專利名稱：粗粒土直剪儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種測試粗粒土的抗剪強度的裝置，尤其是應變控制式和應力控制式的大型粗粒土直剪儀。
背景技術(shù)：
目前，直剪試驗是巖石、土等的抗剪強度參數(shù)測試的傳統(tǒng)技術(shù)手段。然而由于傳統(tǒng)的粗粒土直剪儀一般上、下剪盒中的一個是固定的(通常是上盒)，另一個是活動的。當使用傳統(tǒng)的粗粒土直剪儀進行巖石、土等的抗剪強度的測試時，在試驗過程中隨著剪切位移的發(fā)生和發(fā)展，剪切位移逐步增大，活動剪盒逐漸偏離原位，剪切面中心移位且剪切面面積逐步縮小，剪切面中心向剪切位移方向偏移的距離是剪切位移的一半，而此時垂直加載裝置的位置沒有發(fā)生變化，施加在上剪盒上的垂直正應力的中心位置和垂直加載力的大小也沒有改變，也就是說移動后的剪切面中心與垂直加載裝置加載的垂直正應力的中心不重合，因此導致了正應力的非均勻分布(即偏壓)，同時還造成單位面積的正應力的值逐步升高而并非為一個恒定值，這與庫倫抗剪強度定律的基本條件嚴重不符，并使試驗結(jié)果產(chǎn)生失真和誤差。因此現(xiàn)今的直剪試驗技術(shù)手段、技術(shù)設備與理論要求的條件有一定差距，可以說以往的直剪試驗不能完全真實的反映巖、土的實際抗剪特性。雖然當剪切位移比較小的時候引起的失真和誤差可以接受，并且這一手段仍然為工程所應用，但失真和誤差是存在的。在使用超大型直剪儀時，要求最大剪切位移較大如達到50cm以上或大剪盒邊長的一半時，問題尤為突出。這時如果再使用傳統(tǒng)的設計理念和技術(shù)方法去制造設備，去進行試驗，引起的誤差將十分巨大，這已經(jīng)成為制約直剪試驗這種傳統(tǒng)技術(shù)手段發(fā)展和工程應用的重大技術(shù)難題。另外，傳統(tǒng)的粗粒土直剪儀的上、下剪盒之間的支撐為在上、下剪盒的側(cè)壁板內(nèi)加工出安裝滾子的溝槽，將滾子安裝在溝槽內(nèi)用于支撐上剪盒，但這樣的支撐結(jié)構(gòu)無法在滾子上加裝滾子保持架，使得滾子之間的距離容易隨著滾子的移動而改變，從而使各個滾子的受力不均勻。還因為試驗用的巖石、巖土等容易從上、下剪盒之間的縫隙處進入滾道而阻塞滾子，故使用和維護相當麻煩和不便。
實用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有粗粒土直剪儀在試驗過程中隨著剪切位移的發(fā)生其剪切面中心產(chǎn)生移動，導致了垂直正應力的非均勻分布隨著剪切位移的增大而越來越嚴重的不足，本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種在試驗過程中，隨著剪切位移的發(fā)生其剪切面中心的偏移受剪切位移的變化影響小的粗粒土直剪儀。
本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是粗粒土直剪儀，包括底座、下剪盒、上剪盒、傳壓板、滾動支撐和安裝在橫梁上的垂直加載裝置，所述傳壓板與上剪盒之間設置有上滾軸排，下剪盒和上剪盒分別與加載力的方向相反的水平加載裝置連接。下剪盒和上剪盒均為活動的，通過水平加載裝置施加在下剪盒和上剪盒上的方向相反的水平加載力，下剪盒和上剪盒做相反方向的移動；當水平加載裝置施加在下剪盒和上剪盒上的水平加載力比例適當時，即可達到下剪盒和上剪盒的絕對位移量相等而位移方向相反，因而其剪切面中心即可不產(chǎn)生偏移。
