CN108896414A - 一种便携式原位水平推剪仪 - Google Patents

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李战鲁
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    • G01N3/24—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady shearing forces

Abstract

本发明涉及岩土工程力学中碎石土原位抗剪强度的测定技术领域，具体涉及一种便携式原位水平推剪仪。针对现有技术对滑坡、泥石流等山地灾害勘查中，现场测定推剪强度获取难度大、成本高的问题，本发明的技术方案是：包括油缸，油缸的活塞和油缸筒的端部分别通过可拆卸连接设置有框架I和框架II，框架I和框架II上各设置有一个推板，框架I和活塞之间设置有压力传感器，油缸筒的侧面设置有用于检测油缸伸缩距离的位移传感器。本发明适用于滑坡、泥石流等山地灾害碎石土原位抗剪强度的勘查工作。

Description

一种便携式原位水平推剪仪
技术领域
本发明涉及岩土工程力学中碎石土原位抗剪强度的测定技术领域，具体涉及一种便携式原位水平推剪仪。
背景技术
岩土体的抗剪强度是岩土工程力学中最重要的力学参数之一，岩土体抗剪强度参数的测定对于工程建设和山地灾害勘察等具有重要的指导意义。岩土体的抗剪强度的测试主要包括室内三轴试验和原位直剪试验等。
对于原位剪切试验，在以往工程勘查中使用的大型水平推剪仪，多采用大尺寸桁架结构，及大型柴油机机械动力，设备沉重，搬移需要起吊装置，移动难度大；且每次测试成本高。所以，在以往的滑坡、泥石流等山地灾害勘查中，原位测定推剪强度难度大、成本高。
发明内容
针对现有技术对滑坡、泥石流等山地灾害勘查中，原位测定推剪强度获取难度大、成本高的问题，本发明提供一种便携式原位水平推剪，其目的在于：使得原位水平推剪具有轻便、易拆卸和易收纳的优点，大大降低原位测定推剪强度难度和成本。
本发明采用的技术方案如下：
一种便携式原位水平推剪仪，包括油缸，油缸的活塞的端部通过可拆卸连接设置有框架I，油缸筒的端部通过可拆卸连接设置有框架II，框架I和框架II上各设置有一个推板，框架I和活塞之间设置有压力传感器，油缸筒的侧面设置有用于检测油缸伸缩距离的位移传感器。
采用该优选方案后，在测试完成后进行搬运和运输的过程中，整台仪器可拆卸为油缸、框架I和框架II等独立的部件，拆卸后的部件重量更轻、体积更小，因而能够降低运输的难度和成本，进而降低山地灾害勘查中原位测定推剪强度的难度和成本。例如，推板采用标准化推剪板的情况下，推板尺寸为80cm×35cm时，拆卸后部件的最大尺寸能够达到80cm×35cm×30cm，设备整体拆卸收纳后的尺寸能够达到80cm×35cm×55cm，完全可以放入一般汽车的后备箱内。
优选的，框架I和框架II由异型铝型材构成。采用异型铝型材即能够降低设备整体的重量，从而方便搬运，又能够保证框架I和框架II的力学强度满足测试的需要。
优选的，框架I包括铝型材II、铝型材III、铝型材IV、铝型材VI、铝型材VII和铝型材V，铝型材VI和铝型材VII连接构成矩形框，铝型材V位于矩形框中并且与铝型材VII平行设置，铝型材VII构成的矩形框的两条边分别与铝型材II、铝型材III和铝型材IV构成两个梯形框，铝型材V与铝型材II、铝型材III和铝型材IV构成一个梯形框，所有梯形框位于矩形框的同一侧，推板设置在矩形框的另一侧。该优选方案中，框架I构成六斜支撑结构，具有较优的承载能力，在保证承载能力满足测试需求的前提下，尽可能地缩减了框架I的体积。
进一步优选的，还包括安装板I，铝型材II连接在安装板I的同一侧，安装板I的另一例与压力传感器连接。设置安装板I使得框架I与油缸之间的连接更容易拆卸。
