CN107389472A - 一种机械十字板剪切仪及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机械十字板剪切仪及其使用方法，包括中心转轴、十字板头、外套管、管靴和扭矩测量装置，中心转轴安放在外套管内部，外套管底端固定连接管靴，中心转轴底端连接十字板头；该十字板剪切仪在进行现场十字板剪切试验时，通过增加护管和管靴消除土体对轴杆的摩擦力和机械阻力扭矩，在测定土体不排水抗剪强度时直接可以测出实际土体不排水抗剪强度，计算得出的指标更接近真实值。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程原位测试的装置，具体的是涉及一种机械十字板剪切仪及其使用方法。
背景技术
在岩土工程勘察领域，为了测定饱和软黏土的不排水抗剪强度、重塑土的不排水抗剪强度和土体的灵敏度，通常采用原位十字板剪切试验。原位十字板剪切仪分为有机械式和电测式，而机械式十字板仪主要结构为测力装置、外套管、内十字板轴杆、十字板头；电测十字板主要结构为数据采集系统、贯入力装置、轴杆、导线、带扭力传感器十字板头。
机械式十字板在测量土体不排水抗剪强度时，扭转力矩为土体对十字板头和轴杆扭转力矩之和。在测试的过程中，因为土体对轴杆的摩擦力和机械阻力，所以测出排水抗剪强度比实际的土体不排水抗剪强度大，影响试验参数的准确性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种机械十字板剪切仪及其使用方法，该十字板剪切仪在进行现场十字板剪切试验时，通过增加护管和管靴消除土体对轴杆的摩擦力和机械阻力扭矩，在测定土体不排水抗剪强度时直接可以测出实际土体不排水抗剪强度，计算得出的指标更接近真实值。
本发明是通过以下技术方案实现的：
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
一种机械十字板剪切仪，包括中心转轴、十字板头、外套管、管靴和扭矩测量装置，
中心转轴安放在外套管内部，外套管底端固定连接管靴，中心转轴底端连接十字板头；
扭矩测量装置包括安装架、手摇柄、第一直齿轮、第二直齿轮、蜗杆、蜗轮、C型开口钢环、连接臂，手摇柄通过轴承支座安装在安装架上，手摇柄连接第一直齿轮，第一直齿轮和第二直齿轮啮合，第二直齿轮同轴固定在蜗杆上，蜗杆的两端通过轴承支座转动安装在安装架上，蜗杆与蜗轮啮合，蜗轮转动安装在安装架上，手摇柄通过第一直齿轮和第二直齿轮驱动蜗杆旋转，蜗杆驱动蜗轮转动；C型开口钢环的一端固定在蜗轮上，C型开口钢环的另一端与连接臂连接，安装架的中心设置有用于穿入中心转轴的轴孔，中心转轴顶端穿过安装架的轴孔并与连接臂的内端通过键连接；蜗轮上还固定设置有用于固定安装百分表的安装支架；安装架底端设置有用于紧固外套管制紧机构，以使外套管顶端与安装架固定。
在上述技术方案中，连接臂的与中心转轴连接端设置有用于安装中心转轴的安装孔，该安装孔内壁设置有键槽，中心转轴上也设置有键槽，安装时，中心转轴装入连接臂的的安装孔中，将中心转轴的键槽和连接臂安装孔的键槽对齐，然后放入键，使连接臂与中心转轴固定。
在上述技术方案中，中心转轴和外套管之间设置有导轮。
在上述技术方案中，管靴为十字型，十字板头可以收纳在管靴内。
机械十字板剪切仪的使用方法如下：
步骤一：在试验点位置按测试深度要求预钻孔，然后将外部带有外套管和管靴的中心转轴和十字板头下放到孔底，下放过程中十字板头收纳在管靴内，从而防止十字板头下放时受土体阻力而导致中心转轴与十字板头连接处发生弯折变形；下放到指定深度后，下推中心转轴，使十字板头伸出管靴插入待测试土体；
步骤二：安装扭矩测量装置，将中心转轴穿过安装扭矩测量装置的安装架的轴孔，并使中心转轴装入连接臂的的安装孔中，将中心转轴的键槽和连接臂安装孔的键槽对齐，然后放入键，使连接臂与中心转轴固定；并拧紧外套管制紧顶杆，将外套管制紧顶杆与安装架固定；最后，将百分表安装在蜗轮上的安装支架上，使百分表的测头端与连接臂的外端接触，并将百分表调整至零位；
