剪切面积不变的圆柱形直剪仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种剪切面积不变的圆柱形直剪仪，包括实验平台和设置于实验平台上的上、下剪切盒，下剪切盒通过固定装置固定于实验平台上，上剪切盒对应设置于下剪切盒上，且能在下剪切盒上转动，上剪切盒和下剪切盒配合构成用于容纳试样的圆柱形剪切盒；下剪切盒的侧面上套装有刻度盘，上剪切盒上设置有与刻度盘上的刻线匹配的刻度标尺；上剪切盒上部中心处固定设置一L型转动杆，转动杆的上端与伺服电机输出轴相连，转动杆的水平部分末端下部设置有读数仪器，且读数仪器的读数部件与刻度标尺及刻度盘相对应，读取刻度标尺对应的刻度盘上的刻线值，伺服电机驱动转动杆带动上剪切盒和读数仪器同步转动。直剪仪体积适中，便于随车携带。

Cylindrical direct shear apparatus with constant shear area

The utility model discloses a cylindrical shear area constant direct shear apparatus, including experimental platform and experimental platform is arranged on the upper and lower shear box, under shear box is fixed on the platform through a fixing device, corresponding to the upper shear box is arranged on the lower shear box, and can rotate in the lower shear box, the upper shear box and lower shear box with a cylindrical shear box containing the sample; the side shear box is sleeved on the dial, the upper shear box is arranged on the scale, and on the scale of the line; on the upper shear box is fixed at the center of a set of L type rotary rod, and the upper end of the servo motor the output shaft of the rotating rod is connected, the horizontal part of the rotating rod is provided with a lower end reading instrument, reading part and the scale and scale and the reading instrument corresponding to the dial scale corresponding to read The servo motor drives the rotating rod to drive the upper shearing box and the reading instrument to rotate synchronously. Direct shear apparatus is compact in size and easy to carry with the car.

【技术实现步骤摘要】
剪切面积不变的圆柱形直剪仪
本技术涉及一种土力学试验技术，尤其涉及一种测试土体抗剪强度系数的剪切面积不变的圆柱形直剪仪。
技术介绍
