专利名称：便携式现场和室内两用直剪试验仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种土体强度测试的直剪试验仪器，既能在现场方便、快 捷地测试自然土坡、填方土坡、各种地基表面的强度参数，也能在室内测试原状 土样、重塑土样的强度参数。
二背景技术：
直剪试验仪器分为室内试验直剪仪和现场试验直剪仪。常规的室内直剪试 验仪有上、下两个剪切盒，试样放入剪切盒后，在试样顶部施加一定的垂直压力， 推动剪切盒，使试样受剪至破坏，从而得到土体的强度参数。目前由于采用推动 剪切盒的方法来使试样受剪，剪切盒与量力环之间必定是刚性连接。在剪切过程 中，若试样发生体积变化，会在其接触点处产生摩擦力，而该摩擦力在试验中无 法测定，从而使得剪切面上的正应力与实际外加的正应力不一致，影响了土体强 度的正确测试。现场试验直剪仪大多只是将室内试验直剪仪的尺寸加大，同样存 在刚性连接点处的摩擦影响问题。
三、 发明内容
本实用新型的目的在于解决常规直剪试验仪中刚性连接点处的摩擦影响问 题。采用的技术方案是将试样受剪方式由刚性顶推方式改为柔性张拉方式；将取 样装置直接作为下剪切盒，可直接在现场进行试验；且该直剪仪也可以在室内做 原状样或重塑样直剪试验。整套仪器装置可装入一个箱型框内，搬运方便。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案把在现场所取得的或在室内 所制备的包含刚性框的土样放入刚性框底座里，刚性框底座固定于箱型框架上。 通过安装在箱型框架上移动式垂直加荷系统，然后采用柔性绳链张拉剪切框，使 试样受剪。试验过程中，试样在垂直方向的体积不会受到柔性绳链的限制。本试 验仪原理简单，操作简便，可快速地测定现场土体及室内原状样、重塑样的抗剪 强度。整套装置可装入箱型框内，搬运方便。
一种便携式现场和室内两用直剪试验仪，包括取样设备、垂直加荷系统，其 特征是它还包括水平张拉受剪系统，其中取样设备由剪切框2与刚性框3组成， 剪切框2置于刚性框3的上部，垂直加荷系统是移动式的，其中两根横梁支柱 18分别固定连接在滚轮系统30的两个滑枕34上，滑轮系统是由两根滚轮导轨 31，两个滚轮32镶嵌在滚轮导轨31的U型槽中，滚轮轴承33将滚轮32与滑枕 34相连接；水平张拉受剪系统中的两根链条12的一端分别连接在剪切框2上的 链条挂钩11上，另一端连接在连接件14 一端的钢圆环上，连接件14的另一端 通过螺纹连接在拉力传感器13上，拉力传感器13的另一端与具有螺纹的手轮推 动杆15连接，手轮16与手轮推动杆15相连接，当转动手轮16时手轮推动杆15可前进或后退，水平张拉受剪系统通过螺栓17固定在箱型框架7上。
上述的便携式现场和室内两用直剪试验仪，其特征在于所述的剪切框2为十 字型架28的方形框，剪切框2的一侧面上有两个链条挂钩11，其中央部位架设 有水平位移计6，所述的刚性框3净尺寸与剪切框2相同，二者下端外部四个面 均为刀口形状，将刚性框3放置在刚性框底座4内，用螺钉8固定，刚性框底座 4再用螺栓27固定在箱型框架7上。