本實用新型的有益效果是，由于采用了下剪盒和上剪盒均為活動的，通過水平加載裝置施加在下剪盒和上剪盒上的方向相反的水平加載力，下剪盒和上剪盒做相反方向的移動的方式，減小了隨剪切位移的發(fā)生而產(chǎn)生的剪切面中心偏移，甚至于還可以保證試驗過程中垂直荷載始終不偏心，即鎖定了剪切面中心位置，使其在試驗過程中不隨剪切位移的發(fā)生而產(chǎn)生移動。這樣，其試驗的基本條件與理論要求的庫倫抗剪強度定律的條件一致，使試驗結(jié)果產(chǎn)生的失真和誤差均較小，直剪試驗可以比較真實的反映巖、土的實際抗剪特性。


圖1是本實用新型的主視圖。
圖2是圖1的左視圖。
圖3是圖1A處的局部放大圖。
圖4是圖2B處的局部放大圖。
圖5是圖2C處的局部放大圖。
圖6是垂直加載裝置控制原理方框圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示，本實用新型的粗粒土直剪儀，包括底座1、下剪盒2、上剪盒3、傳壓板4、滾動支撐5和安裝在橫梁6上的垂直加載裝置7，所述傳壓板4與上剪盒3之間設置有上滾軸排8，下剪盒2和上剪盒3分別與加載力的方向相反的水平加載裝置9連接。下剪盒2和上剪盒3均為活動的，通過水平加載裝置9施加在下剪盒2和上剪盒3上的方向相反的水平加載力，下剪盒2和上剪盒3做相反方向的移動；當水平加載裝置9施加在下剪盒2和上剪盒3上的水平加載力比例適當時，即可達到下剪盒2和上剪盒3的絕對位移量相等而位移方向相反，因而其剪切面中心即可不產(chǎn)生偏移，這樣即鎖定了剪切面中心位置。
所述水平加載裝置9可以是分別作用于下剪盒2和上剪盒3的加載裝置，如采用慣常使用的伺服裝置控制的兩個油缸來分別與下剪盒2和上剪盒3連接，用以推動下剪盒2和上剪盒3作方向相反但絕對位移量相同的運動；也可以利用作用力和反作用力大小相等而方向相反的原理，采用絲杠螺母副、液壓油缸等動力裝置來作為水平加載裝置9。當采用液壓油缸作為水平加載裝置9時，所述液壓油缸的缸體10和活塞桿11分別與下剪盒2、上剪盒3相連，從而使得下剪盒2與上剪盒3受到大小相等、方向相反的作用力和反作用力的作用，從而減小了隨剪切位移的發(fā)生而產(chǎn)生的剪切面中心偏移，如圖1所示。
為了進一步的鎖定剪切面中心位置，所述下剪盒2與上剪盒3之間還設置有使下剪盒2和上剪盒3位移量相等而方向相反的同步位移裝置12。該同步位移裝置12可以通過常用的閉環(huán)控制的伺服裝置、液壓隨動裝置等實現(xiàn)，也可以通過機械的方式實現(xiàn)，如圖3所示。
采用機械的方式時，可以將所述同步位移裝置12設置在與下剪盒2和上剪盒3運動方向平行的下剪盒2和上剪盒3的側(cè)面13，可以只是在一個側(cè)面13上設置，但最好同時在兩個側(cè)面13上均設置，這樣有利于作用力的平衡。該同步位移裝置12包括固定在上剪盒3上的上齒條14、固定在下剪盒2上的下齒條15以及同時與上齒條14和下齒條15嚙合的齒輪16，齒輪16空套在固定軸17上，固定軸17固定在側(cè)粱18上，該側(cè)粱18與橫梁6以及底座1連接為一個整體，因而當上齒條14或下齒條15中的任意一個齒條移動時，都會通過與其嚙合的齒輪16使另一個齒條向相反的方向移動同樣的距離，故達到了上剪盒3與下剪盒2同步反向位移的目的，如圖1、圖2、圖3、圖4所示。
