、惯性小、传递荷载速度均匀平稳且加压范围大；
(4)本发明使用的位移测量系统和拉压力测量系统克服现有传感器结构单一、安装复杂、精度低且测量方法复杂和寿命短等缺点，尺寸小、长行程、长寿命、多用途、安装简便且无须补偿间隙，具有高精度、高重复性测量和高定位精度特性，测量范围广，寿命长，结构简单，频响特性好，能在恶劣条件下工作，易于实现小型化、整体化和品种多样化。
附图说明
图1是本发明一实施例的结构示意图。
图2是图1中下剪切盒的俯视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1和图2，本发明的实施例提供了一种快速准确加压的岩土体直剪试验仪，包括平台1和设在平台1中间的预设滑轨2，在一实施例中，预设轨道2包括一长边21，预设滑轨2的上方设有下剪切盒3，下剪切盒3沿长边21方向滑动，下剪切盒3的上方设有上剪切盒4，下剪切盒3的上部相对两侧沿预设滑轨2方向开有凹槽31，凹槽31内设有滚珠32，下剪切盒3的底部设有滚轮33，下剪切盒3通过滚轮33和滚珠32沿预设滑轨2的长边21方向滑动，上剪切盒4的上部设有透水石41，透水石41的上方设有刚性承载板42。
上剪切盒4的法向安装有刚性传递杆5，刚性传递杆5固接法向加压系统6，法向加压系统6通过刚性传递杆5将法向加压系统6产生的预设应力传递到上剪切盒4的法向上，法向加压系统6包括横杆61、竖杆62和千斤顶63，竖杆62设在平台1上，横杆61的中间固接在竖杆62的上端，横杆61的一端与刚性传递杆5相固接，横杆61的另一端连接千斤顶63，千斤顶63上安装有压力表(图中未示出)，在一实施例中，横杆61以横杆61和竖杆62的固接处为支点构成一等臂杠杆。
下剪切盒3的一侧连接切向加压系统7，在一实施例中，下剪切盒3通过拉杆31连接切向加压系统7，切向加压系统7包括气缸71和伺服电机72，气缸71的一端连接拉杆31，气缸71的另一端连接伺服电机72，伺服电机72准确控制气缸71产生的拉压力，气缸71通过拉杆31向下剪切盒3施加拉压力，伺服电机72的下方垫有垫块73。
下剪切盒3的另一侧连接位移测量系统8和拉压力测量系统9，位移测量系统8为拉线位移传感器系统，拉压力测量系统9为应变式拉压力传感系统，位移测量系统8和拉压力测量系统9均通过拉绳81连接下剪切盒3，位移测量系统8和拉压力测量系统9的壳体均为硬质铝合金材质，位移测量系统8和拉压力测量系统9的线缆接头采用高档防水航空接头，拉绳81采用表面包裹特氟龙材质的钢缆，位移测量系统8和拉压力测量系统9均由外接计算机控制。
工作过程：
①设计好试验过程中需要的法向应力F1与剪切力F2；
②将切割好的试样放置在下剪切盒3中，同时，放置好与下剪切盒3相连的切向加压系统7，并安装位移测量系统8与拉压力测量系统9，然后放置好上剪切盒4，并安装法向加压系统6，调整剪切缝的大小；
③按照步骤①确定的法向应力，通过千斤顶63施加，千斤顶63上安装有压力表，能保证施加的法向应力的大小精准，千斤顶63施加的法向应力通过等臂杠杆的作用传递给刚性传递杆5，刚性传递杆5再将法向应力传递至上剪切盒4，达到预定法向压力之后开始调节伺服电机72，伺服电机72驱动气缸71产生的剪切力，并准确控制气缸71产生的剪切力的大小，切向加压系统7通过拉杆31拉动下剪切盒3沿长边21方向滑动开始直剪试验；
④在整个直剪试验过程中，位移测量系统8自动实时记录试样的位移变化情况，拉压力测量系统9记录拉压力的变化情况。
