CN104713788A - 一种应变控制式拉剪直剪仪 - Google Patents

Abstract

本发明具体提供了一种应变控制式拉剪直剪仪包括底座、支架，底座上安装有水平力的施加装置、测量装置、上下剪切盒，支架上安装有轴向拉力的加载装置；其中，水平力的施加装置由推动座、变速箱、滑动框二、量力环轴承、量力环部件和锁紧螺母组成，测量装置包括量力环、水平位移计、垂直位移计，轴向拉力的加载装置主要由气压控制调节装置、气压室、传力杆、活塞、连接座组成。该发明采用电动控制水平加载与气压传递力的轴向加载方式，通过水平力的施加装置、测量装置和轴向拉力的加载装置实现对试样施加稳定的力，且结构简单，操作方便，控制稳定，数据可靠。

Description

一种应变控制式拉剪直剪仪

技术领域

本发明涉及一种土体抗剪强度测定的试验装置，具体涉及一种应变控制式拉剪直剪仪。

背景技术

大量试验及工程破坏实例的研究表明，土的破坏形式主要是剪切破坏，即土的强度不足以抵抗某一面上的剪应力作用而造成，抗剪强度一直是岩土力学中最重要的研究课题之一，而剪切破坏是引起绝大多数岩土工程失稳的原因，准确测定岩土体的抗剪强度参数在岩土工程建设中具有重要意义。

目前，常用的抗剪强度参数测定方法有三轴试验与直剪试验，其中，直剪试验由于其操作简便、适用范围广而应用最为普遍；它是以Coulomb 理论为理论基础发展而来的、最早且最直接测定岩土体抗剪强度的试验方法。直剪试验可分为应力控制式和应变控制式两种，应力控制式直剪试验是将土样装入剪切盒中，通过加压板对土样施加垂直压力的同时对试样施加恒定的水平剪切力，测定其相应剪切位移，用于蠕变试验测定土的长期强度。应变控制式直剪试验则是在对土样施加垂直压力的同时按恒定速率剪切，测定其相应的水平剪应力，用于测定土的常规剪切强度。

研究表明，边坡土体以及岩土体的开挖卸荷使得上部土体出现较大范围拉应力区域，该区域土体经常处于既受拉又受剪的拉剪复合应力状态。已有研究成果表明，直线型强度准则不能较好地反映土体在拉剪复合应力状态下强度特性，为此，有必要研究受拉剪复合应力区域土体的抗剪强度。由于传统的试验技术的原因，利用直剪仪在室内进行土体拉剪应力强度的试验研究十分困难，难以实现，直至目前，有关拉剪应力状态下土体力学性质的研究成果为数不多。

大部分的直剪仪除了只能实施轴向压力外，没有直接测量剪切位移装置，而是通过记录手轮的转数与量力环的读数来计算剪切位移，有时候手轮转速过快，容易造成读数误差，亦增加了实验人员的工作量。

针对上述不足，需探索一种应变控制式拉剪直剪仪，以实现轴向加载为拉力的直剪试验，测定拉剪区域土体的抗剪强度，且要求该直剪仪控制性能稳定、操作规范、测量方便。

发明内容

本发明的目的是提供一种控制性能稳定的、操作规范的、测量方便的应变控制式拉剪直剪仪，以实现轴向加载为拉力的直剪试验，测定拉剪区土体的抗剪强度。

本发明的技术方案为提供一种应变控制式拉剪直剪仪，包括底座和固定在底座上的支架，所述底座上从左到右依次固定安装有推动座、滑动框二、量力环轴承、量力环部件和锁紧螺母；所述推动座支座上固定安装有变速箱，所述推动座一侧安有手轮，另一侧固定安装有一个插销架，推动座上端安装有一个插销一，所述滑动框二上表面轴心处安装有下剪切盒，所述推动座的推动座前端与下剪切盒接触，所述下剪切盒上设置有上剪切盒，所述上剪切盒与下剪切盒形成容纳试样的整体剪切盒，所述上剪切盒前端设置有前端钢珠，所述前端钢珠与量力环轴承接触，所述量力环轴承的一侧固定有位移计底座，所述位移计底座上固定安装有水平位移计。