所述滾動支撐5設置在與下剪盒2和上剪盒3運動方向平行的下剪盒2和上剪盒3的兩個側(cè)面13上，它包括固定在上剪盒3上的上支撐19、固定在下剪盒2上的下支撐20以及滾子21；上支撐19、下支撐20沿其運動方向相對平行布置，在上支撐19、下支撐20相對的面上設置有與滾子21適配的滾道槽23、24，在一個滾道槽內(nèi)至少設置有兩個滾子21，一般是按一定的長度排放的多個滾子。所述滾子21上設置有滾子保持架22，滾子保持架22為慣常采用的薄板結(jié)構(gòu)，其上設置有與滾子21的數(shù)量相當?shù)?、按一定的距離間隔排列的矩形孔，矩形孔的長度略大于滾子21的長度，矩形孔的寬度略小于滾子21的直徑。這樣，將滾子保持架22放在滾子上，使?jié)L子穿過其上的矩形孔，使得滾子21與滾子21之間的距離通過滾子保持架22保持恒定，從而使各個滾子21的受力均勻，如圖1、圖2、圖3、圖4所示。
此外，為了降低局部側(cè)向分力對上剪盒3和下剪盒2的運動方向的干擾和影響，本實用新型的粗粒土直剪儀還設置有導向限位裝置25，所述導向限位裝置25固定在側(cè)粱18上并通過滾輪26與上支撐19或下支撐20的側(cè)面接觸。通過滾輪26與上支撐19或下支撐20的側(cè)面接觸，來起到限位和導向的作用，如圖4所示。
所述上滾軸排8由設置在上、下支撐板上的兩道滾軸槽29、30內(nèi)的兩排上滾子27組成，上、下支撐板與滾子27形成上滾軸排8。每排上滾子27上均設置有上滾子保持架28，上滾子保持架28也為慣常采用的薄板結(jié)構(gòu)，其上設置有與上滾子27的數(shù)量相當?shù)?、按一定的距離間隔排列的矩形孔，矩形孔的長度略大于上滾子27的長度，矩形孔的寬度略小于上滾子27的直徑。這樣，將上滾子保持架28放在上滾子27上，使上滾子27穿過其上的矩形孔，使得上滾子27之間的距離通過上滾子保持架28保持恒定，從而使各個上滾子27的受力均勻，如圖5所示。
所述下剪盒2和上剪盒3之間的相對移動的表面上還設置有位移傳感器31，用以測量下剪盒2和上剪盒3之間的相對位移量。下剪盒2和上剪盒3之間的相對移動的表面可以是下剪盒2和上剪盒3的外表面之間，也可以是與下剪盒2和上剪盒3位移同步的其他表面之間，如上述的液壓油缸的缸體10和活塞桿11之間。所述位移傳感器31通過現(xiàn)有的信號處理電路32、放大電路33與垂直加載裝置7的控制電路34電連接。這樣即可通過位移傳感器31，將剪切面積減少的數(shù)量采集下來，并通過信號處理用于控制垂直加載裝置7的加載力的大小，使的控制垂直加載裝置7的加載力的大小與剪切面積的大小相適配，從而保證施加在試樣上的正應力保持恒定，如圖1、圖6所示。
實施例如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示，本實用新型的粗粒土直剪儀，包括底座1、下剪盒2、上剪盒3、傳壓板4、滾動支撐5和安裝在橫梁6上的垂直加載裝置7，所述傳壓板4與上剪盒3之間設置有上滾軸排8，下剪盒2和上剪盒3分別與加載力的方向相反的水平加載裝置9連接。下剪盒2和上剪盒3均為活動的，通過水平加載裝置9施加在下剪盒2和上剪盒3上的方向相反的水平加載力，下剪盒2和上剪盒3做相反方向的移動。
