專利名稱：便攜式現(xiàn)場和室內(nèi)兩用直剪試驗儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種土體強(qiáng)度測試的直剪試驗儀器，既能在現(xiàn)場方便、快 捷地測試自然土坡、填方土坡、各種地基表面的強(qiáng)度參數(shù)，也能在室內(nèi)測試原狀 土樣、重塑土樣的強(qiáng)度參數(shù)。
二背景技術(shù)：
直剪試驗儀器分為室內(nèi)試驗直剪儀和現(xiàn)場試驗直剪儀。常規(guī)的室內(nèi)直剪試 驗儀有上、下兩個剪切盒，試樣放入剪切盒后，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(qiáng)度參數(shù)。目前由于采用推動 剪切盒的方法來使試樣受剪，剪切盒與量力環(huán)之間必定是剛性連接。在剪切過程 中，若試樣發(fā)生體積變化，會在其接觸點處產(chǎn)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(yīng)力與實際外加的正應(yīng)力不一致，影響了土體強(qiáng) 度的正確測試。現(xiàn)場試驗直剪儀大多只是將室內(nèi)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(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于解決常規(guī)直剪試驗儀中剛性連接點處的摩擦影響問 題。采用的技術(shù)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(xiàn)場進(jìn)行試驗；且該直剪儀也可以在室內(nèi)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(nèi)，搬運方便。
本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案把在現(xiàn)場所取得的或在室內(nèi) 所制備的包含剛性框的土樣放入剛性框底座里，剛性框底座固定于箱型框架上。 通過安裝在箱型框架上移動式垂直加荷系統(tǒng)，然后采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(xiàn)場土體及室內(nèi)原狀樣、重塑樣的抗剪 強(qiáng)度。整套裝置可裝入箱型框內(nèi)，搬運方便。
一種便攜式現(xiàn)場和室內(nèi)兩用直剪試驗儀，包括取樣設(shè)備、垂直加荷系統(tǒng)，其 特征是它還包括水平張拉受剪系統(tǒng)，其中取樣設(shè)備由剪切框2與剛性框3組成， 剪切框2置于剛性框3的上部，垂直加荷系統(tǒng)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(tǒng)30的兩個滑枕34上，滑輪系統(tǒng)是由兩根滾輪導(dǎo)軌 31，兩個滾輪32鑲嵌在滾輪導(dǎo)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(tǒng)中的兩根鏈條12的一端分別連接在剪切框2上的 鏈條掛鉤11上，另一端連接在連接件14 一端的鋼圓環(huán)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 動桿15連接，手輪16與手輪推動桿15相連接，當(dāng)轉(zhuǎn)動手輪16時手輪推動桿15可前進(jìn)或后退，水平張拉受剪系統(tǒng)通過螺栓17固定在箱型框架7上。
上述的便攜式現(xiàn)場和室內(nèi)兩用直剪試驗儀，其特征在于所述的剪切框2為十 字型架28的方形框，剪切框2的一側(cè)面上有兩個鏈條掛鉤11，其中央部位架設(shè) 有水平位移計6，所述的剛性框3凈尺寸與剪切框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(nèi)，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。
上述的便攜式現(xiàn)場和室內(nèi)兩用直剪試驗儀其特征在于所述的垂直加荷系統(tǒng) 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的另一端通過杠桿軸承19與杠桿 24和支點端蓋20相連接，杠桿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(jìn)支點端蓋20里，并用支柱螺母I 21固定，支柱29 上端放置在橫梁23的中心孔內(nèi)，并可上下移動，這樣就可使傳力板9、傳力柱 10在垂直方向上根據(jù)需要上下調(diào)整高度，高度調(diào)整好之后，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，并由螺母35固定，橫 梁支柱18另一端有螺紋，它螺進(jìn)滑枕34里，滑枕34套在滾輪導(dǎo)軌31外，滾輪 導(dǎo)軌31有上、下兩塊，下滾輪導(dǎo)軌固定在箱型框架7上，兩塊滾輪導(dǎo)軌31的兩 端由固定上、下滾輪導(dǎo)軌的螺栓36固定。
上述的便攜式現(xiàn)場和室內(nèi)兩用直剪試驗儀的水平張拉受剪系統(tǒng)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(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，便于攜帶； 2)克服了常規(guī)直剪試驗剛性接觸剪切盒所產(chǎn)生的摩擦力對測試結(jié)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(xiàn)場、室內(nèi)兩用的優(yōu)點；4)采用移 動式垂直加荷系統(tǒng)施加垂直力，確保試驗過程中垂直壓力不會偏心。 四

