可攜式現場和室內兩用直剪試驗儀的製作方法

2023-06-09 16:54:36

專利名稱：可攜式現場和室內兩用直剪試驗儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種土體強度測試的直剪試驗儀器，既能在現場方便、快 捷地測試自然土坡、填方土坡、各種地基表面的強度參數，也能在室內測試原狀 土樣、重塑土樣的強度參數。
二背景技術：
直剪試驗儀器分為室內試驗直剪儀和現場試驗直剪儀。常規的室內直剪試 驗儀有上、下兩個剪切盒，試樣放入剪切盒後，在試樣頂部施加一定的垂直壓力， 推動剪切盒，使試樣受剪至破壞，從而得到土體的強度參數。目前由於採用推動 剪切盒的方法來使試樣受剪，剪切盒與量力環之間必定是剛性連接。在剪切過程 中，若試樣發生體積變化，會在其接觸點處產生摩擦力，而該摩擦力在試驗中無 法測定，從而使得剪切面上的正應力與實際外加的正應力不一致，影響了土體強 度的正確測試。現場試驗直剪儀大多只是將室內試驗直剪儀的尺寸加大，同樣存 在剛性連接點處的摩擦影響問題。
三、 發明內容
本實用新型的目的在於解決常規直剪試驗儀中剛性連接點處的摩擦影響問 題。採用的技術方案是將試樣受剪方式由剛性頂推方式改為柔性張拉方式；將取 樣裝置直接作為下剪切盒，可直接在現場進行試驗；且該直剪儀也可以在室內做 原狀樣或重塑樣直剪試驗。整套儀器裝置可裝入一個箱型框內，搬運方便。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案把在現場所取得的或在室內 所製備的包含剛性框的土樣放入剛性框底座裡，剛性框底座固定於箱型框架上。 通過安裝在箱型框架上移動式垂直加荷系統，然後採用柔性繩鏈張拉剪切框，使 試樣受剪。試驗過程中，試樣在垂直方向的體積不會受到柔性繩鏈的限制。本試 驗儀原理簡單，操作簡便，可快速地測定現場土體及室內原狀樣、重塑樣的抗剪 強度。整套裝置可裝入箱型框內，搬運方便。
一種可攜式現場和室內兩用直剪試驗儀，包括取樣設備、垂直加荷系統，其 特徵是它還包括水平張拉受剪系統，其中取樣設備由剪切框2與剛性框3組成， 剪切框2置於剛性框3的上部，垂直加荷系統是移動式的，其中兩根橫梁支柱 18分別固定連接在滾輪系統30的兩個滑枕34上，滑輪系統是由兩根滾輪導軌 31，兩個滾輪32鑲嵌在滾輪導軌31的U型槽中，滾輪軸承33將滾輪32與滑枕 34相連接；水平張拉受剪系統中的兩根鏈條12的一端分別連接在剪切框2上的 鏈條掛鈎11上，另一端連接在連接件14 一端的鋼圓環上，連接件14的另一端 通過螺紋連接在拉力傳感器13上，拉力傳感器13的另一端與具有螺紋的手輪推 動杆15連接，手輪16與手輪推動杆15相連接，當轉動手輪16時手輪推動杆15可前進或後退，水平張拉受剪系統通過螺栓17固定在箱型框架7上。
上述的可攜式現場和室內兩用直剪試驗儀，其特徵在於所述的剪切框2為十 字型架28的方形框，剪切框2的一側面上有兩個鏈條掛鈎11，其中央部位架設 有水平位移計6，所述的剛性框3淨尺寸與剪切框2相同，二者下端外部四個面 均為刀口形狀，將剛性框3放置在剛性框底座4內，用螺釘8固定，剛性框底座 4再用螺栓27固定在箱型框架7上。