上述的便携式现场和室内两用直剪试验仪其特征在于所述的垂直加荷系统 中的传力柱10的下端固定在传力板9上，二者的中心在同一垂直直线上，且二 者的中心线通过试样1的中心,传力板9的底面尺寸与剪切框2的平面尺寸相同， 传力板9的上部装有垂直位移计5，传力柱10的另一端通过杠杆轴承19与杠杆 24和支点端盖20相连接，杠杆24的末端为吊盘25，吊盘下端为砝码26，支柱 29具有螺纹，它的下端螺进支点端盖20里，并用支柱螺母I 21固定，支柱29 上端放置在横梁23的中心孔内，并可上下移动，这样就可使传力板9、传力柱 10在垂直方向上根据需要上下调整高度，高度调整好之后，支柱29由支柱螺母 1122固定在横梁23上，横梁23由两根横梁支柱18支撑，并由螺母35固定，横 梁支柱18另一端有螺纹，它螺进滑枕34里，滑枕34套在滚轮导轨31外，滚轮 导轨31有上、下两块，下滚轮导轨固定在箱型框架7上，两块滚轮导轨31的两 端由固定上、下滚轮导轨的螺栓36固定。
上述的便携式现场和室内两用直剪试验仪的水平张拉受剪系统中的链条12 为两根钢链条或钢丝绳，每根长约15cm。
本实用新型的有益效果是l)整套设备结构简单，操作方便，便于携带； 2)克服了常规直剪试验刚性接触剪切盒所产生的摩擦力对测试结果的影响，能真 实反映土体受剪时的体积变化情况；3)兼有现场、室内两用的优点；4)采用移 动式垂直加荷系统施加垂直力，确保试验过程中垂直压力不会偏心。 四
图l为便携式现场、室内两用直剪试验仪的结构示意图； 图2为便携式现场、室内两用直剪试验仪的平面示意图； 图3为便携式现场、室内两用直剪试验仪的侧面示意图； 图4为便携式现场、室内两用直剪试验仪的滚轴系统示意图； 附图标记l.试样，2.剪切框，3.刚性框，4.刚性框底座，5.垂直位移计，
6.水平位移计，7.箱型框架，8.刚性框固定螺钉，9.传力板，10.传力柱，11.链 条挂钩，12.链条，13.拉力传感器，14.连接件，15.手轮推动杆，16.手轮，17.手轮固定螺栓，18.横梁支柱，19.杠杆轴承，20.支点端盖，21.支柱螺母I ， 22. 支柱螺母II， 23.横梁，24.杠杆，25.吊盘，26.砝码，27.螺栓，28.剪切框内"十" 字架，29.支柱，30.滚轮系统，31.滚轮导轨，32.滚轮，33.滚轮轴承，34.滑枕， 35.螺母，36.固定上、下滚轮导轨的螺栓。 五具体实施方式
结合附图对本实用新型做进一步说明。
如图1至图4，本实用新型的便携式现场和室内两用直剪试验仪，主要包括 取样设备(剪切框2和刚性框3)、水平张拉受剪系统(链条12、手轮16、拉力 传感器13等)、移动式垂直加荷系统(滚轮系统30、横梁支柱18、横梁23、支 柱29、传力板9、传力柱IO、杠杆24等)及箱型框架7、刚性框底座4和位移 量测设备(垂直位移计5 、水平位移计6)。
上述的剪切框2为十字型架28的方形框，这样可以使得试样在剪切过程中
应变较没有十字型剪切框的应变更为均匀；剪切框2的一侧面上有两个链条挂钩
11，其中央装有水平位移计6，对于做粘性土及细沙的试验，剪切框2的净尺寸
为长X宽441mmX141mm，高为20隱，对于做颗粒粒径较大的土石料试验，其
尺寸可以适当放大；所述的刚性框3净尺寸与剪切框2相同，二者下端外部四个
面均为刀口形状，将刚性框3放置在刚性框底座4内，用螺钉8固定，刚性框底
座4再固定在箱型框架7上。
