一种可控密实度的直剪仪的制作方法

本实用新型涉及一种直剪仪，特别涉及一种可控密实度的直剪仪。

背景技术：

1.随着岩土工程的发展，直剪仪在岩土工程实验中的作用越来越重要，在岩土工程试验研究领域占有重要地位。直剪试验的目的是为了测定不同压力下土的抗剪强度，得出土的抗剪强度指标。但是试验过程中对土的密实度状态难以控制，为此需要研制一种可控密实度的直剪试验装置。

2.目前对密实度控制的做法有两种，第一种做法是锤击法，即在试验前对土样进行锤击，此做法的弊端在于难以使所锤土的密实度均匀，达不到模拟实际的需要；第二种做法是试验前先在振动台上通过震动获取所需密实度的土样，再将土样转移至剪切盒内，但此过程因为上部使用重物施加荷载，震动过程中荷载具有不稳定性和不可控性，并且转移过程土样密实度难免发生改变。

3.因此，研究出一种可控密实度的直剪试验设备成为现阶段需要解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型克服了现有直剪仪难以控制土样密实度的问题，提供了一种可控密实度的直剪仪。该直剪仪不仅可以控制土样密实度，而且可以使土样的密实度更加均匀

为解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以解决：

一种可控密实度的直剪仪，包括振动台、水平加载系统、垂直加载系统和剪切盒四个部分。其特征在于：水平加载系统包括水平伺服电动缸，水平位移传感器，水平荷载传感器，竖向固定滑轮；垂直加载系统包括竖向支架，竖向伺服电动缸，竖向位移传感器，竖向荷载传感器，长杆加压盖；剪切盒分为上剪切盒、下剪切盒和剪切盒顶盖；下剪切盒与振动台台面之间设置有水平滚珠导轨。

本直剪试验分为两个阶段--制配土样阶段与试验阶段。所述制配土样阶段为：通过振动台与竖向伺服电动缸共同作用，获得试验所需密实度土样的阶段；所述试验阶段为直剪试验阶段。

所述剪切盒和振动台，在制配土样时上、下剪切盒之间通过上下剪切盒固定螺栓螺栓连接固定；下剪切盒与振动台台面通过下剪切盒固定螺栓连接固定；振动台台面固定螺栓不连接。试验开始时拆卸上剪切盒固定螺栓和下剪切盒固定螺栓，连接振动台台面固定螺栓。

所述长杆加压盖杆与竖向荷载传感器等长，加压盖的大小与剪切盒顶盖相同，试验时替换为竖向荷载传感器和剪切盒顶盖。

所述竖向荷载传感器上端通过连接头与竖向伺服电动缸连接，下部接触剪切盒顶盖。

所述垂直加载系统制配土样式竖向伺服电动缸由位移控制。安装竖向位移传感器，安装长杆加压盖，设定好制配土样时伺服电动缸需加载的位移，并均匀缓慢地加载至目标值；根据竖向位移传感器的位移数据，当竖向位移达到目标值，竖向伺服电动缸停止加载。所述竖向位移传感器通过横杆固定在竖向支架上，指针端部与连接头的水平铁片接触，用来测定竖向位移。

所述振动台震动频率小于5hz范围内对土的特性影响不大。振动台震动频率过慢难以达到使土样密实度均匀的效果，频率过快则会对土样的力学特性造成破坏。因此振动台震动频率以1hz为宜。通过振动台与竖向伺服电动缸共同作用，使土样达到试验所需密实度，同时使土样密实度更加均匀。

所述振动台震动结束后，还原竖向伺服电动缸制配土样时产生的竖向位移，拆卸长杆加压盖；安装剪切盒顶盖与竖向荷载传感器。拆卸上、下剪切盒固定螺栓与下剪切盒固定螺栓，用振动台台面固定螺栓将振动台台面与工作台凹槽底连接固定，固定时保持振动台台面与工作台台面平齐。

所述水平加载系统通过水平伺服电动缸施加水平力，推动下剪切盒沿水平滚珠导轨进行剪切试验；水平位移传感器固定在工作台台面左侧，使其保持水平，其指针端与下剪切盒接触，用来测定水平位移；通过水平荷载传感器测定剪应力。

试验时，水平伺服电动缸通过应力控制：竖向荷载传感器和竖向位移传感器连接数据采集器，竖向伺服电动缸连接控制器。由采集器所得数据，通过控制器自动控制竖向伺服电动缸施加稳定的竖向力。

