CN209841574U - 一种直剪装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直剪装置，包括竖向位移测量表装夹机构、外延杆和上剪切盒盖，所述竖向位移测量表装夹机构包括主杆、副杆、夹紧装置和安装座，主杆的一端铰接在所述安装座上，所述主杆的另一端与所述副杆的一端通过第一制动螺旋连接，所述副杆的另一端与所述夹紧装置连接，所述夹紧装置用于安装竖向位移测量表；所述外延杆设置在所述上剪切盒盖上；在使用状态时，所述外延杆的上端面与所述竖向位移测量表的测量头接触。本实用新型通过万向支座杆使竖向位移测量表的测量头与上剪切盒之间始终处于相对静止状态，直接精确地测量土体剪切过程中土体剪胀位移，有效消除上下剪切盒间的水平位移的影响，从而保证所测剪胀位移的准确性更为精确。

Description

一种直剪装置

技术领域

本实用新型属于土体直剪试验参数测量技术领域，具体涉及一种直剪装置。

背景技术

随着交通工程标准的提高，如修建高速公路与高速铁路，其线路的平顺性要求也越来越高，由此导致隧道工程、路堑工程及边坡挖方工程越来越多，在上述工程施工中，诸如浅层土质边坡失稳滑塌等实际工程问题中，土体常在较小压应力及拉应力作用下出现开裂及剪胀现象。土的剪胀作用实质上是由于剪应力引起的土颗粒间相互位置的变化，使其排列变化从而使颗粒间的孔隙加大(或减小)，从而发生了体积变化。剪胀作用直接影响着土体的强度和破坏时剪切面的几何特征。剪胀是试样沿剪切面剪切过程中，剪切面上部土体随剪切位移的变化而发生膨胀(沉降)的现象；或土体受到剪切破坏时，因其骨架颗粒产生相对位移，导致土的体积产生膨胀的性质。土体随着剪切应力的增加产生体积膨胀的现象叫做剪胀。剪胀性也是砂土、粗粒土等颗粒材料的一个重要特性。

直剪试验是测量土体试样抗剪切强度的主要试验手段，由于操作简单、适用范围广，已广泛用于国内外工程设计施工及其他领域中的固体颗粒体系抗剪切强度的测试。但土体的直剪试验中依旧只采用固有黏聚力和滑动摩擦力来描述土体的峰值强度，而忽略了剪胀作用。

发明内容

针对现有技术中的技术问题，本实用新型提供了一种直剪装置，其目的在于精确地测量土体剪切过程中产生的剪胀位移，以弥补传统直剪实验不能测量剪胀位移的缺陷。

为解决上述技术问题，本实用新型通过以下方案予以解决：

一种直剪装置，包括竖向位移测量表装夹机构、外延杆和上剪切盒盖，所述竖向位移测量表装夹机构包括主杆、副杆、夹紧装置和安装座，所述主杆的一端铰接在所述安装座上，所述主杆的另一端与所述副杆的一端通过第一制动螺旋连接，所述副杆的另一端与所述夹紧装置连接，所述夹紧装置用于安装竖向位移测量表；所述外延杆设置在所述上剪切盒盖上；

在使用状态时，所述外延杆的上端面与所述竖向位移测量表的测量头接触。

进一步地，所述主杆与所述安装座通过第一万向旋转接头装置铰接，所述副杆与所述夹紧装置通过第二万向旋转接头装置铰接。

进一步地，所述夹紧装置包括夹表孔和第二制动螺旋，所述竖向位移测量表的测量头穿过所述夹表孔，所述第二制动螺旋用于控制所述夹表孔的大小。

进一步地，所述外延杆上开设有限位孔和限位槽，所述限位孔的上方设置有加压架，所述加压架上连接有传压螺钉，且所述传压螺钉的一端穿过所述限位孔后与所述上剪切盒盖相抵；在使用状态时，所述测量头伸进所述限位槽。

进一步地，所述限位孔的中心线和所述上剪切盒盖的中心线重合。

进一步地，还包括底座和传力杆，所述底座上设置有下剪切盒，所述下剪切盒的上端面设置有上剪切盒，所述上剪切盒盖与上剪切盒配合；所述传力杆的一端连接在所述上剪切盒的外侧面上，另一端与剪力环连接，所述剪力环内设置有水平位移测量表。