众所周知，直剪仪是一种用于测定土样在静载条件下抗剪强度的仪器，由于其简单易行，所以推广度较高。直剪仪主要应用于测量土壤的抗剪切强度参数，通过剪切力和位移之间的关系得到内摩擦角和粘聚力的值。理论依据为：摩尔—库伦破坏理论=（σ）=σ+C，其中为土体破坏面上的剪应力，即土的抗剪强度；σ为作用在剪切面上面的法向应力；φ为土的内摩擦角度；C为土的粘聚力。传统的直剪仪的测量方法是通过剪应力与剪切位移的关系曲线以及绘制抗剪强度线的拟合曲线得到粘聚力和内摩擦角；如图1和图2所示。在确定不同法向应力作用下抗剪强度时，采用公式，可知传统直剪仪存在以下缺点：现有的直剪仪是通过水平推动上剪切盒，下剪切盒与上剪切盒之间发生了错动，直剪面积变化了，由于剪切上下盒的错动，剪切过程中试样的有效面积逐渐减小，使试样中的应力分布不均匀，主应力方向发生变化，而公式仍然假设A不变，这就导致误差的产生。当剪切面变形较大时，这一缺陷表现得更为突出。如图3所示。申请号为201110079021.3的中国专利申请公布了一种温控式直剪仪及安装方法。该专利申请，包括剪切盒、水平力加载装置、将试件置于恒定温度下的测试水箱、水温检测单元和测量机构。该专利能简便实现弹塑性材料的剪切试验。但是该专利申请并没有保证直剪面积不变；其次，通过剪应力与剪切位移的关系曲线以及绘制抗剪强度线的拟合曲线得到粘聚力和内摩擦角的精确度低。申请号为201410139777.6的中国专利申请公布了一种手动等应变直剪仪。该专利申请包括支撑台架和设置在支撑台架上的水平加荷装置、竖直加压装置、剪切盒以及水平剪力测量装置。该专利使剪切盒中的试样在试验过程中受到的竖直方向上的压力变得均匀，提高传压效果。但是该专利申请并没有保证直剪面积不变；其次，通过剪应力与剪切位移的关系曲线以及绘制抗剪强度线的拟合曲线得到粘聚力和内摩擦角的精确度低。申请号为201410216856.2的中国专利申请公布了一种恒定剪切面直剪。该专利申请包括试验台、上剪切盒、下剪切盒、垂直荷载加载机构，及水平荷载加载机构。该专利使土样的剪切面积始终保持恒定，正应力也不发生变化。但是该专利申请仍旧通过剪应力与剪切位移的关系曲线以及绘制抗剪强度线的拟合曲线得到粘聚力和内摩擦角，装置复杂，操作难度大。
技术实现思路
本技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种剪切面积不变的圆柱形直剪仪，采用该直剪仪可以在保证直剪面积不变以及在保证直剪面积不变的情况下测量出剪切角度，进而得出土壤的抗剪切强度参数，即试样的内摩擦角和粘聚力的值。这种直剪仪体积适中，便于随车携带，其数据直接录入终端，便于对实验数据进行快速处理。为实现上述目的，本技术采用下述技术方案：一种剪切面积不变的圆柱形直剪仪，包括实验平台和设置于所述实验平台上的下剪切盒及上剪切盒，下剪切盒通过固定装置固定于实验平台上，上剪切盒对应设置于下剪切盒上，且能在下剪切盒上转动，转动时，上剪切盒与下剪切盒之间保持稳定，两者之间不发生位移变化，上剪切盒和下剪切盒配合构成用于容纳试样的圆柱形剪切盒；所述下剪切盒的侧面上套装有刻度盘，上剪切盒侧面上设置有与所述刻度盘上的刻线匹配的刻度标尺，刻度盘套在下剪切盒侧面，因此刻度标尺在读数时可以起到矫正刻度盘调零的作用。所述上剪切盒上部中心处固定设置一根L型转动杆，所述转动杆的上端与伺服电机输出轴相连，转动杆的水平部分末端下部设置有读数仪器，且读数仪器的读数部件与刻度标尺及刻度盘相对应，用于读取刻度标尺对应的刻度盘上的刻线值，伺服电机工作时，驱动转动杆带动上剪切盒和读数仪器同步转动。所述伺服电机的壳体与连接杆一端固定连接，连接杆另一端通过轴套活动套装在竖杆上，伺服电机及连接杆能够在竖杆上自动上下滑动，竖杆下端固定在试验平台上，能起到把上剪切盒固定的作用。这样能够保证剪切盒转动时，剪切面积固定。所述伺服电机顶部设置有竖直加载装置，所述竖直加载装置包括设置于伺服电机上部顶部开口的容器，容器中放置对应的砝码。加上砝码之后通过电机、转动杆将重力传递到上剪切盒上面。所述固定装置包括L型销钉，实验平台的前后左右两侧设有四个L型销钉孔，所述下剪切盒上设有与所述L型销钉孔对应的L型销钉，所述L型销钉穿过所述L型销钉孔并插入其中，固定下剪切盒。所述四个L型销钉孔对称开设于实验平台上，且相对的两个孔间距大于下剪切盒的直径。所述刻度盘的精度为0.01°，量程360°。所述实验平台上沿下剪切盒周边对应设置有0°、90°、180°和270°刻线及相应标识。所述读数仪器与外部计算机相连，用于将读取数据传输至计算机，由计算机处理显示结果。所述上剪切盒与下剪切盒之间啮合连接，且两者之间能够相互自由转动。利用剪切面积不变的圆柱形直剪仪的测试方法，包括以下步骤：首先将下剪切盒通过L型销钉在固定在试验平台，上剪切盒通过竖杆的作用，可以保证剪切盒转动时，剪切面积固定，然后在下剪切盒和上剪切盒的有效剪切面积中添加剪切试样；其次在调整好读数仪器和伺服电机的使用情况后，将上剪切盒、读数仪器和伺服电机通过连接轴连接；然后将所述上剪切盒与下剪切盒啮合完全，并且在竖直加载装置加载载荷后准备剪切；最后打开读数仪器和伺服电机的开关，开始试验并录入微型计算机。