优选的，框架II包括铝型材I、铝型材II、铝型材VI、铝型材VII和铝型材V，铝型材VI和铝型材VII连接构成矩形框，铝型材V位于矩形框中并且与铝型材VII平行设置，铝型材VII构成的矩形框的两条边分别与两个铝型材I和一个铝型材II构成两个等边梯形框，铝型材V与两个铝型材I和一个铝型材II构成一个等边梯形框，所有的等边梯形框位于矩形框的同一侧，推板设置在矩形框的另一例。该优选方案中，框架II构成六斜支撑结构，具有较优的承载能力，在保证承载能力满足测试需求的前提下，尽可能地缩减了框架II的体积。
进一步优选的，还包括安装板II，铝型材II连接在安装板II的同一侧，油缸筒和位移传感器连接在安装板II的另一侧。设置安装板II使得框架II与油缸之间的连接更容易拆卸。
优选的，还包括信号转化器和数据采集电脑，所述压力传感器和位移传感器通过信号转化器与数据采集电脑连接。现有技术中，通常采用人工读取压力传感器和位移传感器的示数的方式记录数据。本优选方案设置数据采集系统实现自动采集数据，压力传感器、位移传感器电信号通过信号转化器转化为模拟信号，进入数据采集电脑。
进一步优选的，油缸上连接有电动液压油泵，电动液压油泵通过信号转化器与数据采集电脑连接。电动液压油泵与油缸之间能够拆卸，进一步方便设备的搬运和运输。此外，该优选方案能够通过数据采集电脑对电动液压油泵转速进行调控，控制液压油泵的瞬时排量，以此实现对油泵的输出的力及位移控制。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.整台仪器可拆卸为油缸、框架I和框架II等独立的部件，拆卸后的部件重量更轻、体积更小，因而能够降低运输的难度和成本，进而降低山地灾害勘查中原位测定推剪强度的难度和成本。
2.框架I和框架II采用异型铝型材，构成六斜支撑结构，即能够降低设备整体的重量，从而方便搬运，又能够保证框架I和框架II的力学强度满足测试的需要。
3.设置安装板I和安装板II，方便部件之间的安装和拆卸。
4.设置数据采集系统实现自动采集数据，压力传感器、位移传感器电信号通过信号转化器转化为模拟信号，进入数据采集电脑。
5.能够通过数据采集电脑对电动液压油泵转速进行调控，控制液压油泵的瞬时排量，以此实现对油泵的输出的力及位移控制。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明实施例1的主视图；
图2是本发明实施例1的右视图；
图3是本发明实施例1的立体结构示意图；
图4是本发明实施例1中设置有框架I的一端的局部结构示意图；
图5是本发明实施例1中设置有框架II的一端的局部结构示意图；
图6是本发明实施例2的结构示意图。
其中，1-护框，2-铝型材I，3-铝型材II，4-安装板II，5-油缸筒，6-活塞，7-安装板I，8-铝型材III，9-铝型材IV，10-压力传感器，11-安装块，12-位移传感器，13-角码I，14-铝型材V，15-铝型材VI，16-铝型材VII，17-角码II，18-角码III，19-铝型材VIII，20-角码IV，21-推板，22-电动液压油泵，23-信号转化器，24-数据采集电脑。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
下面结合图1至图6对本发明作详细说明。
实施例1
一种便携式原位水平推剪仪，包括油缸，油缸的活塞6和油缸筒5的端部分别通过可拆卸连接设置有框架I和框架II。一种优选的可拆卸连接的方式为采用高强度内六角螺栓连接。框架I和框架II上各设置有一个推板21，推板21材质可采用木制的。框架I和活塞6之间设置有压力传感器10，油缸筒5的侧面设置有用于检测油缸伸缩距离的位移传感器12。
