CN108181187A - 适用于多尺寸结构面的无级可调剪切盒 - Google Patents

Abstract

一种适用于多尺寸结构面的无级可调剪切盒，包括上盘剪切盒和下盘剪切盒，上盘剪切盒与下盘剪切盒结构一致，下上盘剪切盒与下盘剪切盒采用结构面剪切盒；所述结构面剪切盒包括水平正交限位架、滑动杆、限位板和无级调节器，水平正交限位架内部设有横向限位条导槽和纵向限位导槽各两个，且对称交错分布在水平正交限位架四周上；限位伸缩控制器上设有调节转盘、调节轴、齿条调节器外框架，无级调节器下部为调节底板，无级调节器上部设有组合单元和组合顶盘，组合单元下部和上部分别设有单元组合孔与单元组合螺母，组合顶盘下部设有顶盘组合孔。本发明测试效果好、操作方便、工期短、造价低、占用空间小。

Description

适用于多尺寸结构面的无级可调剪切盒

技术领域

本发明涉及一种适用于多尺寸结构面的无级可调剪切盒，适用于最大可测试尺寸范围内的任意尺寸结构面的直剪试验，属于工程技术领域。

背景技术

在人类工程活动中，由岩体变形和失稳造成的工程事故层出不穷，引起巨大的生命财产损失。而岩石结构面尺寸效应的研究对指导岩体工程的稳定性具有重要意义，要进行系列尺寸岩石结构面的直接剪切试验，则需要相应尺寸的岩石结构面剪切盒，通常做法是每一种尺寸的岩石结构面试样需要一个与该试样尺寸相匹配的剪切盒，这种做法不但需要的剪切盒数量多、造价高、占用空间大，而且还需要配置与系列多种尺寸剪切盒相对应的直剪仪配套连接装置，易造成测试结果不可靠且具有安装工序复杂及试验周期长等不足。

发明内容

为了克服结构面抗剪强度尺寸效应试验中常规采用系列多种尺寸剪切盒的数量多、工序复杂、数据不可靠、试验周期长、占用空间大等不足，本发明提供一种适用于多尺寸结构面的无级可调剪切盒，具有测试效果好、操作方便、工期短、造价低、占用空间小等特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种适用于多尺寸结构面的无级可调剪切盒，包括上盘剪切盒和下盘剪切盒，其中上盘剪切盒与下盘剪切盒结构一致，上盘剪切盒与下盘剪切盒名称均以结构面剪切盒表示；

所述结构面剪切盒包括水平正交限位架、滑动杆、限位板和无级调节器，其中水平正交限位架内部设有横向限位条导槽和纵向限位导槽各两个且对称交错分布在水平正交限位架四周上，限位导槽上装有限位条，并通过限位伸缩控制器分别将两两平行的限位条进行限位控制，所述限位伸缩控制器上设有调节转盘、调节轴、齿条调节器外框架，调节转盘下面设有一圈固定卡齿，调节轴外围设有螺纹且套有弹簧，在齿条调节器外框架上部对应固定卡齿处设有一圈固定卡齿口，在齿条调节器内部设有调节器齿条导槽；无级调节器下部为调节底板，底板内部装有调节轴、升降轴且均设有轴螺纹，两者通过轴螺纹相互啮合，升降轴顶部设有组合螺母，无级调节器上部设有组合单元和组合顶盘，组合单元下部和上部分别设有单元组合孔与单元组合螺母，组合顶盘下部设有顶盘组合孔；

所述上盘剪切盒与下盘剪切盒限位方式及位置相同。

进一步，所述水平正交限位架内部设有横向限位条导槽和纵向限位导槽各两个，且对称交错分布在水平正交限位架四周上，各平行限位导槽上装有两根限位条，并通过限位伸缩控制器分别将两两平行的限位条进行限位控制，通过调节限位伸缩控制器来控制四个限位条的无级滑动，从而实现水平正交限位架水平向的无级正交限位。

再进一步，所述限位条两端均设有限位条齿条导槽且同时焊接齿条，通过齿条与限位伸缩控制器啮合，从而实现限位条无级滑动。

更进一步，所述限位伸缩控制器中，弹簧处于拉伸状态，使得固定卡齿与固定卡齿口相互紧密啮合，使得在旋转把手未被拨动时，齿条调节器旋转把手只能单一方向旋转，从而控制限位条向内部滑动，当向外侧拔动后固定卡齿口与固定卡齿分离，则可以自由旋转，使得限位条自由滑动不受约束。

