一種恒定剪切面直剪儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種恒定剪切面直剪儀，包括試驗臺、上剪切盒、下剪切盒、垂直荷載加載機構，及水平荷載加載機構，下剪切盒轉動連接于試驗臺上，上剪切盒和下剪切盒內均設有徑向隔板，下剪切盒由水平荷載加載機構驅動旋轉，下剪切盒內的土樣在下徑向隔板的推動下發(fā)生環(huán)向位移，同時，上剪切盒固定不動，上徑向隔板位于其下半截，用于阻止上剪切盒內土樣在剪切時發(fā)生環(huán)向移動，通過下剪切盒的旋轉，使上剪切盒與下剪切盒中的土樣相互發(fā)生剪切位移，從而達到環(huán)向直剪的目的，整個剪切過程中，土樣的剪切面積始終保持恒定，正應力也不發(fā)生變化，使得試驗測得的數據準確，由之計算而得的土工參數也更加可靠。
【專利說明】一種恒定剪切面直剪儀
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測量土體材料強度特性的裝置，特別涉及一種直剪儀。
【背景技術】
[0002]直剪試驗具有方便、經濟的優(yōu)點，在土木工程中被廣泛應用。其原理是將切好的土樣裝入上、下兩部分相對的剪切盒中，通過頂部壓力板對土樣施加一定的豎向荷載的情況下，使上、下兩部分剪切盒按一定速度相對水平錯開，土樣隨之剪斷，從而得到土樣的剪切強度。
[0003]目前，現有直剪儀由于設計上的缺陷，普遍存在不足，在直剪試驗過程中，隨著剪切位移的增力卩，有效剪切面積逐漸減小，剪切面上的正應力σ也相應變化，導致試驗測得的抗剪強度.rZ不準確，由fZ和0.計算得的常用土工參數黏聚力C和內摩擦角f?也相應不可靠。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種恒定剪切面直剪儀，采用該直剪儀進行直剪試驗可保持土樣恒定剪切面,使試驗測量的數據更準確。
[0005]為解決上述技術問題所采用的技術方案:一種恒定剪切面直剪儀，包括試驗臺、上剪切盒、下剪切盒、垂直荷載加載機構，及水平荷載加載機構，所述下剪切盒轉動連接于試驗臺上，所述上剪切盒固定設置在下剪切盒上方，所述上剪切盒和下剪切盒內均設有徑向隔板，所述垂直荷載加載機構設置在上剪切盒上方以對上剪切盒內的土樣施加垂直荷載，所述水平荷載加載機構包括測力環(huán)、與測力環(huán)兩端相連接的傳力帶，及牽引拉動傳力帶的驅動機組，所述傳力帶一頭繞設在下剪切盒的外壁上，所述傳力帶的另一頭與驅動機組相連接。
[0006]進一步作為本發(fā)明技術方案的改進，所述上剪切盒包括同心設置的上內環(huán)壁和上外環(huán)壁，所述上內環(huán)壁與上外環(huán)壁之間連接有一片上徑向隔板，所述下剪切盒包括底壁、設于底壁上的下外環(huán)壁，及設于底壁中心的中心柱，所述中心柱與下外環(huán)壁之間環(huán)向等距間隔設有四片下徑向隔板，所述中心柱的高度等于上外環(huán)壁與下外環(huán)壁兩者高度之和，所述中心柱下半段的外徑等于上內環(huán)壁的外徑，所述中心柱上半段的外徑小于中心柱下半段的外徑以使上內環(huán)壁可套入至中心柱上半段。
[0007]進一步作為本發(fā)明技術方案的改進，所述下剪切盒通過一轉軸和環(huán)形滑軌轉動連接于試驗臺上。
[0008]進一步作為本發(fā)明技術方案的改進，在所述下剪切盒與試驗臺之間還設有限制下剪切盒轉動的鎖定裝置。