进一步地，还包括固定销，所述上剪切盒上开设有通孔，所述下剪切盒上开设有孔，所述通孔与孔一一对应，所述固定销的一端伸进通孔和孔后，将下剪切盒和上剪切盒固定。

进一步地，所述安装座为磁吸装置，所述安装座设置在所述传力杆上。

进一步地，所述底座的底部设置有若干移动轮。

进一步地，所述外延杆为矩形钢杆。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：本实用新型包括竖向位移测量表装夹机构、外延杆和上剪切盒盖，竖向位移测量表装夹机构包括主杆、副杆、夹紧装置和安装座，将主杆的一端铰接在安装座上，主杆的另一端与副杆的一端通过第一制动螺旋连接，副杆的另一端与夹紧装置连接，夹紧装置用于安装竖向位移测量表；外延杆设置在上剪切盒盖上。在测量土体剪切过程中产生的剪胀位移时，需要调节竖向位移测量表的测量头与外延杆上端面保持垂直。这样的结构设计的好处是，在使用时，通过调节主杆的角度，同时配合调节主杆与副杆之间的角度，当竖向位移测量表的测量头与外延杆上端面垂直后，拧紧第一制动螺旋，使得竖向位移测量表装夹机构保持在稳定的状态，进而继续进行后续的实验操作；对于竖向剪胀位移均匀的土体，能更加方便的对竖向位移测量表的测量头与外延杆上端面之间垂直状态的调节，实现在剪切试验过程中直接精确地测量土体剪胀位移；对于竖向剪胀位移不均匀的土体，由于调节主杆、副杆、加持机构的角度，使百分表可以垂直上剪切盒盖上任意一点，可以极大提升对于土体竖向不均匀剪胀位移的测量精度，检测效率高，测量精度准。本实用新型通过一个简单的支撑系统就可以实现将竖向位移测量表与剪切盒盖连接，通过万向支座杆使竖向位移测量表的测量头与上剪切盒之间始终处于相对静止状态，直接精确地测量土体剪切过程中土体剪胀位移，有效消除上下剪切盒间的水平位移的影响，从而保证所测剪胀位移的准确性更为精确；即实现对土体受剪时因其骨架颗粒产生相对位移而导致土的体积产生膨胀量的准确测量，较好地解决了旧式直剪仪试验未能测量土样剪胀量的缺陷，且本实用新型可根据不同颗粒级配调整竖向位移测量表的位置、主副杆间的交角大小，适用于粘性土、砂土等，原理简单，制作方便，成本低廉，并且对于旧式直剪仪易于改装。

进一步地，主杆与安装座之间通过第一万向旋转接头装置铰接，且副杆与夹紧装置之间通过第二万向旋转接头装置铰接，万向旋转接头装置可以实现360°的旋转，因此在副杆与夹紧装置之间设置第二万向旋转接头，可以通过调节夹紧装置与主、副杆之间的角度，对于竖向剪胀位移均匀的土体，更加方便的对竖向位移测量表的测量头与外延杆上端面之间垂直状态的调节，实现在剪切试验过程中直接精确地测量土体剪胀位移；对于竖向剪胀位移不均匀的土体，由于调节主杆、副杆、加持机构的角度，使百分表可以垂直上剪切盒盖上任意一点，可以极大提升对于土体竖向不均匀剪胀位移的测量精度，检测效率高，测量精度准。

进一步地，夹紧装置包括夹表孔和第二制动螺旋，竖向位移测量表的测量头穿过夹表孔，第二制动螺旋用于控制夹表孔的大小。这样设计的好处是，通过第二制动螺旋可以实现对夹表孔孔径大小的控制，进而可以调节竖向位移测量表的测量头伸进夹表孔的长度。这样，通过调节主杆的角度，同时配合调节主杆与副杆之间的角度、调节夹紧装置与副杆之间的角度以及调节竖向位移测量表的测量头伸进夹表孔的长度，可以更好地实现对竖向位移测量表的测量头与外延杆上端面之间垂直状态的调节。

进一步地，外延杆上开设有限位孔和限位槽，限位孔的上方设置有加压架，加压架上连接有传压螺钉，且传压螺钉的一端穿过限位孔后与上剪切盒盖相抵，限位孔可以实现对传压螺钉的限位，确保传压螺钉与外延杆固接；在使用状态时，测量头伸进限位槽，限位槽对测量头进行限位，使得测量头与外延杆垂直后的状态保持稳定。

进一步地，限位孔的中心线和上剪切盒盖的中心线重合，确保施加给上剪切盒盖的力是均匀的。

进一步地，安装座设置在传力杆上，安装座为磁吸装置，使得装置安装简便，易于灵活调整装置安装位置,便于试验准确测得竖向位移。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中应变控制式直剪仪结构组成示意图；