所述滑动杆设置剪切盒四周，用于连接水平正交限位架、无级调节器及限位板，其中限位板可以自由滑动；所述限位板四周设有连接孔，孔内涂有润滑油，使限位板能自由在滑动杆上滑动。

所述无级调节器中，根据结构面试验尺寸组合螺母与多个组合单元连接，最后一个用组合顶盘连接，使得与限位板接触处光滑，当组合单元与组合顶盘安装完成后对调节轴进行微调从而使得限位板固定在预先设定位置，实现垂向剪切盒尺寸控制；

所述组合单元、组合顶盘，组合单元下部和上部分别设有单元组合孔与单元组合螺母，组合顶盘下部设有顶盘组合孔，组合单元与组合顶板进行组合，无级调节器高度的控制。

本发明的无级可调的结构面剪切盒，虽然剪切盒只有一个，但是能实现任意尺寸的矩形结构面试样直剪试验，具有测试数据可靠、操作方便、工期短、造价低、占用空间小等特点。

本发明的有益效果主要表现在：1)用于结构面试样的范围广。通过剪切盒的水平方向和垂直方向无级可调装置可实现任意尺寸的矩形结构面试样直剪试验。结构面尺寸效应需要系列多种尺寸的结构面直剪试验，而传统直剪仪的一个剪切盒只能实现与该剪切盒相对应尺寸的结构面试样，本发明提供的剪切盒只有一个，可通过旋转限位伸缩器以实现水平无级限位，旋转法向无级调节器实现垂向限位。2)操作简单，试验周期短。可直接根据试样尺寸，旋转限位伸缩器和法向无级调节器实现水平和垂向无级调节，操作简单快捷，从而节省大量时间。3)能实现剪切过程中试样破坏形态的动态观察。该无级剪切盒为框架式剪切盒，中部镂空，能在剪切过程中，可以对试样破坏形式进行观察。

附图说明

图1是剪切盒正视图。

图2是水平正交限位架L-L剖视图。

图3是水平正交限位架M-M剖视图。

图4是水平正交限位架N-N剖视图。

图5是无级调节器正视图。

图6是无级调节器左视图。

图7是限位板俯视图。

图8是限位伸缩控制器的示意图。

图9是限位伸缩控制器外框架正视图。

图10是限位伸缩控制器外框架三维图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图10，一种适用于多尺寸结构面的无级可调剪切盒，包括上盘剪切盒和下盘剪切盒，其中上盘剪切盒与下盘剪切盒结构一致，型号相同，上盘剪切盒与下盘剪切盒名称均以结构面剪切盒表示。