[0009]進一步作 為本發(fā)明技術方案的改進，所述驅動機組包括驅動電機、與驅動電機傳動連接的齒輪減速機構，及離合裝置。
[0010]進一步作為本發(fā)明技術方案的改進，所述垂直荷載加載機構包括一壓向上剪切盒內部空間的拱形壓力塊,所述拱形壓力塊中心開有一可容納供中心柱插入的內腔。
[0011]進一步作為本發(fā)明技術方案的改進，還包括一土樣制備刀具，所述土樣制備刀具包括圓形底托和設于圓形底托上的內環(huán)刀、外環(huán)刀，所述外環(huán)刀包括支撐外環(huán)刀和分別鉸接于支撐外環(huán)刀兩端的第一外環(huán)刀、第二外環(huán)刀，所述第一外環(huán)刀和第二外環(huán)刀的另一端通過一卡扣扣接，在所述內環(huán)刀與外環(huán)刀之間環(huán)向等距間隔設有四片隔板刀片，其中一所述隔板刀片的高度等于上徑向隔板與下徑向隔板兩者高度之和，其余所述隔板刀片的高度與下徑向隔板的高度相等。
[0012]進一步作為本發(fā)明技術方案的改進，所述支撐外環(huán)刀外側端連接有定位支架，在所述定位支架設有定位卡塊，所述上剪切盒通過一支撐支架固定設置于下剪切盒上方，所述支撐支架設有供定位卡塊卡入定位的定位卡槽。
[0013]有益效果:此恒定剪切面直剪儀摒棄傳統(tǒng)直剪儀的直線式剪切的模式，采用環(huán)向式剪切的模式，使得在剪切過程中能保證恒定的剪切面，下剪切盒由水平荷載加載機構驅動旋轉，下剪切盒內的土樣在下徑向隔板的推動下發(fā)生環(huán)向位移，同時，上剪切盒固定不動，上徑向隔板位于其下半截，用于阻止上剪切盒內土樣在剪切時發(fā)生環(huán)向移動，通過下剪切盒的旋轉，使上剪切盒與下剪切盒中的土樣相互發(fā)生剪切位移，從而達到環(huán)向直剪的目的，在整個剪切過程中，土樣的剪切面積始終保持恒定，正應力也不發(fā)生變化，從而避免當前直剪儀普遍存在的缺陷，使得試驗測得的數據準確，由之計算而得的土工參數也更加可
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【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的說明；
圖1為本發(fā)明實施例的立面剖視圖；
圖2為本發(fā)明實施例的平面剖視圖；
圖3為本發(fā)明實施例中上剪切盒的平面剖視圖；
圖4為本發(fā)明實施例中下剪切盒的平面剖視圖；
圖5為本發(fā)明實施例中土樣制備刀具的平面示意圖；
圖6為圖5中A-A的剖視圖；
圖7為圖5中B-B的剖視圖。
【具體實施方式】
[0015]參照圖1至圖7，本發(fā)明一種恒定剪切面直剪儀，包括試驗臺10、上剪切盒20、下剪切盒30、垂直荷載加載機構40，及水平荷載加載機構50，下剪切盒30轉動連接于試驗臺10上，上剪切盒20固定設置在下剪切盒30上方，上剪切盒20和下剪切盒30內均設有徑向隔板，垂直荷載加載機構40設置在上剪切盒20上方以對上剪切盒20內的土樣施加垂直荷載，水平荷載加載機構50包括測力環(huán)51、與測力環(huán)51兩端相連接的傳力帶52，及牽引拉動傳力帶52的驅動機組53，傳力帶52—頭繞設在下剪切盒30的外壁上，傳力帶52的另一頭與驅動機組53相連接。