作为一种优选的方式，框架I由铝型材II3、铝型材III8、铝型材IV9、铝型材VI15、铝型材VII16和铝型材V14构成，框架I包括铝型材VI15和铝型材VII16构成的矩形框，铝型材V14位于矩形框中并且与铝型材VII16平行设置，铝型材V14和铝型材VII16的中部可垂直设置铝型材VIII19进行加固。铝型材VII16构成的矩形框的两条边分别与铝型材II3、铝型材III8和铝型材IV9构成两个梯形框，铝型材V14与铝型材II3、铝型材III8和铝型材IV9构成一个梯形框，所有梯形框位于矩形框的同一侧，推板21设置在矩形框的另一侧。为了方便推板21与框架I的安装，可在推板21的三个侧面设置一个护框1。所有的铝型材II3连接在一个安装板I7的同一侧，安装板I7的另一侧与压力传感器10连接。为了方便安装，在安装板I7与压力传感器10之间可设置一安装块11。
作为一种优选的方式，框架II由铝型材I2、铝型材II3、铝型材VI15、铝型材VII16和铝型材V14构成，框架II包括铝型材VI15和铝型材VII16构成的矩形框，铝型材V14位于矩形框中并且与铝型材VII16平行设置，铝型材V14和铝型材VII16的中部可垂直设置铝型材VIII19进行加固。铝型材VII16构成的矩形框的两条边分别与两个铝型材I2和一个铝型材II3构成两个等边梯形框，铝型材V14与两个铝型材I2和一个铝型材II3构成一个等边梯形框，所有的等边梯形框位于矩形框的同一侧，推板21设置在矩形框的另一侧。为了方便推板21与框架I的安装，可在推板21的三个侧面设置一个护框1。所有的铝型材II3连接在一个安装板II4的同一侧，油缸筒5和位移传感器12连接在安装板II4的另一侧。
上述框架I和框架II的优选结构均构成稳固的六斜结构，框架I和框架II的结构有细微的差异，这是由于压力传感器10两端的连接部位为偏心设置，使得框架I无法向框架II一样对称设置。
框架I和框架II中，各铝型材之间通过高强度内六角螺栓和角码进行连接。在铝型材VI15和铝型材VII16之间设置有角码I13，角码I13为90°角码；在铝型材III8和铝型材II3之间设置有角码II17，角码II17为142°角码；在铝型材IV9和铝型材II3之间设置有角码III18，角码III18为155°角码；在铝型材I2和铝型材II3之间设置有角码IV20，角码IV20为150°角码。
框架I和框架II由截面形状特殊的异型铝型材构成，以达到较高的力学承载能力。在本实施例中，这些异型铝型材均采用现有的标准规格的异形铝型材，具体如下：铝型材I2采用40*40*240铝型材，铝型材II3采用40*40*159铝型材，铝型材III8采用40*40*195铝型材，铝型材IV9采用40*40*284铝型材，铝型材V14采用40*60*720铝型材，铝型材VI15采用40*60*300铝型材，铝型材VII16采用40*60*800铝型材，铝型材VIII19采用40*60*90铝型材。
按照《滑坡防治工程勘查规范》(DZ/T 0216-2006、GB/T 32864-2016)之滑体物理力学试验中的要求，“(当滑坡规模为)大型及以上规模，且防治等级为一级的滑坡，应进行不少于2组的滑带原位大面积直剪强度试验，……，推剪面积不小于2500cm2”。本实施例中的推板21采用标准化推剪板，尺寸为80cm×35cm，推板面积为2800cm2，满足当前勘查标准要求。完全可以在今后滑、泥石流等山地灾害勘查过程中推广使用。
本实施例设备整体轻便，各个部件易于分解组装，易于搬运。本设备整体质量能够达到43公斤，各部件可以随意拆卸组装。拆卸后部件的最大尺寸为80cm×35cm×30cm，设备整体拆卸收纳后的尺寸为80cm×35cm×55cm，完全可以放入一般汽车的后备箱内。拆卸后部件的最大重量约20kg，拆卸后单人即可完成单独搬运。
实施例2
在实施例1的基础上，还包括信号转化器23和数据采集电脑24，所述压力传感器10和位移传感器12通过信号转化器23与数据采集电脑24连接。油缸上连接有电动液压油泵22，电动液压油泵22通过信号转化器23与数据采集电脑24连接。