所述支架中间固定安装有两个横梁，两个横梁安装在相同的高度且两者之间有间隔，所述两个横梁上通过螺栓安装气压室，所述气压室里设置有活塞，所述活塞下端中心处连接传力杆，所述传力杆从气压室的气压室底座与两个横梁中间的间隔中心穿过，所述传力杆下端开有圆孔，所述上剪切盒上端通过插销二固定连接有连接座，所述连接座内底面与试样固定连接，所述连接座上端设置有圆孔，所述传力杆通过螺杆与连接座连接，所述传力杆的圆孔与连接座的圆孔对中，所述连接座上表面安装有垂直位移计。

所述气压室一侧下部开有进气口，所述横梁上固定安装有气压控制调节装置，所述气压控制调节装置一端与进气口连接，另一端与实验室气压源相连通。

上述底座上通过固定螺栓固定安装有滑动框一，支架安装于滑动框一中。

上述滑动框一里内嵌有一排滚珠组成的滚轴。

上述传力杆上设置有调节螺栓。

上述连接座由有机玻璃制成，其上表面中心位置有三角形凹槽，凹槽两侧有两个开有螺孔的凸起，连接座内部设置有多个排水孔。

上述进气口与气压室侧壁之间设置有密封橡胶圈一。

上述传力杆与气压室底座之间设置有密封橡胶圈二。

上述连接座内底面和下剪切盒内表面均通过化学胶结剂与试样胶粘连接。

上述水平位移计与垂直位移计均采用变形百分表，量程为10mm，分度值0.01mm。

上述气压室由有机玻璃制成。

本发明的有益效果：

(1)本发明提供的这种应变控制式拉剪直剪仪采用气压传递力的方式进行轴向拉力的施加，较好地实现了轴向荷载为拉力的直剪试验，提高了试验的精度。

(2)本发明提供的这种应变控制式拉剪直剪仪将轴向加载装置安装在滑动框上以减少摩擦力，使得轴向加载装置在剪切过程中随试样的水平移动而移动，解决了试验过程中的轴向加载偏心的问题。

(3)本发明提供的这种应变控制式拉剪直剪仪增加了剪切位移测量装置，避免了通过手轮转数来计算剪切位移，具有结构简单，操作方便，控制稳定，数据可靠等特点。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明应变控制式拉剪直剪仪的结构示意图。

图2是本发明应变控制式拉剪直剪仪轴向加载装置的结构示意图。

图3是本发明装样完毕及剪切位移计与垂直位移计安装后的结构示意图。

图4是本发明中加载装置与固定安装试样的剪切盒连接示意图。

图5是本发明中滑动框的俯视图。

图6是本发明中连接座的结构示意图。

图7是本发明中传力杆与连接座连接方式的结构示意图。

附图标记说明：1、底座；2、推动座；3、手轮；4、进气口；5、密封橡胶圈一；6.、密封橡胶圈二；7、螺栓；8、气压室底座；9、螺杆；10、垂直位移计；11、插销一；12、变速箱；13、插销架；14、推动座前端；15、气压控制调节装置；16、气压室；17、传力杆；18、活塞；19、支架；20、横梁；21、连接座； 22、插销二；23、上剪切盒；24、量力环轴承；25、量力环部件；26、锁紧螺母；27、滑动框一；28、滚珠；29、滑动框二；30、试样；31、下剪切盒；32、固定螺栓；33、排水孔；34、调节螺栓；35、钢珠；36、水平位移计；37、位移计底座。

具体实施方式

实施例1：

为了测定拉剪区土体的抗剪强度，实现轴向加载为拉力的直剪试验，本实施例提供了一种如图1、图2、图3和图4所示的应变控制式拉剪直剪仪，包括底座1和固定在底座1上的支架19，所述底座1上从左到右依次固定安装有推动座2、滑动框二29、量力环轴承24、量力环部件25和锁紧螺母26；所述推动座2一侧的支座上固定安装有变速箱12，所述推动座2一侧安有手轮3，在推动座2和变速箱12之间固定安装有一个插销架13，推动座2上端安装有一个插销一11，所述滑动框二29上表面轴心处安装有下剪切盒31，所述推动座2的推动座前端14与下剪切盒31接触，所述下剪切盒31上设置有上剪切盒23，所述上剪切盒23与下剪切盒31形成容纳试样30的整体剪切盒，所述上剪切盒23前端设置有前端钢珠35，所述前端钢珠35与量力环轴承24接触，所述量力环轴承24的一侧固定有位移计底座37，所述位移计底座37上固定安装有水平位移计36。