[0016]此恒定剪切面直剪儀摒棄傳統(tǒng)直剪儀的直線式剪切的模式，采用環(huán)向式剪切的模式，使得在剪切過程中能保證恒定的剪切面，下剪切盒30由水平荷載加載機構50驅動旋轉，下剪切盒30內的土樣在下徑向隔板34的推動下發(fā)生環(huán)向位移，同時，上剪切盒20固定不動，上徑向隔板23位于其下半截，用于阻止上剪切盒20內土樣在剪切時發(fā)生環(huán)向移動，通過下剪切盒30的旋轉，使上剪切盒20與下剪切盒30中的土樣相互發(fā)生剪切位移，從而達到環(huán)向直剪的目的，在整個剪切過程中，土樣的剪切面積始終保持恒定，正應力也不發(fā)生變化，從而避免當前直剪儀普遍存在的缺陷，使得試驗測得的數據準確，由之計算而得的土工參數也更加可靠。
[0017]在本實施例中，試驗臺10為一平臺，上剪切盒20、下剪切盒30、垂直荷載加載機構40、水平荷載加載機構50均設置在試驗臺10上，上剪切盒20和下剪切盒30都呈圓柱狀，上剪切盒20包括同心設置的上內環(huán)壁21和上外環(huán)壁22，上內環(huán)壁21與上外環(huán)壁22之間連接有一片上徑向隔板23，下剪切盒30包括底壁31、設于底壁31上的下外環(huán)壁32，及設于底壁31中心的中心柱33，中心柱33與下外環(huán)壁32之間環(huán)向等距間隔設有四片下徑向隔板34，上剪切盒20和下剪切盒30的內部都形成環(huán)狀的空腔用以承載土樣，上剪切盒20的上外環(huán)壁22與下剪切盒30的下外環(huán)壁32等直徑、等厚度，當上剪切盒20放置在下剪切盒30上時，中心柱33的高度應該等于上外環(huán)壁22與下外環(huán)壁32兩者高度之和，中心柱33由直徑不等的上半段和下半段組成，其中中心柱33上半段的外徑略小于中心柱33下半段的外徑，中心柱33下半段的外徑等于上內環(huán)壁21的外徑，當上剪切盒20放置在下剪切盒30上時，上剪切盒20的上內環(huán)壁21剛好套入至下剪切盒30的中心柱33上半段。
[0018]上剪切盒20是通過一呈L形的支撐支架11固定在試驗臺10上方，在進行剪切試驗時，上剪切盒20是固定不動的；下剪切盒30是通過轉軸12和環(huán)形滑軌13轉動連接于試驗臺10上，在外力作用下，下剪切盒30可繞自身軸線轉動，其中，轉軸12和環(huán)形滑軌13可保證下剪切盒30在轉動過程中保持水平且不發(fā)生錯動，上剪切盒20和下剪切盒30安裝在試驗臺上時，上剪切盒20的下端面剛好與下剪切盒30的上端面相接觸。
[0019]在下剪切盒30與試驗臺10之間還設有限制下剪切盒30轉動的鎖定裝置，當鎖定裝置工作時，可保證下剪切盒30在裝卸土樣和預加荷載時靜止不動，具體地，該鎖定裝置包括嵌入安裝在試驗臺10內可水平左右滑移的第一楔形塊14和與第一楔形塊14斜面配合連接可上下滑移的第二楔形塊15，在下剪切盒30的底壁31底端開有一供第二楔形塊15卡入的凹槽，控制第一楔形塊14水平移動，在斜面的作用下，可帶動第二楔形塊15豎向上移，使第二楔形塊15頂端卡入至下剪切盒30的底壁31凹槽中，從而鎖緊固定下剪切盒30限制其轉動。
[0020]垂直荷載加載機構40用以施加豎向荷載以對上剪切盒20和下剪切盒30內的土
樣加壓，該垂直荷載加載機構40包括一壓向上剪切盒20內部空間的拱形壓力塊41，拱形壓
力塊41中心開有一可容納供中心柱33插入的內腔42，使得在加壓過程中不會接觸到中心