所述结构面剪切盒包括水平正交限位架1、滑动杆2、限位板3、无级调节器4，其中水平正交限位架1内部设有横向限位条导槽103和纵向限位条导槽102各两个且对称交错分布在水平正交限位架1四周上，限位条导槽102、103上均装有限位条104并通过限位伸缩控制器5分别将两两平行的限位条104进行限位控制，限位条104两端均设有限位条齿条导槽105同时焊接齿条501，其中限位伸缩控制器5上设有调节转盘503、调节轴402、齿条调节器外框架506，调节转盘503下面设有一圈固定卡齿508，旋转轴507外围设有螺纹且套有弹簧，在齿条调节器外框架506上部对应固定卡齿508处设有一圈固定卡齿口504，在齿条调节器内部设有调节器齿条导槽505，无级调节器4下部为调节底板401，底板内部装有调节轴402、升降轴403且均设有轴螺纹，两者通过轴螺纹相互啮合进行控制，升降轴403顶部设有组合螺母404，无级调节器4上部设有组合单元405、组合顶盘408，组合单元405下部和上部分别设有单元组合孔406与单元组合螺母407，组合顶盘408下部设有顶盘组合孔409。所述水平正交限位架1内部设有横向限位条导槽103和纵向限位条导槽102各两个且对称交错分布在水平正交限位架1四周上，各平行限位导槽上装有两根限位条104，并通过限位伸缩控制器5分别将两两平行的限位条104进行限位控制，通过调节限位伸缩控制器5来控制四个限位条104的无级滑动，从而实现水平正交限位架1水平向的无级正交限位。所述限位条104两端均设有限位条齿条导槽105且同时焊接齿条501，通过齿条501与限位伸缩控制器5啮合，从而实现限位条104无级滑动。所述限位伸缩控制器5上设有调节转盘503、调节轴402、齿条调节器外框架506，调节转盘503下面设有一圈固定卡齿508，调节轴402外围设有螺纹且套有弹簧，在齿条调节器外框架506上部对应固定卡齿508处设有一圈固定卡齿口504，在齿条调节器内部设有调节器齿条导槽，其中弹簧处于拉伸状态，使得固定卡齿508与固定卡齿口504相互紧密啮合，使得在旋转把手未被向外拨动时，齿条调节器旋转把手只能单一方向旋转，从而控制限位条104向内部滑动，当向外侧拔动后固定卡齿口504与固定卡齿508分离，则可以自由旋转，使得限位条104自由滑动不受约束。所述滑动杆2设置剪切盒四周，用于连接水平正交限位架1、无级调节器4及限位板3，其中限位板3可以自由滑动。所述限位板3四周设有连接孔301，孔内涂有润滑油，使限位板3能自由在滑动杆2上滑动。所述无级调节器4下部为调节底板401，底板内部装有调节轴402、升降轴403且均设有轴螺纹，两者通过轴螺纹相互啮合，升降轴403顶部设有组合螺母404，根据结构面试验尺寸组合螺母404与多个组合单元405连接，最后一个用组合顶盘408连接，使得与限位板3接触处光滑，当组合单元405与组合顶盘408安装完成后对调节轴402进行微调从而使得限位板3固定在预先设定位置，实现垂向剪切盒尺寸控制。所述组合单元405、组合顶盘408，组合单元405下部和上部分别设有单元组合孔406与单元组合螺母407，组合顶盘408下部设有顶盘组合孔409，组合单元405与组合顶板进行组合，无级调节器4高度的控制。所述结构面上盘剪切盒与下盘剪切盒装样过程相互独立。所述结构面上盘剪切盒与下盘结构面剪切盒限位方式及位置相同。

本实施例的适用于多尺寸结构面的无级可调剪切盒的组装方法，包括如下步骤：

1)调节限位伸缩控制器5：向外轻拔旋转限位伸缩控制器把手503，并顺时针旋转，使限位条104滑动至限位架边框内侧，下盘剪切盒达到最大量程状态，便于结构面下盘试样的安装。

2)组装组合单元405与组合顶盘408：根据上盘结构面高度，合理通过组合单元组合孔406、单元组合螺母407、顶盘组合孔409将组合单元405与组合顶盘408进行组装。

3)安放组合单元405与组合顶盘408：上述组合单元405与组合顶盘408组装完成后，抬起限位板3，并通过单元组合孔406、组合螺母404连接升降轴403与组合单元405，连接完成后放下限位板3。

4)放置结构面下盘试样：上述组合单元405、组合顶盘408与升降轴403组装完成后，将下盘结构面放置在下盘剪切盒限位板3的中部。

5)旋转下盘剪切盒调节轴402：根据下盘结构面高度，对垂向剪切盒的高度进行微调，使下盘剪切盒垂向高度满足试样高度精度。

6)调节限位伸缩控制器5：分别逆时针旋转四个限位伸缩控制器把手503，使下盘结构面试样水平固定在剪切盒内。

7)放置结构面上盘试样：上述下盘结构面固定在下盘剪切盒上后，将结构面上盘试样吻合放置在结构面下盘试样上，便于后续上盘剪切盒与上结构面的嵌合。

8)调节上盘剪切盒限位伸缩控制器5：向外轻拔旋转限位伸缩控制器把手503，并顺时针旋转，使限位条104滑动至限位架边框内侧，上剪切盒处于最大量程状态，便于结构面试样的安放。