所述支架19中间固定安装有两个横梁20，两个横梁20安装在相同的高度且两者之间有间隔，所述两个横梁20上通过螺栓7安装气压室16，所述气压室16里设置有活塞18，所述活塞18下端中心处连接传力杆17，所述传力杆17从气压室16的气压室底座8与两个横梁20中间的间隔中心穿过，所述传力杆17下端开有圆孔，所述上剪切盒23上端通过插销二22固定连接有连接座21，所述连接座21内底面与试样30固定连接，所述连接座21上端设置有圆孔，所述传力杆17通过螺杆9与连接座21连接，所述传力杆17的圆孔与连接座21的圆孔对中，所述连接座21上表面安装有垂直位移计10。

所述气压室6一侧下部开有进气口4，所述横梁20上固定安装有气压控制调节装置15，所述气压控制调节装置15一端与进气口4连接，另一端与实验室气压源相连通。

本发明的轴向加载为拉力的直剪试验过程如下：采用气压传递力模式，气压控制调节装置15一端与实验室气压源相连通，另一端与气压室6一侧的进气口4连通，通过进气口4向气压室16内部充入围压气体，通过气压推动活塞18向上运动，并且带动传力杆17向上运动，依靠螺杆9将连接座21与传力杆17连接，传力杆17的运动带动了连接座21，从而对试样30施加轴向拉力，通过调节气压控制调节装置15来施加不同大小的气压并控制不变。

实施例2：

在实施例1的基础上，如图5所示，所述底座1上通过固定螺栓32固定安装有滑动框一27，支架19安装于滑动框一27中，滑动框一27里内嵌有一排滚珠28组成的滚轴，滑动框一27不仅作为轴向加载装置的工作平台，而且还提供滚轴以减少支架19与滑动框一27之间的摩擦力，使得轴向加载装置在剪切过程中随试样30的水平移动而移动，避免试验过程中的轴向加载偏心。

如图6所示，所述连接座21由有机玻璃制成，其上表面中心位置有三角形凹槽，凹槽两侧有两个开有螺孔的凸起，连接座21内部设置有多个排水孔33，用来剪切过程中排水。

如图7所示，所述传力杆17上设置有调节螺栓34，调节螺栓34调节传力杆17的高度，便于传力杆17与连接座21之间的连接。

为了保证气压室16密封良好，所述进气口4与气压室16侧壁之间设置有密封橡胶圈一5，所述传力杆17与气压室底座8之间设置有密封橡胶圈二6。

所述连接座21内底面和下剪切盒31内表面均通过化学胶结剂与试样30胶粘连接，所述水平位移计36与垂直位移计10均采用变形百分表，量程为10mm，分度值0.01mm，所述气压室16由有机玻璃制成。

使用时，本发明的具体安装及工作过程如下：

（1）试样制备

用环刀从原状土样中切取原状土试样或制备给定干密度及含水率的扰动土试样。

（2）试样安装

将插销一11***推动座2上端，对准上剪切盒23、下剪切盒31，***插销二22，将装有试样30的环刀平口向下，对准上剪切盒23口，然后将试样30徐徐推入上剪切盒23与下剪切盒31形成的整体剪切盒内，下剪切盒31内底面均匀涂抹化学胶结剂，移去环刀，待试样30与下剪切盒31内底面连接好，再将下表面涂抹均匀化学胶结剂的连接座21与试样30粘接好并静置一段时间，将垂直位移计10安装在连接座21上表面。

（3）调整仪器

手动调节手轮3，使推动座前端14和下剪切盒31接触、上剪切盒23前端钢珠35刚好与量力环轴承24接触，调节水平位移计36，使水平位移计36的指针与下剪切盒31接触，然后调整水平位移计36、量力环部件25和垂直位移计10，使量力环部件25的测力计、水平位移计36和垂直位移计10的读数都为零。

（4）轴向力的实施

将支架19安装在固定安装在底座两侧的滑动框一27中，选择传力杆17与连接座21的连接方式，调整调节螺栓34来调节传力杆17的高度，将传力杆17与连接座21固定连接，打开气压源阀门，通过调节气压控制调节装置15通过进气口4向气压室16施加恒定的气压，依靠活塞18带动传力杆17，从而通过连接座21给试样30施加拉力。

（5）试样剪切

施加垂直轴向力后，立即拔去插销一11和插销二22，开动电机，调节变速箱12，以稳定的速率剪切试样，直至试样30剪损，同时记录量力环部件25的测力计、水平位移计36和垂直位移计10的读数。