柱33頂部，垂直荷載加載機構40的其余構件按當前常規(guī)直剪儀的模式制作。假設土樣內、
外半徑Sm2，豎向荷載為P，則正應力O為
【權利要求】
1.一種恒定剪切面直剪儀，其特征在于:包括試驗臺、上剪切盒、下剪切盒、垂直荷載加載機構，及水平荷載加載機構，所述下剪切盒轉動連接于試驗臺上，所述上剪切盒固定設置在下剪切盒上方，所述上剪切盒和下剪切盒內均設有徑向隔板，所述垂直荷載加載機構設置在上剪切盒上方以對上剪切盒內的土樣施加垂直荷載，所述水平荷載加載機構包括測力環(huán)、與測力環(huán)兩端相連接的傳力帶，及牽引拉動傳力帶的驅動機組，所述傳力帶一頭繞設在下剪切盒的外壁上，所述傳力帶的另一頭與驅動機組相連接。
2.根據權利要求1所述的恒定剪切面直剪儀，其特征在于:所述上剪切盒包括同心設置的上內環(huán)壁和上外環(huán)壁，所述上內環(huán)壁與上外環(huán)壁之間連接有一片上徑向隔板，所述下剪切盒包括底壁、設于底壁上的下外環(huán)壁，及設于底壁中心的中心柱，所述中心柱與下外環(huán)壁之間環(huán)向等距間隔設有四片下徑向隔板，所述中心柱的高度等于上外環(huán)壁與下外環(huán)壁兩者高度之和，所述中心柱下半段的外徑等于上內環(huán)壁的外徑，所述中心柱上半段的外徑小于中心柱下半段的外徑以使上內環(huán)壁可套入至中心柱上半段。
3.根據權利要求1或2所述的恒定剪切面直剪儀，其特征在于:所述下剪切盒通過一轉軸和環(huán)形滑軌轉動連接于試驗臺上。
4.根據權利要求1或2所述的恒定剪切面直剪儀，其特征在于:在所述下剪切盒與試驗臺之間還設有限制下剪切盒轉動的鎖定裝置。
5.根據權利要求1所述的恒定剪切面直剪儀，其特征在于:所述驅動機組包括驅動電機、與驅動電機傳動連接的齒輪減速機構，及離合裝置。
6.根據權利要求1所述的恒定剪切面直剪儀，其特征在于:所述垂直荷載加載機構包括一壓向上剪切盒內部空間的拱形壓力塊，所述拱形壓力塊中心開有一可容納供中心柱插入的內腔。
7.根據權利要求1所述的恒定剪切面直剪儀，其特征在于:還包括一土樣制備刀具，所述土樣制備刀具包括圓形底托和設于圓形底托上的內環(huán)刀、外環(huán)刀，所述外環(huán)刀包括支撐外環(huán)刀和分別鉸接于支撐外環(huán)刀兩端的第一外環(huán)刀、第二外環(huán)刀，所述第一外環(huán)刀和第二外環(huán)刀的另一端通過一卡扣扣接，在所述內環(huán)刀與外環(huán)刀之間環(huán)向等距間隔設有四片隔板刀片，其中一所述隔板刀片的高度等于上徑向隔板與下徑向隔板兩者高度之和，其余所述隔板刀片的高度與下徑向隔板的高度相等。
8.根據權利要求7所述的恒定剪切面直剪儀，其特征在于:所述支撐外環(huán)刀外側端連接有定位支架，在所述定位支架設有定位卡塊，所述上剪切盒通過一支撐支架固定設置于下剪切盒上方，所述支撐支架設有供定位卡塊卡入定位的定位卡槽。
【文檔編號】G01N1/28GK104007026SQ201410216856
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月21日 優(yōu)先權日:2014年5月21日
【發(fā)明者】彭功勛, 林春秀, 施建勇, 劉良貴, 李偉, 李廣平, 伊穎鋒, 李承海 申請人:廣州市市政工程設計研究院