9)装放上盘剪切盒：上述上盘结构面安放完成之后，将上盘剪切盒对齐放置下盘剪切盒上方，使上盘结构面试样置于上盘剪切盒限位板3中部。

10)重复步骤3)，并将组合完成后的组合单元405、组合顶盘408与升降轴403进行组装，并将结构面上盘试样放置在上盘剪切盒限位板3的中部。

11)旋转上盘剪切盒调节轴402：根据上盘结构面高度，对垂向剪切盒的高度进行微调，使下盘剪切盒垂向高度满足试样高度精度。

12)调节上盘剪切盒限位伸缩控制器5：分别逆时针旋转四个限位伸缩控制器把手503，使上盘结构面试样水平固定在剪切盒内。

13)进行直剪试验：上述结构面安放完成后，便可进行直剪试验。

14)拆卸结构面试样，按上述过程逆向拆除。

本发明的技术构思为：本发明出了一种适用于多尺寸结构面的无级可调剪切盒及其组装方法，能够满足矩形的任意尺寸试样的剪切过程，具有工序简单，装样周期短，组装方便，操作安全，经济等优点。

本实例中上盘剪切盒与下盘剪切盒型号相同，故以单一剪切盒为例，剪切盒水平最大结构面尺寸为300mm×300mm。

水平正交限位架外边框尺寸为350mm×350mm，厚50mm，内边框尺寸为350mm×350mm，在水平正交限位架内侧分别设置尺寸为20mm×20mm×340的4个限位条导槽，两对称导槽分别异面，限位条导槽内共设置尺寸为20mm×20mm×340限位条，限位条与尺寸为20mm×20mm×20mm限位伸缩控制器连接，滑动杆直径为20mm，长为300mm，限位板尺寸为350mm×350mm×30mm，限位板四角点为置直径为20mm滑动孔，无级调节器底板尺寸为350mm×350mm×50mm，中部设有直径为50mm带升降轴齿口的升降轴，调节面内部设有直径为30mm的调节孔，孔内设有直径为30mm长180mm的带调节轴齿口的调节轴，升降轴设有直径为10mm，高为5mm的组合螺母，组合单元直径100mm，下部设有直径为10mm，深为5mm组合螺纹槽，顶盘单元直径为100mm，下部设有直径为10mm，深为5mm组合螺纹槽，上部设有直径为10mm，高为5mm的组合螺母。

结构面直剪仪用于测定结构面在不同的法向应力下以进行剪切试验，获得结构面破坏时的剪应力、剪切变形等参数，本发明可以快速地制作适用于多尺寸结构面的无级可调剪切盒及其组装方法，方便、快速、实用。

本发明的实施方案是：

1)调节限位伸缩控制器5：向外轻拔旋转限位伸缩控制器把手503，并顺时针旋转，使限位条104滑动至限位架边框内侧，下盘剪切盒达到最大量程状态，便于结构面下盘试样的安装。

2)组装组合单元405与组合顶盘408：根据上盘结构面高度，合理通过组合单元组合孔406、单元组合螺母407、顶盘组合孔409将组合单元405与组合顶盘408进行组装。

3)安放组合单元405与组合顶盘408：上述组合单元405与组合顶盘408组装完成后，抬起限位板3，并通过单元组合孔406、组合螺母404连接升降轴403与组合单元405，连接完成后放下限位板3。

4)放置结构面下盘试样：上述组合单元405、组合顶盘408与升降轴403组装完成后，将下盘结构面放置在下盘剪切盒限位板3的中部。

5)旋转下盘剪切盒调节轴402：根据下盘岩石结构面高度，对垂向剪切盒的高度进行微调，使下盘剪切盒垂向高度满足试样高度精度。

6)调节限位伸缩控制器5：分别逆时针旋转四个限位伸缩控制器把手503，使下盘岩石结构面试样水平固定在剪切盒内。

7)放置结构面上盘试样：上述下盘岩石结构面固定在下盘剪切盒上后，将结构面上盘试样吻合放置在结构面下盘试样上，便于后续上盘剪切盒与上岩石结构面的嵌合。

8)调节上盘剪切盒限位伸缩控制器5：向外轻拔旋转限位伸缩控制器把手503，并顺时针旋转，使限位条104滑动至限位架边框内侧，上剪切盒处于最大量程状态，便于岩石结构面试样的安放。