上述的可攜式現場和室內兩用直剪試驗儀其特徵在於所述的垂直加荷系統 中的傳力柱10的下端固定在傳力板9上，二者的中心在同一垂直直線上，且二 者的中心線通過試樣1的中心,傳力板9的底面尺寸與剪切框2的平面尺寸相同， 傳力板9的上部裝有垂直位移計5，傳力柱10的另一端通過槓桿軸承19與槓桿 24和支點端蓋20相連接，槓桿24的末端為吊盤25，吊盤下端為砝碼26，支柱 29具有螺紋，它的下端螺進支點端蓋20裡，並用支柱螺母I 21固定，支柱29 上端放置在橫梁23的中心孔內，並可上下移動，這樣就可使傳力板9、傳力柱 10在垂直方向上根據需要上下調整高度，高度調整好之後，支柱29由支柱螺母 1122固定在橫梁23上，橫梁23由兩根橫梁支柱18支撐，並由螺母35固定，橫 梁支柱18另一端有螺紋，它螺進滑枕34裡，滑枕34套在滾輪導軌31外，滾輪 導軌31有上、下兩塊，下滾輪導軌固定在箱型框架7上，兩塊滾輪導軌31的兩 端由固定上、下滾輪導軌的螺栓36固定。
上述的可攜式現場和室內兩用直剪試驗儀的水平張拉受剪系統中的鏈條12 為兩根鋼鏈條或鋼絲繩，每根長約15cm。
本實用新型的有益效果是l)整套設備結構簡單，操作方便，便於攜帶； 2)克服了常規直剪試驗剛性接觸剪切盒所產生的摩擦力對測試結果的影響，能真 實反映土體受剪時的體積變化情況；3)兼有現場、室內兩用的優點；4)採用移 動式垂直加荷系統施加垂直力，確保試驗過程中垂直壓力不會偏心。 四

圖l為可攜式現場、室內兩用直剪試驗儀的結構示意圖； 圖2為可攜式現場、室內兩用直剪試驗儀的平面示意圖； 圖3為可攜式現場、室內兩用直剪試驗儀的側面示意圖； 圖4為可攜式現場、室內兩用直剪試驗儀的滾軸系統示意圖； 附圖標記l.試樣，2.剪切框，3.剛性框，4.剛性框底座，5.垂直位移計，
6.水平位移計，7.箱型框架，8.剛性框固定螺釘，9.傳力板，10.傳力柱，11.鏈 條掛鈎，12.鏈條，13.拉力傳感器，14.連接件，15.手輪推動杆，16.手輪，17.手輪固定螺栓，18.橫梁支柱，19.槓桿軸承，20.支點端蓋，21.支柱螺母I ， 22. 支柱螺母II， 23.橫梁，24.槓桿，25.吊盤，26.砝碼，27.螺栓，28.剪切框內"十" 字架，29.支柱，30.滾輪系統，31.滾輪導軌，32.滾輪，33.滾輪軸承，34.滑枕， 35.螺母，36.固定上、下滾輪導軌的螺栓。 五具體實施方式
結合附圖對本實用新型做進一步說明。
如圖1至圖4，本實用新型的可攜式現場和室內兩用直剪試驗儀，主要包括 取樣設備(剪切框2和剛性框3)、水平張拉受剪系統(鏈條12、手輪16、拉力 傳感器13等)、移動式垂直加荷系統(滾輪系統30、橫梁支柱18、橫梁23、支 柱29、傳力板9、傳力柱IO、槓桿24等)及箱型框架7、剛性框底座4和位移 量測設備(垂直位移計5 、水平位移計6)。
上述的剪切框2為十字型架28的方形框，這樣可以使得試樣在剪切過程中
應變較沒有十字型剪切框的應變更為均勻；剪切框2的一側面上有兩個鏈條掛鈎
11，其中央裝有水平位移計6，對於做粘性土及細沙的試驗，剪切框2的淨尺寸
為長X寬441mmX141mm，高為20隱，對於做顆粒粒徑較大的土石料試驗，其
尺寸可以適當放大；所述的剛性框3淨尺寸與剪切框2相同，二者下端外部四個
面均為刀口形狀，將剛性框3放置在剛性框底座4內，用螺釘8固定，剛性框底
座4再固定在箱型框架7上。