压力传感器10采用4-20mA电流控制，设定2.0×104kN、1.0×104kN、0.5×104kN等3个量程，精度±0.09‰FS。位移传感器12采用4-20mA电流控制，设定2.0×103mm、1.0×103mm、0.5×103mm等3个量程，精度±2‰FS。压力传感器10、位移传感器12电信号通过信号转化器23转化为模拟信号，进入数据采集电脑24，实现实时采集，数据采集频率0.1～100Hz。此外，通过采集电脑24和信号转化器23，可以对电动液压油泵22转速进行调控，控制液压油泵22的瞬时排量，以此实现对油缸的输出的力及位移控制。
电动液压油泵22和油缸组成电液伺服系统。系统最大承压63MPa，活塞6直径30mm，最大载荷44.5kN。电动液压油泵22功率1.5kW，油缸容积4000ml，电动液压油泵22排量2.1ml/r，溢流阀压力16MPa；与油缸配合后，产生的最大推剪力11.3kN。摩擦角最大测试范围可达20°～50°。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种便携式原位水平推剪仪，其特征在于：包括油缸，油缸的活塞(6)的端部通过可拆卸连接设置有框架I，油缸筒(5)的端部通过可拆卸连接设置有框架II，框架I和框架II上各设置有一个推板(21)，框架I和活塞(6)之间设置有压力传感器(10)，油缸筒(5)的侧面设置有用于检测油缸伸缩距离的位移传感器(12)。
2.按照权利要求1所述的一种便携式原位水平推剪仪，其特征在于：所述框架I和框架II由异型铝型材构成。
3.按照权利要求1所述的一种便携式原位水平推剪仪，其特征在于：所述框架I包括铝型材II(3)、铝型材III(8)、铝型材IV(9)、铝型材VI(15)、铝型材VII(16)和铝型材V(14)，铝型材VI(15)和铝型材VII(16)连接构成矩形框，铝型材V(14)位于矩形框中并且与铝型材VII(16)平行设置，铝型材VII(16)构成的矩形框的两条边分别与铝型材II(3)、铝型材III(8)和铝型材IV(9)构成两个梯形框，铝型材V(14)与铝型材II(3)、铝型材III(8)和铝型材IV(9)构成一个梯形框，所有梯形框位于矩形框的同一侧，推板(21)设置在矩形框的另一侧。
4.按照权利要求3所述的一种便携式原位水平推剪仪，其特征在于：还包括安装板I(7)，铝型材II(3)连接在安装板I(7)的同一侧，安装板I(7)的另一侧与压力传感器(10)连接。
5.按照权利要求1所述的一种便携式原位水平推剪仪，其特征在于：所述框架II包括铝型材I(2)、铝型材II(3)、铝型材VI(15)、铝型材VII(16)和铝型材V(14)，铝型材VI(15)和铝型材VII(16)连接构成矩形框，铝型材V(14)位于矩形框中并且与铝型材VII(16)平行设置，铝型材VII(16)构成的矩形框的两条边分别与两个铝型材I(2)和一个铝型材II(3)构成两个等边梯形框，铝型材V(14)与两个铝型材I(2)和一个铝型材II(3)构成一个等边梯形框，所有的等边梯形框位于矩形框的同一侧，推板(21)设置在矩形框的另一侧。
6.按照权利要求5所述的一种便携式原位水平推剪仪，其特征在于：还包括安装板II(4)，铝型材II(3)连接在安装板II(4)的同一侧，油缸筒(5)和位移传感器(12)连接在安装板II(4)的另一侧。
7.按照权利要求1所述的一种便携式原位水平推剪仪，其特征在于：还包括信号转化器(23)和数据采集电脑(24)，所述压力传感器(10)和位移传感器(12)通过信号转化器(23)与数据采集电脑(24)连接。
8.按照权利要求7所述的一种便携式原位水平推剪仪，其特征在于：所述油缸上连接有电动液压油泵(22)，电动液压油泵(22)通过信号转化器(23)与数据采集电脑(24)连接。
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CN113916664A (zh) * 2021-11-30 2022-01-11 中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所 一种土体根系拉拔剪一体化测试装置

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