本发明机械结构简单、操作方便、加压系统范围大、计算机记录准确且易于保存，能快速准确加压，增加了直剪试验的效率和准确性，适用于各类岩土体剪切性质的研究；采取气缸电机系统对试样进行切向加压，相对于传统的岩土直剪试验仪加压更加便捷，且能在大范围内进行加压，消除了传统砝码加压系统操作繁琐与不稳定的缺陷，而且伺服电机转子的转速受输入信号控制，能快速反应，机电时间常数小、线性度高，能准确控制气缸产生的拉压力，气缸代替砝码，气缸使用操作方便，安装简单，输出力范围较大，对于使用环境的要求亦不高，无论高温操作或低温操作，气缸都可以正常的工作；采取千斤顶和杠杆相结合进行法向加压，重量轻、结构紧、惯性小、传递荷载速度均匀平稳且加压范围大；使用的位移测量系统和拉压力测量系统尺寸小、长行程、长寿命、多用途、安装简便且无须补偿间隙，具有高精度、高重复性测量和高定位精度特性，测量范围广，寿命长，结构简单，频响特性好，能在恶劣条件下工作，易于实现小型化、整体化和品种多样化。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种快速准确加压的岩土体直剪试验仪，包括平台和设在平台中间的预设滑轨，所述预设滑轨包括一长边，其特征在于，所述预设滑轨的上方设有下剪切盒，所述下剪切盒沿预设滑轨的长边滑动，所述下剪切盒的上方设有上剪切盒，所述上剪切盒的法向安装有刚性传递杆，所述刚性传递杆固接法向加压系统，所述法向加压系统通过刚性传递杆将法向加压系统产生的预设应力传递到上剪切盒的法向上，所述下剪切盒的一侧连接切向加压系统，下剪切盒的另一侧连接位移测量系统和拉压力测量系统。
2.根据权利要求1所述的快速准确加压的岩土体直剪试验仪，其特征在于，所述下剪切盒的上部相对两侧沿预设滑轨的长边方向开有凹槽，所述凹槽内设有滚珠，所述下剪切盒的底部设有滚轮，所述下剪切盒通过滚轮和滚珠沿预设滑轨的长边方向滑动。
3.根据权利要求1所述的快速准确加压的岩土体直剪试验仪，其特征在于，所述上剪切盒的上部设有透水石，所述透水石的上方设有刚性承载板。
4.根据权利要求1所述的快速准确加压的岩土体直剪试验仪，其特征在于，所述下剪切盒通过拉杆连接切向加压系统。
5.根据权利要求4所述的快速准确加压的岩土体直剪试验仪，其特征在于，所述切向加压系统包括气缸和伺服电机，所述气缸的一端连接拉杆，气缸的另一端连接伺服电机，所述伺服电机准确控制气缸产生的拉压力，所述气缸通过拉杆向下剪切盒施加拉压力。
6.根据权利要求5所述的快速准确加压的岩土体直剪试验仪，其特征在于，所述伺服电机的下方垫有垫块。
7.根据权利要求1所述的快速准确加压的岩土体直剪试验仪，其特征在于，所述法向加压系统包括横杆、竖杆和千斤顶，所述竖杆设在平台上，所述横杆的中间固接在竖杆的上端，所述横杆的一端与刚性传递杆相固接，横杆的另一端连接千斤顶。
8.根据权利要求7所述的快速准确加压的岩土体直剪试验仪，其特征在于，所述横杆以横杆和竖杆的固接处为支点构成一等臂杠杆。
9.根据权利要求7所述的快速准确加压的岩土体直剪试验仪，其特征在于，所述千斤顶上安装有压力表。
10.根据权利要求1所述的快速准确加压的岩土体直剪试验仪，其特征在于，所述位移测量系统为拉线位移传感器系统，所述拉压力测量系统为应变式拉压力传感系统，所述位移测量系统和拉压力测量系统均通过拉绳连接下剪切盒，所述位移测量系统和拉压力测量系统的壳体均为硬质铝合金材质，所述位移测量系统和拉压力测量系统的线缆接头采用高档防水航空接头，所述拉绳采用表面包裹特氟龙材质的钢缆，所述位移测量系统和拉压力测量系统均由外接计算机控制。
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