圖l為便攜式現(xiàn)場、室內(nèi)兩用直剪試驗儀的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為便攜式現(xiàn)場、室內(nèi)兩用直剪試驗儀的平面示意圖； 圖3為便攜式現(xiàn)場、室內(nèi)兩用直剪試驗儀的側(cè)面示意圖； 圖4為便攜式現(xiàn)場、室內(nèi)兩用直剪試驗儀的滾軸系統(tǒng)示意圖； 附圖標(biāo)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 條掛鉤，12.鏈條，13.拉力傳感器，14.連接件，15.手輪推動桿，16.手輪，17.手輪固定螺栓，18.橫梁支柱，19.杠桿軸承，20.支點端蓋，21.支柱螺母I ， 22. 支柱螺母II， 23.橫梁，24.杠桿，25.吊盤，26.砝碼，27.螺栓，28.剪切框內(nèi)"十" 字架，29.支柱，30.滾輪系統(tǒng)，31.滾輪導(dǎo)軌，32.滾輪，33.滾輪軸承，34.滑枕， 35.螺母，36.固定上、下滾輪導(dǎo)軌的螺栓。 五具體實施方式
結(jié)合附圖對本實用新型做進(jìn)一步說明。
如圖1至圖4，本實用新型的便攜式現(xiàn)場和室內(nèi)兩用直剪試驗儀，主要包括 取樣設(shè)備(剪切框2和剛性框3)、水平張拉受剪系統(tǒng)(鏈條12、手輪16、拉力 傳感器13等)、移動式垂直加荷系統(tǒng)(滾輪系統(tǒng)30、橫梁支柱18、橫梁23、支 柱29、傳力板9、傳力柱IO、杠桿24等)及箱型框架7、剛性框底座4和位移 量測設(shè)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(yīng)變較沒有十字型剪切框的應(yīng)變更為均勻；剪切框2的一側(cè)面上有兩個鏈條掛鉤
11，其中央裝有水平位移計6，對于做粘性土及細(xì)沙的試驗，剪切框2的凈尺寸
為長X寬441mmX141mm，高為20隱，對于做顆粒粒徑較大的土石料試驗，其
尺寸可以適當(dāng)放大；所述的剛性框3凈尺寸與剪切框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(nèi)，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(tǒng)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 的另一端通過杠桿軸承19與杠桿24和支點端蓋20相連接，杠桿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(jìn)支點端蓋20里， 并用支柱螺母I 21固定，支柱29上端放置在橫梁23的中心孔內(nèi)，并可上下移 動，這樣就可使傳力板9、傳力柱IO在垂直方向上根據(jù)需要上下調(diào)整高度，高 度調(diào)整好之后，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，并由螺母35固定，橫梁支柱18另一端有螺紋，它螺進(jìn)滑枕34里， 滑枕34套在滾輪導(dǎo)軌31外，滾輪導(dǎo)軌31有上、下兩塊，下滾輪導(dǎo)軌固定在箱 型框架7上，兩塊滾輪導(dǎo)軌31的兩端由固定上、下滾輪導(dǎo)軌的螺栓36固定。滾 輪導(dǎo)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(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點是由于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、杠桿24、橫梁23、橫梁支柱18、滑枕34、滾輪32 —起移動，這樣就實現(xiàn)了剪切過程中剪切框2與垂直加荷系統(tǒng)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(tǒng)中鏈條12為兩根鋼鏈條或鋼絲繩(這里以鏈條代 替)，每根長約15cm，兩根鏈條12的一端分別連接在剪切框2上的鏈條掛鉤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(zhuǎn)的鋼 圓環(huán)；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桿15連接，手輪16與手輪推動桿15相連接。轉(zhuǎn) 動手輪16，手輪推動桿15可前進(jìn)或后退。手輪16與常規(guī)室內(nèi)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(shè)備，前者的觸頭架設(shè)于傳力板 9上，測試試樣在試驗過程中的垂直位移；后者的觸頭架設(shè)于剪切方向剪切框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(xiàn)場所取得的或在室內(nèi)所制備的包含剛性框3的土樣放入固定在箱 型框架7上的剛性框底座7里，并用剛性框固定螺釘8頂緊剛性框3，圖l;
2. 將杠桿24安裝在橫梁23上，根據(jù)試驗壓力需要在吊盤25上加一定的砝 碼26;
3. 安裝量測設(shè)備，在傳力板9上架設(shè)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(shè)位移計6，量測剪切位移；把拉力 傳感器13—端連接在手輪推動桿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上和鏈條掛鉤11上；