上述的移動式垂直加荷系統中的傳力柱10的下端固定在傳力板9上，二者 的中心在同一垂直直線上，且二者的中心線通過試樣1的中心，傳力板9的底面 尺寸與剪切框2的平面尺寸相同，傳力板9的上部裝有垂直位移計5，傳力柱10 的另一端通過槓桿軸承19與槓桿24和支點端蓋20相連接，槓桿24的末端為吊 盤25,吊盤下端為砝碼26，支柱29具有螺紋，它的下端螺進支點端蓋20裡， 並用支柱螺母I 21固定，支柱29上端放置在橫梁23的中心孔內，並可上下移 動，這樣就可使傳力板9、傳力柱IO在垂直方向上根據需要上下調整高度，高 度調整好之後，支柱29由支柱螺母II22固定在橫梁23上，橫梁23由兩根橫梁 支柱18支撐，並由螺母35固定，橫梁支柱18另一端有螺紋，它螺進滑枕34裡， 滑枕34套在滾輪導軌31外，滾輪導軌31有上、下兩塊，下滾輪導軌固定在箱 型框架7上，兩塊滾輪導軌31的兩端由固定上、下滾輪導軌的螺栓36固定。滾 輪導軌長為40cm，保證滑枕34在其上有5 cm的移動位移。這樣的垂直加荷系
統的結構特點是由於滾輪的滾動摩擦力很小，在試樣剪切過程中，剪切框2移 動會帶動傳力板9、傳力柱IO、槓桿24、橫梁23、橫梁支柱18、滑枕34、滾輪32 —起移動，這樣就實現了剪切過程中剪切框2與垂直加荷系統同步移動，保 證了試驗過程中垂直力不會偏心。
上述的水平張拉受剪系統中鏈條12為兩根鋼鏈條或鋼絲繩(這裡以鏈條代 替)，每根長約15cm，兩根鏈條12的一端分別連接在剪切框2上的鏈條掛鈎11 上；兩根鏈條的另一端連接在連接件14的一端上，這一端為可以自由旋轉的鋼 圓環；連接件14的另一端通過螺紋連接在拉力傳感器13上，拉力傳感器13的 另一端與具有螺紋的手輪推動杆15連接，手輪16與手輪推動杆15相連接。轉 動手輪16，手輪推動杆15可前進或後退。手輪16與常規室內直剪儀的手輪相 同，它通過手輪固定螺栓17固定在箱型框架7上。
所述垂直位移計5、水平位移計6為傳感器設備，前者的觸頭架設於傳力板 9上，測試試樣在試驗過程中的垂直位移；後者的觸頭架設於剪切方向剪切框2 正面的中央部位或是剪切方向傳力板9正面的中央部位，測試試樣在試驗過程中 的剪切位移。
具體實施步驟如下-
1. 把在現場所取得的或在室內所製備的包含剛性框3的土樣放入固定在箱 型框架7上的剛性框底座7裡，並用剛性框固定螺釘8頂緊剛性框3，圖l;
2. 將槓桿24安裝在橫梁23上，根據試驗壓力需要在吊盤25上加一定的砝 碼26;
3. 安裝量測設備，在傳力板9上架設位移計5，量測垂直位移；在剪切框2 正面中央部位或傳力板9正面中央部位上架設位移計6，量測剪切位移；把拉力 傳感器13—端連接在手輪推動杆15上，另一端連接在連接件14上，量測水平 拉力，鏈條12連在連接件14上和鏈條掛鈎11上；
4. 把位移計5、 6和拉力傳感器13連接到數據轉換箱上，數據轉換箱連到微 機上，設置好數據採集的參數，以一定的速率搖動手輪16，進行剪切，試驗過 程中實現數據的自動採集；
5. 試驗結束後，旋動支柱螺母I122，把包含傳力板9、傳力柱10及槓桿24 的整體加壓設備提起，鬆動剛性框固定螺釘8,拿出包含剛性框3和剪切框2的 試樣；
6. 數據整理剪切面上的正應力o 、剪應力t按下式計算
formula see original document page 6, (1)其中G,為傳力板9與傳力柱10的總重量，G2為所加砝碼26的重量，o",為 槓桿自重對試樣產生的壓力，T為拉力傳感器13量測的水平拉力，A為剪切 面面積。