图2为本实用新型直剪仪剪切装置整体结构示意图；

图3为图2中上剪切盒及法向位移测量装置的结构示意图；

图4为本实用新型中夹持机构的结构示意图；

图5为本实用新型外延杆的正面剖视图；

图6为本实用新型直剪仪剪切装置在直剪试验时的状态示意图。

图中：1-底座；2-透水石；3-外延杆；4-传压螺钉；5-加压架；6-第二制动螺旋；7-竖向位移测量表；8-夹紧装置；9-第二万向旋转接头装置；10-副杆；11-第一制动螺旋；12-主杆；13-第一万向旋转接头装置；14-安装座；15-传力杆；16-水平位移测量表；17-剪力环；18-夹表孔；19-测量头；20-限位孔；21-上剪切盒盖；22-试样空间；23-下剪切盒；24-上剪切盒；25-固定销；26-限位槽。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为现有技术中应变控制式直剪仪结构组成示意图，作为本实用新型的某一优选实施例，结合图2和图3所示，一种直剪装置，包括竖向位移测量表装夹机构、外延杆3和上剪切盒盖21，竖向位移测量表装夹机构包括主杆12、副杆10、夹紧装置8和安装座14，安装座14为磁吸装置，主杆12的一端铰接在安装座14上，优选的，主杆12与安装座14通过能够进行360°旋转的第一万向旋转接头装置13铰接，主杆12的另一端与副杆10的一端通过第一制动螺旋11连接，副杆10的另一端与夹紧装置8连接，优选的，副杆10与夹紧装置8通过能够进行360°旋转的第二万向旋转接头装置9铰接。夹紧装置8用于安装竖向位移测量表7，优选的，夹紧装置8包括夹表孔18和第二制动螺旋6，竖向位移测量表7的测量头19穿过夹表孔18，第二制动螺旋6用于控制夹表孔18的大小。

如图2所示，底座1的底部设置有若干移动轮，方便移动，在底座1上固定连接有下剪切盒23，下剪切盒23的上端面设置有上剪切盒24，上剪切盒盖21与上剪切盒24配合，且上剪切盒24上开设有通孔，下剪切盒23上开设有孔，通孔与孔一一对应，将固定销25的一端伸进通孔和孔后，把下剪切盒23和上剪切盒24固定。传力杆15的一端连接在上剪切盒24的外侧面上，另一端与剪力环17连接，剪力环17内设置有水平位移测量表16，安装座14设置在传力杆15上。

外延杆3设置在上剪切盒盖21上，如图4和图5所示，外延杆3为矩形钢杆，在外延杆3上开设有限位孔20和限位槽26，限位孔20的中心线和上剪切盒盖21的中心线重合，在使用状态时，测量头19伸进限位槽26。如图2所示，在限位孔20的上方设置有加压架5，加压架5上连接有传压螺钉4，且传压螺钉4的一端穿过限位孔20后与上剪切盒盖21相抵。

本实施例中，位移测量表的量程为10mm，分度值为0.01mm的百分表；当然，也可以是准确度为全量程0.2％的传感器。

本实用新型在使用时，需要精确的调节竖向位移测量表7的测量头19与外延杆3上端面保持垂直，这样才能确保测量结果的准确性。

本实用新型的使用方法为：

一、试样制备，每组试样不得少于4个；

二、对准剪切容器的下剪切盒23和上剪切盒24，插入固定销25，在下剪切盒23内放透水石2和滤纸，将试样的环刀刃口向上，对准剪切盒开口，在试样上放滤纸和透水石2，将试样小心地放入剪切盒内的试样空间22内；

三、移动传动装置，使上剪切盒24前端的传力杆15刚好与剪力环17接触，依次放上剪切盒盖21、外延杆3、加压架5并使三者纵中线通过外延杆3上开设的限位孔20，安装竖向位移测量表装夹机构，调整主杆12、副杆10使竖向位移测量表7的测量头19位于限位槽26并垂直于外延3后，拧紧第一制动螺旋11和第二制动螺旋6；调节竖向位移测量表7至零位或测记初读数；

四、根据工程实际和土的干湿程度施加各级垂直压力；

五、施加垂直压力后，如图6所示，拔去固定销，以小于0.02mm/min的剪切速度进行剪切，试样每产生剪切位移0.2～0.4mm测记位移测量表读数，直至位移测量表读数出现峰值，应继续剪切至剪切位移为4mm时停机，记下破坏值；当剪切过程中测力计读数无峰值时，应剪切至剪切位移为6mm时停机；