步骤三：试验开始，摇动手摇柄，同时开动秒表，蜗轮每转1°测记百分表读数1次，当读数出现峰值后，其峰值读数即为原状土剪切破坏时的最大读数Ry；
步骤四：拔出键，使连接臂与中心转轴失连，在中心转轴上端装上旋转手柄，顺时针方向转动多圈，使十字板周围土体充分扰动，然后取下旋转手柄，重新插上键，使连接臂与中心转轴连接，按照步骤三，测记重塑土剪切破坏时百分表的最大读数R'y。
本发明的优点和有益效果为：
本发明操作简单，装卸方便，极大提高工作效率。十字板头与中心转轴外增加管靴和护管，在测试十字板剪切试验过程中，消除轴杆(即中心转轴)与土体摩擦作用产生的摩擦力矩和机械阻力矩，在计算土体不排水抗剪强度指标时，不必再考虑与土体摩擦作用产生的力矩和机械阻力矩，土体不排水抗剪强度接近实际值。
本发明装置已由中交港湾工程研究院有限公司已在天津港地区、黄骅港地区多个软基加固、勘察项目中大量应用，得出的十字板抗剪强度值比较真实可靠。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是十字板头收入管靴时的示意图。
图3是十字板头伸出管靴时的示意图。
图4是图1的俯视图。
图5是图4的局部放大视图。
图6是本发明的使用时安装百分表后的结构示意图。
图7是本发明的使用时步骤四的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
一种机械十字板剪切仪，参见附图，包括中心转轴1、十字板头2、外套管3、管靴4和用于驱动中心转轴并实现扭矩测量的扭矩测量装置，
中心转轴1同轴安放在外套管3内部，外套管3底端固定连接管靴4，中心转轴1底端连接十字板头2，参见附图2和3，管靴为十字型，十字板头2可以收纳在管靴4内；
扭矩测量装置包括安装架5.1、手摇柄5.2、第一直齿轮5.3、第二直齿轮5.4、蜗杆5.5、蜗轮5.6、C型开口钢环5.7、连接臂5.8，手摇柄5.2通过轴承支座a安装在安装架5.1上，手摇柄5.2连接第一直齿轮5.3，第一直齿轮和第二直齿轮5.4啮合，第二直齿轮同轴固定在蜗杆5.5上，蜗杆的两端通过轴承支座b转动安装在安装架5.1上，蜗杆5.5与蜗轮5.6啮合，蜗轮5.6转动安装在安装架5.1上，手摇柄通过第一直齿轮和第二直齿轮驱动蜗杆旋转，蜗杆驱动蜗轮转动；C型开口钢环5.7的一端通过螺栓固定在蜗轮5.6上，C型开口钢环的另一端与连接臂5.8连接，安装架的中心设置有用于穿入中心转轴的轴孔，中心转轴顶端穿过安装架的轴孔，连接臂的内端与中心转轴顶端通过键连接；蜗轮上还固定设置有用于固定安装百分表的安装支架5.9；安装架底端设置有用于紧固外套管的外套管制紧顶杆5.10，外套管顶端通过外套管制紧顶杆与安装架固定。
进一步的，连接臂的内端与中心转轴顶端通过键固定，即连接臂的与中心转轴连接端设置有用于安装中心转轴的安装孔，该安装孔内壁设置有键槽，中心转轴上也设置有键槽，安装时，中心转轴装入连接臂的的安装孔中，将中心转轴的键槽和连接臂安装孔的键槽对齐，然后放入键5.11，使连接臂与中心转轴固定；
进一步的，中心转轴1和外套管3之间设置有导轮6，由于导轮对中心转轴的阻力远远小于土体对中心转轴的阻力，所以测试时可以忽略导轮对中心转轴的阻力；
使用方法如下：
步骤一：在试验点位置按测试深度要求预钻孔，然后将外部带有外套管和管靴的中心转轴和十字板头下放到孔底，下放过程中十字板头收纳在管靴内，从而防止十字板头下放时受土体阻力而导致中心转轴与十字板头连接处发生弯折变形；下放到指定深度后，下推中心转轴，使十字板头伸出管靴插入待测试土体；