上述的移动式垂直加荷系统中的传力柱10的下端固定在传力板9上，二者 的中心在同一垂直直线上，且二者的中心线通过试样1的中心，传力板9的底面 尺寸与剪切框2的平面尺寸相同，传力板9的上部装有垂直位移计5，传力柱10 的另一端通过杠杆轴承19与杠杆24和支点端盖20相连接，杠杆24的末端为吊 盘25,吊盘下端为砝码26，支柱29具有螺纹，它的下端螺进支点端盖20里， 并用支柱螺母I 21固定，支柱29上端放置在横梁23的中心孔内，并可上下移 动，这样就可使传力板9、传力柱IO在垂直方向上根据需要上下调整高度，高 度调整好之后，支柱29由支柱螺母II22固定在横梁23上，横梁23由两根横梁 支柱18支撑，并由螺母35固定，横梁支柱18另一端有螺纹，它螺进滑枕34里， 滑枕34套在滚轮导轨31外，滚轮导轨31有上、下两块，下滚轮导轨固定在箱 型框架7上，两块滚轮导轨31的两端由固定上、下滚轮导轨的螺栓36固定。滚 轮导轨长为40cm，保证滑枕34在其上有5 cm的移动位移。这样的垂直加荷系
统的结构特点是由于滚轮的滚动摩擦力很小，在试样剪切过程中，剪切框2移 动会带动传力板9、传力柱IO、杠杆24、横梁23、横梁支柱18、滑枕34、滚轮32 —起移动，这样就实现了剪切过程中剪切框2与垂直加荷系统同步移动，保 证了试验过程中垂直力不会偏心。
上述的水平张拉受剪系统中链条12为两根钢链条或钢丝绳(这里以链条代 替)，每根长约15cm，两根链条12的一端分别连接在剪切框2上的链条挂钩11 上；两根链条的另一端连接在连接件14的一端上，这一端为可以自由旋转的钢 圆环；连接件14的另一端通过螺纹连接在拉力传感器13上，拉力传感器13的 另一端与具有螺纹的手轮推动杆15连接，手轮16与手轮推动杆15相连接。转 动手轮16，手轮推动杆15可前进或后退。手轮16与常规室内直剪仪的手轮相 同，它通过手轮固定螺栓17固定在箱型框架7上。
所述垂直位移计5、水平位移计6为传感器设备，前者的触头架设于传力板 9上，测试试样在试验过程中的垂直位移；后者的触头架设于剪切方向剪切框2 正面的中央部位或是剪切方向传力板9正面的中央部位，测试试样在试验过程中 的剪切位移。
具体实施步骤如下-
1. 把在现场所取得的或在室内所制备的包含刚性框3的土样放入固定在箱 型框架7上的刚性框底座7里，并用刚性框固定螺钉8顶紧刚性框3，图l;
2. 将杠杆24安装在横梁23上，根据试验压力需要在吊盘25上加一定的砝 码26;
3. 安装量测设备，在传力板9上架设位移计5，量测垂直位移；在剪切框2 正面中央部位或传力板9正面中央部位上架设位移计6，量测剪切位移；把拉力 传感器13—端连接在手轮推动杆15上，另一端连接在连接件14上，量测水平 拉力，链条12连在连接件14上和链条挂钩11上；
4. 把位移计5、 6和拉力传感器13连接到数据转换箱上，数据转换箱连到微 机上，设置好数据采集的参数，以一定的速率摇动手轮16，进行剪切，试验过 程中实现数据的自动采集；
5. 试验结束后，旋动支柱螺母I122，把包含传力板9、传力柱10及杠杆24 的整体加压设备提起，松动刚性框固定螺钉8,拿出包含刚性框3和剪切框2的 试样；
6. 数据整理剪切面上的正应力o 、剪应力t按下式计算
<formula>formula see original document page 6</formula>, (1)其中G,为传力板9与传力柱10的总重量，G2为所加砝码26的重量，o",为 杠杆自重对试样产生的压力，T为拉力传感器13量测的水平拉力，A为剪切 面面积。