六、剪切结束，吸去剪切盒内积水，退去剪切力和垂直压力，移动加压架5，取出试样，测定试样含水率；

剪应力应按下式计算：τ＝C·R

式中：τ为剪应力；C为测力计校正系数；

剪切位移按下式计算：Δl＝20n-R

式中：Δl为剪切位移0.01mm；n为手轮转数；R为百分表读数；

以剪应力为纵坐标，剪切位移为横坐标，绘制剪应力与剪切位移关系曲线，取曲线上剪应力的峰值为抗剪强度，无峰值时，取剪切位移4mm所对应的剪应力为抗剪强度；

以法向位移为纵坐标，剪切位移为横坐标，绘制法向位移与剪切位移关系曲线，得到土体的抗拉张特性；

以抗剪强度为纵坐标，垂直压力为横坐标，绘制抗剪强度与垂直压力关系曲线，直线的倾角为摩擦角，直线在纵坐标上的截距为粘聚力。

本实用新型可测定土体特定剪切面上的抗剪强度指标，绘制出剪应力与法向应力的关系曲线、剪切变形与法向变形的关系曲线、剪应力与法向变形的关系曲线，从而可以得到土体在特定破坏面上的抗剪强度参数即内摩擦角和粘聚力以及土体的抗拉张特性。

本实用新型制作材料易得、组装方法便捷，且易于操作、成本低，测得数据精准度更高、适用范围广、具有广泛的工程实践意义及应用前景。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种直剪装置，其特征在于：包括竖向位移测量表装夹机构、外延杆(3)和上剪切盒盖(21)，所述竖向位移测量表装夹机构包括主杆(12)、副杆(10)、夹紧装置(8)和安装座(14)，所述主杆(12)的一端铰接在所述安装座(14)上，所述主杆(12)的另一端与所述副杆(10)的一端通过第一制动螺旋(11)连接，所述副杆(10)的另一端与所述夹紧装置(8)连接，所述夹紧装置(8)用于安装竖向位移测量表(7)；所述外延杆(3)设置在所述上剪切盒盖(21)上；

在使用状态时，所述外延杆(3)的上端面与所述竖向位移测量表(7)的测量头(19)接触。

2.根据权利要求1所述的一种直剪装置，其特征在于：所述主杆(12)与所述安装座(14)通过第一万向旋转接头装置(13)铰接，所述副杆(10)与所述夹紧装置(8)通过第二万向旋转接头装置(9)铰接。

3.根据权利要求1所述的一种直剪装置，其特征在于：所述夹紧装置(8)包括夹表孔(18)和第二制动螺旋(6)，所述竖向位移测量表(7)的测量头(19)穿过所述夹表孔(18)，所述第二制动螺旋(6)用于控制所述夹表孔(18)的大小。

4.根据权利要求1所述的一种直剪装置，其特征在于：所述外延杆(3)上开设有限位孔(20)和限位槽(26)，所述限位孔(20)的上方设置有加压架(5)，所述加压架(5)上连接有传压螺钉(4)，且所述传压螺钉(4)的一端穿过所述限位孔(20)后与所述上剪切盒盖(21)相抵；在使用状态时，所述测量头(19)伸进所述限位槽(26)。

5.根据权利要求4所述的一种直剪装置，其特征在于：所述限位孔(20)的中心线和所述上剪切盒盖(21)的中心线重合。

6.根据权利要求1所述的一种直剪装置，其特征在于：还包括底座(1)和传力杆(15)，所述底座(1)上设置有下剪切盒(23)，所述下剪切盒(23)的上端面设置有上剪切盒(24)，所述上剪切盒盖(21)与上剪切盒(24)配合；所述传力杆(15)的一端连接在所述上剪切盒(24)的外侧面上，另一端与剪力环(17)连接，所述剪力环(17)内设置有水平位移测量表(16)。

7.根据权利要求6所述的一种直剪装置，其特征在于：还包括固定销(25)，所述上剪切盒(24)上开设有通孔，所述下剪切盒(23)上开设有孔，所述通孔与孔一一对应，所述固定销(25)的一端伸进通孔和孔后，将下剪切盒(23)和上剪切盒(24)固定。

8.根据权利要求6所述的一种直剪装置，其特征在于：所述安装座(14)为磁吸装置，所述安装座(14)设置在所述传力杆(15)上。

9.根据权利要求6所述的一种直剪装置，其特征在于：所述底座(1)的底部设置有若干移动轮。

10.根据权利要求1所述的一种直剪装置，其特征在于：所述外延杆(3)为矩形钢杆。