步骤二：安装扭矩测量装置，将中心转轴穿过安装扭矩测量装置的安装架的轴孔，并使中心转轴装入连接臂的的安装孔中，将中心转轴的键槽和连接臂安装孔的键槽对齐，然后放入键，使连接臂与中心转轴固定；并拧紧外套管制紧顶杆，将外套管制紧顶杆与安装架固定；最后，将百分表7安装在蜗轮上的安装支架上，参见附图6，使百分表的测头端与连接臂的外端接触，并将百分表调整至零位；
步骤三：试验开始，摇动手摇柄，同时开动秒表，蜗轮每转1°(逆时针)测记百分表读数1次，当读数出现峰值后，其峰值读数即为原状土剪切破坏时的最大读数Ry(Ry用于计算原状土体不排水抗剪强度指标Cu＝1000KCRy)；
步骤四：拔出键，使连接臂与中心转轴失连(即中心转轴与扭矩测量装置失连)，在中心转轴上端装上旋转手柄8，顺时针方向转动6圈，使十字板周围土体充分扰动，然后取下旋转手柄，重新插上键，使连接臂与中心转轴连接，按照步骤三，测记重塑土剪切破坏时百分表的最大读数R'y(R'y用于计算重塑土体不排水抗剪强度指标C'u＝1000KCR'y)。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种机械十字板剪切仪，其特征在于：包括中心转轴、十字板头、外套管、管靴和扭矩测量装置，
中心转轴安放在外套管内部，外套管底端固定连接管靴，中心转轴底端连接十字板头；
扭矩测量装置包括安装架、手摇柄、第一直齿轮、第二直齿轮、蜗杆、蜗轮、C型开口钢环、连接臂，手摇柄连接第一直齿轮，第一直齿轮和第二直齿轮啮合，第二直齿轮同轴固定在蜗杆上，蜗杆与蜗轮啮合，蜗轮转动安装在安装架上，手摇柄通过第一直齿轮和第二直齿轮驱动蜗杆旋转，蜗杆驱动蜗轮转动；C型开口钢环的一端固定在蜗轮上，C型开口钢环的另一端与连接臂连接，安装架的中心设置有用于穿入中心转轴的轴孔，中心转轴顶端穿过安装架的轴孔并与连接臂的内端通过键连接；蜗轮上还固定设置有用于固定安装百分表的安装支架；安装架底端设置有用于紧固外套管制紧机构，以使外套管顶端与安装架固定。
2.根据权利要求1所述的一种机械十字板剪切仪，其特征在于：连接臂的与中心转轴连接端设置有用于安装中心转轴的安装孔，该安装孔内壁设置有键槽，中心转轴上也设置有键槽，安装时，中心转轴装入连接臂的的安装孔中，将中心转轴的键槽和连接臂安装孔的键槽对齐，然后放入键，使连接臂与中心转轴固定。
3.根据权利要求1所述的一种机械十字板剪切仪，其特征在于：中心转轴和外套管之间设置有导轮。
4.根据权利要求1所述的一种机械十字板剪切仪，其特征在于：管靴为十字型，十字板头可以收纳在管靴内。
5.根据权利要求1-4之一所述的一种机械十字板剪切仪的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：在试验点位置按测试深度要求预钻孔，然后将外部带有外套管和管靴的中心转轴和十字板头下放到孔底，下放过程中十字板头收纳在管靴内，从而防止十字板头下放时受土体阻力而导致中心转轴与十字板头连接处发生弯折变形；下放到指定深度后，下推中心转轴，使十字板头伸出管靴插入待测试土体；
步骤二：安装扭矩测量装置，将中心转轴穿过安装扭矩测量装置的安装架的轴孔，并使中心转轴装入连接臂的的安装孔中，将中心转轴的键槽和连接臂安装孔的键槽对齐，然后放入键，使连接臂与中心转轴固定；并拧紧外套管制紧顶杆，将外套管制紧顶杆与安装架固定；最后，将百分表安装在蜗轮上的安装支架上，使百分表的测头端与连接臂的外端接触，并将百分表调整至零位；
步骤三：试验开始，摇动手摇柄，同时开动秒表，蜗轮每转10测记百分表读数1次，当读数出现峰值后，其峰值读数即为原状土剪切破坏时的最大读数Ry；
步骤四：拔出键，使连接臂与中心转轴失连，在中心转轴上端装上旋转手柄，顺时针方向转动多圈，使十字板周围土体充分扰动，然后取下旋转手柄，重新插上键，使连接臂与中心转轴连接，按照步骤三，测记重塑土剪切破坏时百分表的最大读数R'y。
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