9)装放上盘剪切盒：上述上盘岩石结构面安放完成之后，将上盘剪切盒对齐放置下盘剪切盒上方，使上盘岩石结构面试样置于上盘剪切盒限位板3中部。

10)重复步骤3)，并将组合完成后的组合单元405、组合顶盘408与升降轴403进行组装，并将结构面上盘试样放置在上盘剪切盒限位板3的中部。

11)旋转上盘剪切盒调节轴402：根据上盘岩石结构面高度，对垂向剪切盒的高度进行微调，使下盘剪切盒垂向高度满足试样高度精度。

12)调节上盘剪切盒限位伸缩控制器5：分别逆时针旋转四个限位伸缩控制器把手503，使上盘岩石结构面试样水平固定在剪切盒内。

13)进行直剪试验：上述岩石结构面安放完成后，便可进行直剪试验。

14)拆卸岩石结构面试样，按上述过程逆向拆除。

Claims (6)

1.一种适用于多尺寸结构面的无级可调剪切盒，其特征在于：包括上盘剪切盒和下盘剪切盒，其中上盘剪切盒与下盘剪切盒结构一致，下上盘剪切盒与下盘剪切盒名称均以结构面剪切盒表示；

所述结构面剪切盒包括水平正交限位架、滑动杆、限位板和无级调节器，其中水平正交限位架内部设有横向限位条导槽和纵向限位导槽各两个，且对称交错分布在水平正交限位架四周上，限位导槽上装有限位条，并通过限位伸缩控制器分别将两两平行的限位条进行限位控制，所述限位伸缩控制器上设有调节转盘、调节轴、齿条调节器外框架，调节转盘下面设有一圈固定卡齿，调节轴外围设有螺纹且套有弹簧，在齿条调节器外框架上部对应固定卡齿处设有一圈固定卡齿口，在齿条调节器内部设有调节器齿条导槽；无级调节器下部为调节底板，底板内部装有调节轴、升降轴且均设有轴螺纹，两者通过轴螺纹相互啮合，升降轴顶部设有组合螺母，无级调节器上部设有组合单元和组合顶盘，组合单元下部和上部分别设有单元组合孔与单元组合螺母，组合顶盘下部设有顶盘组合孔；

所述上盘剪切盒与下盘剪切盒限位方式及位置相同。

2.如权利要求1所述的适用于多尺寸结构面的无级可调剪切盒，其特征在于：所述水平正交限位架内部设有横向限位条导槽和纵向限位导槽各两个且对称交错分布在水平正交限位架四周上，各平行限位导槽上装有两根限位条，并通过限位伸缩控制器分别将两两平行的限位条进行限位控制，通过调节限位伸缩控制器来控制四个限位条的无级滑动，从而实现水平正交限位架水平向的无级正交限位。

3.如权利要求1或2所述的适用于多尺寸结构面的无级可调剪切盒，其特征在于：所述限位条两端均设有限位条齿条导槽且同时焊接齿条，通过齿条与限位伸缩控制器啮合，从而实现限位条无级滑动。

4.如权利要求1或2所述的适用于多尺寸结构面的无级可调剪切盒，其特征在于：所述限位伸缩控制器中，弹簧处于拉伸状态，使得固定卡齿与固定卡齿口相互紧密啮合，使得在旋转把手未被拨动时，齿条调节器旋转把手只能单一方向旋转，从而控制限位条向内部滑动，当向外侧拔动后固定卡齿口与固定卡齿分离，则可以自由旋转，使得限位条自由滑动不受约束。

5.如权利要求1或2所述的适用于多尺寸结构面的无级可调剪切盒，其特征在于：所述滑动杆设置剪切盒四周，用于连接水平正交限位架、无级调节器及限位板，其中限位板可以自由滑动；所述限位板四周设有连接孔，孔内涂有润滑油，使限位板能自由在滑动杆上滑动。

6.如权利要求1或2所述的适用于多尺寸结构面的无级可调剪切盒，其特征在于：所述无级调节器中，根据结构面试验尺寸组合螺母与多个组合单元连接，最后一个用组合顶盘连接，使得与限位板接触处光滑，当组合单元与组合顶盘安装完成后对调节轴进行微调，从而使得限位板固定在预先设定位置，实现垂向剪切盒尺寸控制；

所述组合单元、组合顶盘，组合单元下部和上部分别设有单元组合孔与单元组合螺母，组合顶盘下部设有顶盘组合孔，组合单元与组合顶板进行组合，实现无级调节器高度的控制。