本实用新型的有益效果是:一般直剪试验往往难以控制土样密实度，本方案通过振动台与竖向伺服电动缸的共同作用，可得到剪切试验所需密实度的土样。

附图说明

图1为本直剪仪的正视图；

图2为本直剪仪侧视图

图3为长杆加压盖示意图

图中1-1工作台，1-2振动台台面固定螺栓，1-3振动台台面，1-4振动台，1-5震动弹簧，1-6水平滚珠导轨，1-7下剪切盒固定螺栓，2-1水平伺服电动缸，2-2下剪切盒，2-3上剪切盒，2-4剪切盒固定螺栓，2-5竖向固定滑轮，2-6水平荷载传感器，2-7水平位移计，3-1竖向伺服电动缸，3-2连接头，3-3竖向荷载传感器，3-4竖向位移传感器，3-5剪切盒顶盖，3-6长杆加压盖，3-7竖向支架，3-8水平铁片。

具体实施方式

在图1中，水平伺服电动缸2-1固定在工作台1-1右侧，通过连接杆与下剪切盒2-2连接；工作台左侧设置水平荷载传感器2-6与水平位移传感器2-7，水平荷载传感器2-6与上剪切盒2-3的传力杆之间设置竖向固定滑轮2-5；竖向支架3-7将竖向伺服电动缸3-1固定在支架中心；竖向伺服电动缸3-1下方设置连接头3-2，连接头上设置水平铁片3-8，制配土样时连接头3-2下连接长杆加压盖3-6，试验时长杆加压盖3-6替换为竖向荷载传感器3-3和剪切盒顶盖3-５；剪切盒位于振动台台面，分为上剪切盒2-3和下剪切盒2-2，上、下剪切盒之间设置剪切盒固定螺栓2-4；振动台台面与下剪切盒之间设置下剪切盒固定螺栓1-7，下剪切盒与振动台台面之间设置水平滚珠导轨1-6。振动台1-4位于工作台1-1凹槽内，振动台台面与工作台凹槽底面设置振动台台面固定螺栓1-2。

本直剪试验分为两个阶段--制配土样阶段与试验阶段。所述制配土样阶段为：通过振动台1-4与竖向伺服电动缸3-1共同作用，获得试验所需密实度土样的阶段；所述试验阶段为直剪试验阶段。

进一步地，在制配土样时上、下剪切盒之间通过上下剪切盒固定螺栓2-4连接固定；下剪切盒2-2与振动台台面1-3通过下剪切盒固定螺栓1-7连接固定；振动台台面固定螺栓1-2不连接。

进一步地，制配土样时，竖向伺服电动缸3-1通过位移控制：计算出试验所需密实度的土样体积，安装竖向位移传感器3-4，通过竖向位移传感器3-4采集的位移数据，由控制器控制竖向伺服电动缸3-1均匀加载，将土样体积压缩至目标值。当竖向位移达到目标值，竖向伺服电动缸3-1停止施加。所述竖向位移传感器3-4通过横杆固定在竖向支架上，指针端部与连接头3-2的水平铁片3-8接触，用来测定竖向位移；振动台1-4震动频率设定为1hz，通过振动台1-4与竖向伺服电动缸3-1共同作用，使土样达到试验所需密实度，同时使土样密实度更加均匀。

进一步地，震动结束后，还原竖向伺服电动缸3-1制配土样时产生的竖向位移，拆卸长杆加压盖3-6；安装剪切盒顶盖3-5与竖向荷载传感器3-3；拆卸下剪切盒固定螺栓1-7：拆卸上下剪切盒固定螺栓2-4；用振动台台面固定螺栓1-2将振动台台面与工作台凹槽底连接固定，固定时保持振动台台面与工作台台面平齐。

进一步地，安装水平位移传感器2-7。水平位移传感器2-7固定在工作台台面左侧，使其保持水平，其指针端与下剪切2-2盒接触，用来测定水平位移；通过水平荷载传感器2-6测定剪应力。

进一步地，试验时，水平伺服电动缸3-1通过应力控制：竖向荷载传感器3-3和竖向位移传感器3-4连接数据采集器，竖向伺服电动缸3-1连接控制器。由采集器所得数据，通过控制器自动控制竖向伺服电动缸3-1施加稳定的竖向力。