所述水平加載裝置9采用液壓油缸，所述液壓油缸的缸體10和活塞桿11分別與下剪盒2、上剪盒3相連，如圖1所示。
所述下剪盒2與上剪盒3之間還設置有使下剪盒2和上剪盒3位移量相等而方向相反的同步位移裝置12。所述同步位移裝置12設置在與下剪盒2和上剪盒3運動方向平行的下剪盒2和上剪盒3的側(cè)面13上，且同時在兩個側(cè)面13上均設置。該同步位移裝置12包括固定在上剪盒3上的上齒條14、固定在下剪盒2上的下齒條15以及同時與上齒條14和下齒條15嚙合的齒輪16，齒輪16空套在固定軸17上，固定軸17固定在側(cè)粱18上，該側(cè)粱18與橫梁6以及底座1連接為一個整體，如圖1、圖2、圖3、圖4所示。
所述兩個滾動支撐5設置在與下剪盒2和上剪盒3運動方向平行的下剪盒2和上剪盒3的兩個側(cè)面13上，它包括固定在上剪盒3上的上支撐19、固定在下剪盒2上的下支撐20以及滾子21；上支撐19、下支撐20沿其運動方向相對平行布置，在上支撐19、下支撐20相對的面上設置有與滾子21適配的滾道槽23、24，在一個滾道槽內(nèi)設置有按一定的長度排放的多個滾子。所述滾子21上設置有滾子保持架22，滾子保持架22為慣常采用的薄板結(jié)構(gòu)，其上設置有與滾子21的數(shù)量相當?shù)摹匆欢ǖ木嚯x間隔排列的矩形孔，矩形孔的長度略大于滾子21的長度，矩形孔的寬度略小于滾子21的直徑。這樣，將滾子保持架22放在滾子上，使?jié)L子穿過其上的矩形孔，使得滾子21與滾子21之間的距離通過滾子保持架22保持恒定，從而使各個滾子21的受力均勻，如圖1、圖2、圖3、圖4所示。
本實用新型的粗粒土直剪儀還設置有導向限位裝置25，所述導向限位裝置25固定在側(cè)粱18上并通過滾輪26與上支撐19或下支撐20的側(cè)面接觸。通過滾輪26與上支撐19或下支撐20的側(cè)面接觸，來起到限位和導向的作用，如圖4所示。
所述上滾軸排8由設置在上、下支撐板上的兩道滾軸槽29、30內(nèi)的兩排上滾子27組成，上、下支撐板與滾子27形成上滾軸排8。每排上滾子27上均設置有上滾子保持架28，上滾子保持架28也為慣常采用的薄板結(jié)構(gòu)，其上設置有與上滾子27的數(shù)量相當?shù)?、按一定的距離間隔排列的矩形孔，矩形孔的長度略大于上滾子27的長度，矩形孔的寬度略小于上滾子27的直徑。這樣，將上滾子保持架28放在上滾子27上，使上滾子27穿過其上的矩形孔，使得上滾子27之間的距離通過上滾子保持架28保持恒定，從而使各個上滾子27的受力均勻，如圖5所示。
所述液壓油缸的缸體10和活塞桿11之間還設置有位移傳感器31，用以測量下剪盒2和上剪盒3之間的相對位移量。位移傳感器31通過現(xiàn)有的信號處理電路32、放大電路33與垂直加載裝置7的控制電路34電連接。這樣即可通過位移傳感器31，將剪切面積減少的數(shù)量采集下來，并通過信號處理用于控制垂直加載裝置7的加載力的大小，使的控制垂直加載裝置7的加載力的大小與剪切面積的大小相適配，從而保證施加在試樣上的正應力保持恒定，如圖1、圖6所示。
權(quán)利要求1.粗粒土直剪儀，包括底座(1)、下剪盒(2)、上剪盒(3)、傳壓板(4)、滾動支撐(5)和安裝在橫梁(6)上的垂直加載裝置(7)，其特征是所述傳壓板(4)與上剪盒(3)之間設置有上滾軸排(8)，下剪盒(2)和上剪盒(3)分別與加載力的方向相反的水平加載裝置(9)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的粗粒土直剪儀，其特征是所述水平加載裝置(9)為液壓油缸，所述液壓油缸的缸體(10)和活塞桿(11)分別與下剪盒(2)、上剪盒(3)相連。