（6）试验结束后，卸去气压，移去螺杆9，松开连接座21与传力杆17，移去支架19，倒转手轮3，拆除连接座21，取出试样30，测定剪切面附近土的含水率。

本发明提供的这种应变控制式拉剪直剪仪采用电动控制水平加载与气压传递力的轴向加载方式，通过水平力的施加装置、测量装置和轴向拉力的加载装置实现对试样施加稳定的力，且结构简单，操作方便，控制稳定，数据可靠。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应变控制式拉剪直剪仪，其特征在于：包括底座(1)和固定在底座(1)上的支架(19)，所述底座(1)上从左到右依次固定安装有推动座(2)、滑动框二(29)、量力环轴承(24)、量力环部件(25)和锁紧螺母(26)；所述推动座(2)支座上固定安装有变速箱(12)，所述推动座(2)一侧安有手轮(3)，另一侧固定安装有一个插销架(13)，推动座(2)上端安装有一个插销一(11)，所述滑动框二(29)上表面轴心处安装有下剪切盒(31)，所述推动座(2)的推动座前端(14)与下剪切盒(31)接触，所述下剪切盒(31)上设置有上剪切盒(23)，所述上剪切盒(23)与下剪切盒(31)形成容纳试样(30)的整体剪切盒，所述上剪切盒(23)前端设置有前端钢珠(35)，所述前端钢珠(35)与量力环轴承(24)接触，所述量力环轴承(24)的一侧固定有位移计底座(37)，所述位移计底座(37)上固定安装有水平位移计(36)；

所述支架(19)中间固定安装有两个横梁(20)，两个横梁(20)安装在相同的高度且两者之间有间隔，所述两个横梁(20)上通过螺栓(7)安装气压室(16)，所述气压室(16)里设置有活塞(18)，所述活塞(18)下端中心处连接传力杆(17)，所述传力杆(17)从气压室(16)的气压室底座(8)与两个横梁(20)中间的间隔中心穿过，所述传力杆(17)下端开有圆孔，所述上剪切盒(23)上端通过插销二(22)固定连接有连接座(21)，所述连接座(21)内底面与试样(30)固定连接，所述连接座(21)上端设置有圆孔，所述传力杆(17)通过螺杆(9)与连接座(21)连接，所述传力杆(17)的圆孔与连接座(21)的圆孔对中，所述连接座(21)上表面安装有垂直位移计(10)；

所述气压室(6)一侧下部开有进气口(4)，所述横梁(20)上固定安装有气压控制调节装置(15)，所述气压控制调节装置(15)一端与进气口(4)连接，另一端与实验室气压源相连通。

2.根据权利要求1所述的应变控制式拉剪直剪仪，其特征在于：所述底座(1)上通过固定螺栓(32)固定安装有滑动框一(27)，支架(19)安装于滑动框一(27)中。

3.根据权利要求2所述的应变控制式拉剪直剪仪，其特征在于：所述滑动框一(27)里内嵌有一排滚珠(28)组成的滚轴。

4.根据权利要求1所述的应变控制式拉剪直剪仪，其特征在于：所述传力杆(17)上设置有调节螺栓(34)。

5.根据权利要求1所述的应变控制式拉剪直剪仪，其特征在于：所述连接座(21)由有机玻璃制成，其上表面中心位置有三角形凹槽，凹槽两侧有两个开有螺孔的凸起，连接座(21)内部设置有多个排水孔(33)。

6.根据权利要求1所述的应变控制式拉剪直剪仪，其特征在于：所述进气口(4)与气压室(16)侧壁之间设置有密封橡胶圈一(5)。

7.根据权利要求1所述的应变控制式拉剪直剪仪，其特征在于：所述传力杆(17)与气压室底座(8)之间设置有密封橡胶圈二(6)。

8.根据权利要求1所述的应变控制式拉剪直剪仪，其特征在于：所述连接座(21)内底面和下剪切盒(31)内表面均通过化学胶结剂与试样(30)胶粘连接。

9.根据权利要求1所述的应变控制式拉剪直剪仪，其特征在于：所述水平位移计(36)与垂直位移计(10)均采用变形百分表，量程为10mm，分度值0.01mm。

10.根据权利要求1所述的应变控制式拉剪直剪仪，其特征在于：所述气压室(16)由有机玻璃制成。