本技术中的读数仪器是现有的设备，在市场中可以购买到，在此不再赘述。本技术的上剪切盒和下剪切盒配合构成用于容纳试样的圆柱形剪切盒；下剪切盒的侧面上安装刻度盘，通过伺服电机转动上剪切盒，得出试样的剪切角度。数据采集通过读数仪器的可编程控制器把实验数据传输到微型计算机，并通过人机界面交互操作；利用计算机实现试验结果的直接输出，可保证受剪切面积不变的情况下，所测量土壤的抗剪切强度参数更加符合实际的状况，并且使得到的内摩擦角和粘聚力值具真实性。本技术可以在保证直剪面积不变以及在保证直剪面积不变的情况下测量出剪切角度，进而得出土壤的抗剪切强度参数,即试样的内摩擦角和粘聚力的值。能够保证内摩擦角和粘聚力的准确性，不受有效剪切面积逐渐变化的影响。这种直剪仪体积适中，便于随车携带，其数据直接录入终端，便于对实验数据进行快速处理，是一种工作效率更高的直剪仪。与现有的直剪相比较的优点：1、现在直剪仪都是通过测量位移来获取实验数据，本技术是通过角度来获取试验数据；2、现在直剪仪的位移没有保证直剪面积不变，但是计算的时候都是假设不变来完成的，本技术是实际操作中就保证了不变，所以获得数据更精确。本技术提供的直剪仪的结构简单，操作方法简单，不同于传统直剪仪实验一般需要测量剪切盒的水平位移来得到抗剪强度指标，本技术提供的直剪仪进行实验时，通过测量剪切角度来得到抗剪强度系数。附图说明图1是现有技术中剪应力与剪切位移关系曲线图；图2是现有技术中抗剪强度线图；图3是现有技术中试样受剪情况图；图4是本技术直剪仪的结构示意图；图5是本技术中下剪切盒上面刻度盘结构示意图；图6是本技术剪应力与剪切角度关系曲线图；图7是本技术抗剪强度线图；图8是本技术中试样受剪情况图；其中，1：实验平台；2：下剪切本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种剪切面积不变的圆柱形直剪仪，包括实验平台和设置于所述实验平台上的下剪切盒及上剪切盒，其特征是，下剪切盒通过固定装置固定于实验平台上，上剪切盒对应设置于下剪切盒上，且能在下剪切盒上转动，转动时，上剪切盒与下剪切盒之间保持稳定，两者之间不发生位移变化，上剪切盒和下剪切盒配合构成用于容纳试样的圆柱形剪切盒；所述下剪切盒的侧面上套装有刻度盘，上剪切盒侧面上设置有与所述刻度盘上的刻线匹配的刻度标尺；所述上剪切盒上部中心处固定设置一L型转动杆，所述转动杆的上端与伺服电机输出轴相连，转动杆的水平部分末端下部设置有读数仪器，且读数仪器的读数部件与刻度标尺及刻度盘相对应，用于读取刻度标尺对应的刻度盘上的刻线值，伺服电机工作时，驱动转动杆带动上剪切盒和读数仪器同步转动。

【技术特征摘要】
1.一种剪切面积不变的圆柱形直剪仪，包括实验平台和设置于所述实验平台上的下剪切盒及上剪切盒，其特征是，下剪切盒通过固定装置固定于实验平台上，上剪切盒对应设置于下剪切盒上，且能在下剪切盒上转动，转动时，上剪切盒与下剪切盒之间保持稳定，两者之间不发生位移变化，上剪切盒和下剪切盒配合构成用于容纳试样的圆柱形剪切盒；所述下剪切盒的侧面上套装有刻度盘，上剪切盒侧面上设置有与所述刻度盘上的刻线匹配的刻度标尺；所述上剪切盒上部中心处固定设置一L型转动杆，所述转动杆的上端与伺服电机输出轴相连，转动杆的水平部分末端下部设置有读数仪器，且读数仪器的读数部件与刻度标尺及刻度盘相对应，用于读取刻度标尺对应的刻度盘上的刻线值，伺服电机工作时，驱动转动杆带动上剪切盒和读数仪器同步转动。2.如权利要求1所述的剪切面积不变的圆柱形直剪仪，其特征是，所述伺服电机的壳体与连接杆一端固定连接，连接杆另一端通过轴套活动套装在竖杆上，伺服电机及连接杆能够在竖杆上自动上下滑动，竖杆下端固定在试验平台上。3.如权利要求1所述的剪切面积不变的圆柱形直剪仪，其特征是，所述伺服电机顶部设置有竖直加载装置。4.如权利要求3所述的剪切...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈旭光，冯涛，许建朋，马天驰，牛小东，刘茜茜，姜育科，张明生，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：新型
国别省市：山东,37