3.如權(quán)利要求1或2所述的粗粒土直剪儀，其特征是所述下剪盒(2)與上剪盒(3)之間還設置有使下剪盒(2)和上剪盒(3)位移量相等而方向相反的同步位移裝置(12)。
4.如權(quán)利要求3所述的粗粒土直剪儀，其特征是所述同步位移裝置(12)設置在與下剪盒(2)和上剪盒(3)運動方向平行的下剪盒(2)和上剪盒(3)的側(cè)面(13)，它包括固定在上剪盒(3)上的上齒條(14)、固定在下剪盒(2)上的下齒條(15)以及同時與上齒條(14)和下齒條(15)嚙合的齒輪(16)，齒輪(16)空套在固定軸(17)上，固定軸(17)固定在側(cè)粱(18)上。
5.如權(quán)利要求1所述的粗粒土直剪儀，其特征是所述滾動支撐(5)設置在與下剪盒(2)和上剪盒(3)運動方向平行的下剪盒(2)和上剪盒(3)的兩個側(cè)面(13)上，它包括固定在上剪盒(3)上的上支撐(19)、固定在下剪盒(2)上的下支撐(20)以及滾子(21)，上支撐(19)、下支撐(20)相對應的面上設置有與滾子(21)適配的滾道槽(23、24)，在一個滾道槽內(nèi)至少設置有兩個滾子(21)。
6.如權(quán)利要求5所述的粗粒土直剪儀，其特征是所述滾子(21)上設置有滾子保持架(22)。
7.如權(quán)利要求5所述的粗粒土直剪儀，其特征是還包括導向限位裝置(25)，所述導向限位裝置(25)固定在側(cè)粱(18)上并通過滾輪(26)與上支撐(19)或下支撐(20)的側(cè)面接觸。
8.如權(quán)利要求1所述的粗粒土直剪儀，其特征是所述上滾軸排(8)由設置在兩道滾軸槽(29、30)內(nèi)的兩排上滾子(27)組成，每排上滾子(27)上均設置有上滾子保持架(28)。
9.如權(quán)利要求1所述的粗粒土直剪儀，其特征是所述下剪盒(2)和上剪盒(3)之間的相對移動的表面上設置有位移傳感器(31)。
10.如權(quán)利要求9所述的粗粒土直剪儀，其特征是所述位移傳感器(31)通過信號處理電路(32)、放大電路(33)與垂直加載裝置(7)的控制電路(34)電連接。
專利摘要本實用新型公開了一種測試粗粒土的抗剪強度的應變控制式和應力控制式的大型粗粒土直剪儀，它包括底座、下剪盒、上剪盒、傳壓板、滾動支撐和安裝在橫梁上的垂直加載裝置，所述傳壓板與上剪盒之間設置有上滾軸排，下剪盒和上剪盒分別與加載力的方向相反的水平加載裝置連接。下剪盒和上剪盒均為活動的，通過水平加載裝置施加在下剪盒和上剪盒上的方向相反的水平加載力，下剪盒和上剪盒做相反方向的移動，保證了試驗過程中垂直荷載始終不偏心，即鎖定了剪切面中心位置。這樣，其試驗的基本條件與理論要求的庫倫抗剪強度定律的條件一致，使試驗結(jié)果產(chǎn)生的失真和誤差均較小，直剪試驗可以比較真實的反映巖、土的實際抗剪特性。
文檔編號G01N3/08GK2653485SQ20032011479
公開日2004年11月3日 申請日期2003年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月16日
發(fā)明者徐進, 賈成功 申請人:徐進, 賈成功