4. 把位移計5、 6和拉力傳感器13連接到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換箱上，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換箱連到微 機(jī)上，設(shè)置好數(shù)據(jù)采集的參數(shù)，以一定的速率搖動手輪16，進(jìn)行剪切，試驗過 程中實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集；
5. 試驗結(jié)束后，旋動支柱螺母I122，把包含傳力板9、傳力柱10及杠桿24 的整體加壓設(shè)備提起，松動剛性框固定螺釘8,拿出包含剛性框3和剪切框2的 試樣；
6. 數(shù)據(jù)整理剪切面上的正應(yīng)力o 、剪應(yīng)力t按下式計算
<formula>formula see original document page 6</formula>, (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 杠桿自重對試樣產(chǎn)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(quán)利要求1.一種便攜式現(xiàn)場和室內(nèi)兩用直剪試驗儀，包括取樣設(shè)備、垂直加荷系統(tǒng)，其特征是它還包括水平張拉受剪系統(tǒng)，其中取樣設(shè)備由剪切框(2)與剛性框(3)組成，剪切框(2)置于剛性框(3)的上部，垂直加荷系統(tǒng)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(tǒng)(30)的兩個滑枕(34)上，滑輪系統(tǒng)是由兩根滾輪導(dǎo)軌(31)，兩個滾輪(32)鑲嵌在滾輪導(dǎo)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(tǒng)中的兩根鏈條(12)的一端分別連接在剪切框(2)上的鏈條掛鉤(11)上，另一端連接在連接件(14)一端的鋼圓環(huán)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桿(15)連接，手輪(16)與手輪推動桿(15)相連接，當(dāng)轉(zhuǎn)動手輪(16)時手輪推動桿(15)可前進(jìn)或后退，水平張拉受剪系統(tǒng)通過螺栓(17)固定在箱型框架(7)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式現(xiàn)場和室內(nèi)兩用直剪試驗儀，其特征在于 所述的剪切框(2)為十字型架(28)的方形框，剪切框(2)的一側(cè)面上有兩個 鏈條掛鉤(11)，其中央部位架設(shè)有水平位移計(6)，所述的剛性框(3)凈尺寸 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(nèi)，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(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式現(xiàn)場和室內(nèi)兩用直剪試驗儀，其特征在于 所述的垂直加荷系統(tǒng)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)的另一端通過杠桿軸承(19)與杠桿(24)和支點端蓋(20)相連 接，杠桿(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(jìn)支點端蓋(20)里，并用支柱螺母I (21)固定，支柱(29) 上端放置在橫梁(23)的中心孔內(nèi)，并可上下移動，這樣就可使傳力板(9)、傳 力柱(IO )在垂直方向上根據(jù)需要上下調(diào)整高度，高度調(diào)整好之后，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， 并由螺母(35)固定,橫梁支柱(18)另一端有螺紋，它螺進(jìn)滑枕(34)里，滑 枕(34)套在滾輪導(dǎo)軌(31)外，滾輪導(dǎo)軌(31)有上、下兩塊，下滾輪導(dǎo)軌固定在 箱型框架(7)上，兩塊滾輪導(dǎo)軌(31)的兩端由固定上、下滾輪導(dǎo)軌的螺栓(36) 固定。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式現(xiàn)場和室內(nèi)兩用直剪試驗儀，其特征在于 所述的水平張拉受剪系統(tǒng)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(xiàn)場測試原位土體強(qiáng)度又能在室內(nèi)測試原狀土樣、擾動土樣的便攜式現(xiàn)場和室內(nèi)兩用直剪試驗儀。該試驗儀包括取樣設(shè)備，移動式垂直加壓系統(tǒng)和水平張拉受剪系統(tǒng)，采用水平張拉受剪系統(tǒng)克服了現(xiàn)有技術(shù)的剛性頂推方式，解決了摩擦問題和取樣的撓動問題，采用移動式垂直加壓系統(tǒng)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(xiàn)場所取得的或在室內(nèi)所制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里，通過安裝在箱型框架上的移動式垂直加荷系統(tǒng)施加垂直力，采用張拉剪切框測試土體的強(qiáng)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(jié)構(gòu)簡單，操作方便，便于搬運。
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(yōu)先權(quán)日2007年7月26日
發(fā)明者劉斯宏, 臧德記 申請人:河海大學(xué)