權利要求1.一種可攜式現場和室內兩用直剪試驗儀，包括取樣設備、垂直加荷系統，其特徵是它還包括水平張拉受剪系統，其中取樣設備由剪切框(2)與剛性框(3)組成，剪切框(2)置於剛性框(3)的上部，垂直加荷系統是移動式的，其中兩根橫梁支柱(18)分別固定連接在滾輪系統(30)的兩個滑枕(34)上，滑輪系統是由兩根滾輪導軌(31)，兩個滾輪(32)鑲嵌在滾輪導軌(31)的U型槽中，滾輪軸承(33)將滾輪(32)與滑枕(34)相連接；水平張拉受剪系統中的兩根鏈條(12)的一端分別連接在剪切框(2)上的鏈條掛鈎(11)上，另一端連接在連接件(14)一端的鋼圓環上，連接件(14)的另一端通過螺紋連接在拉力傳感器(13)上，拉力傳感器(13)的另一端與具有螺紋的手輪推動杆(15)連接，手輪(16)與手輪推動杆(15)相連接，當轉動手輪(16)時手輪推動杆(15)可前進或後退，水平張拉受剪系統通過螺栓(17)固定在箱型框架(7)上。
2. 根據權利要求1所述的可攜式現場和室內兩用直剪試驗儀，其特徵在於 所述的剪切框(2)為十字型架(28)的方形框，剪切框(2)的一側面上有兩個 鏈條掛鈎(11)，其中央部位架設有水平位移計(6)，所述的剛性框(3)淨尺寸 與剪切框(2)相同，二者下端外部四個面均為刀口形狀，將剛性框(3)放置在剛 性框底座(4)內，用螺釘(8)固定，剛性框底座(4)再用螺栓(27)固定在 箱型框架(7)上。
3. 根據權利要求1所述的可攜式現場和室內兩用直剪試驗儀，其特徵在於 所述的垂直加荷系統中的傳力柱(10)的下端固定在傳力板(9)上，二者的中 心在同一垂直直線上，且二者的中心線通過試樣(1)的中心，傳力板(9)的底 面尺寸與剪切框(2 )的平面尺寸相同，傳力板(9)的上部裝有垂直位移計(5)， 傳力柱(10)的另一端通過槓桿軸承(19)與槓桿(24)和支點端蓋(20)相連 接，槓桿(24)的末端為吊盤(25),吊盤下端為砝碼(26),支柱(29)具有螺 紋，它的下端螺進支點端蓋(20)裡，並用支柱螺母I (21)固定，支柱(29) 上端放置在橫梁(23)的中心孔內，並可上下移動，這樣就可使傳力板(9)、傳 力柱(IO )在垂直方向上根據需要上下調整高度，高度調整好之後，支柱(29)由 支柱螺母II(22)固定在橫梁(23)上，橫梁(23)由兩根橫梁支柱(18)支撐， 並由螺母(35)固定,橫梁支柱(18)另一端有螺紋，它螺進滑枕(34)裡，滑 枕(34)套在滾輪導軌(31)外，滾輪導軌(31)有上、下兩塊，下滾輪導軌固定在 箱型框架(7)上，兩塊滾輪導軌(31)的兩端由固定上、下滾輪導軌的螺栓(36) 固定。
4. 根據權利要求1所述的可攜式現場和室內兩用直剪試驗儀，其特徵在於 所述的水平張拉受剪系統中的鏈條(12)為兩根鋼鏈條或鋼絲繩，每根長15cm。
專利摘要一種既能夠在現場測試原位土體強度又能在室內測試原狀土樣、擾動土樣的可攜式現場和室內兩用直剪試驗儀。該試驗儀包括取樣設備，移動式垂直加壓系統和水平張拉受剪系統，採用水平張拉受剪系統克服了現有技術的剛性頂推方式，解決了摩擦問題和取樣的撓動問題，採用移動式垂直加壓系統可確保測試過程中垂直壓力不會偏心，提高測試精度。它是將在現場所取得的或在室內所製備的包含剛性框的土樣放入固定在箱型框架上的剛性框底座裡，通過安裝在箱型框架上的移動式垂直加荷系統施加垂直力，採用張拉剪切框測試土體的強度，試驗過程中不會限制試樣垂直方向的體積變化；該儀器結構簡單，操作方便，便於搬運。
文檔編號G01N3/24GK201145658SQ200720040388
公開日2008年11月5日 申請日期2007年7月26日 優先權日2007年7月26日
發明者劉斯宏, 臧德記 申請人:河海大學