权利要求1.一种便携式现场和室内两用直剪试验仪，包括取样设备、垂直加荷系统，其特征是它还包括水平张拉受剪系统，其中取样设备由剪切框(2)与刚性框(3)组成，剪切框(2)置于刚性框(3)的上部，垂直加荷系统是移动式的，其中两根横梁支柱(18)分别固定连接在滚轮系统(30)的两个滑枕(34)上，滑轮系统是由两根滚轮导轨(31)，两个滚轮(32)镶嵌在滚轮导轨(31)的U型槽中，滚轮轴承(33)将滚轮(32)与滑枕(34)相连接；水平张拉受剪系统中的两根链条(12)的一端分别连接在剪切框(2)上的链条挂钩(11)上，另一端连接在连接件(14)一端的钢圆环上，连接件(14)的另一端通过螺纹连接在拉力传感器(13)上，拉力传感器(13)的另一端与具有螺纹的手轮推动杆(15)连接，手轮(16)与手轮推动杆(15)相连接，当转动手轮(16)时手轮推动杆(15)可前进或后退，水平张拉受剪系统通过螺栓(17)固定在箱型框架(7)上。
2. 根据权利要求1所述的便携式现场和室内两用直剪试验仪，其特征在于 所述的剪切框(2)为十字型架(28)的方形框，剪切框(2)的一侧面上有两个 链条挂钩(11)，其中央部位架设有水平位移计(6)，所述的刚性框(3)净尺寸 与剪切框(2)相同，二者下端外部四个面均为刀口形状，将刚性框(3)放置在刚 性框底座(4)内，用螺钉(8)固定，刚性框底座(4)再用螺栓(27)固定在 箱型框架(7)上。
3. 根据权利要求1所述的便携式现场和室内两用直剪试验仪，其特征在于 所述的垂直加荷系统中的传力柱(10)的下端固定在传力板(9)上，二者的中 心在同一垂直直线上，且二者的中心线通过试样(1)的中心，传力板(9)的底 面尺寸与剪切框(2 )的平面尺寸相同，传力板(9)的上部装有垂直位移计(5)， 传力柱(10)的另一端通过杠杆轴承(19)与杠杆(24)和支点端盖(20)相连 接，杠杆(24)的末端为吊盘(25),吊盘下端为砝码(26),支柱(29)具有螺 纹，它的下端螺进支点端盖(20)里，并用支柱螺母I (21)固定，支柱(29) 上端放置在横梁(23)的中心孔内，并可上下移动，这样就可使传力板(9)、传 力柱(IO )在垂直方向上根据需要上下调整高度，高度调整好之后，支柱(29)由 支柱螺母II(22)固定在横梁(23)上，横梁(23)由两根横梁支柱(18)支撑， 并由螺母(35)固定,横梁支柱(18)另一端有螺纹，它螺进滑枕(34)里，滑 枕(34)套在滚轮导轨(31)外，滚轮导轨(31)有上、下两块，下滚轮导轨固定在 箱型框架(7)上，两块滚轮导轨(31)的两端由固定上、下滚轮导轨的螺栓(36) 固定。
4. 根据权利要求1所述的便携式现场和室内两用直剪试验仪，其特征在于 所述的水平张拉受剪系统中的链条(12)为两根钢链条或钢丝绳，每根长15cm。
专利摘要一种既能够在现场测试原位土体强度又能在室内测试原状土样、扰动土样的便携式现场和室内两用直剪试验仪。该试验仪包括取样设备，移动式垂直加压系统和水平张拉受剪系统，采用水平张拉受剪系统克服了现有技术的刚性顶推方式，解决了摩擦问题和取样的挠动问题，采用移动式垂直加压系统可确保测试过程中垂直压力不会偏心，提高测试精度。它是将在现场所取得的或在室内所制备的包含刚性框的土样放入固定在箱型框架上的刚性框底座里，通过安装在箱型框架上的移动式垂直加荷系统施加垂直力，采用张拉剪切框测试土体的强度，试验过程中不会限制试样垂直方向的体积变化；该仪器结构简单，操作方便，便于搬运。
文档编号G01N3/24GK201145658SQ200720040388
公开日2008年11月5日 申请日期2007年7月26日 优先权日2007年7月26日
发明者刘斯宏, 臧德记 申请人:河海大学