一种用于测试土工合成材料直剪摩擦特性的直剪测试装置的制作方法

1.本实用新型属于岩土工程试验技术领域，具体涉及一种用于测试土工合成材料直剪摩擦特性的直剪测试装置。


背景技术：

2.随着高分子化学工业的迅速发展，合成纤维新种类和高分子聚合物新材料大量涌现，这种新型材料已超越传统的“织物”范畴，如土工膜、土工格室、土工格栅、土工网和复合型土工材料等，这些材料在土木工程中大量应用，故被定名为“土工合成材料”。工程应用前首先要通过相关试验确定土工合成材料的物理力学性能，对土工格栅等材料而言，直剪摩擦试验是检验其工程工程特性非常重要的试验。需要开发一种操作方便且可对试验数据实时检测的试验装置。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于测试土工合成材料直剪摩擦特性的直剪测试装置。
4.本实用新型是通过以下技术方案实现的：
5.一种用于测试土工合成材料直剪摩擦特性的直剪测试装置，包括机架，机架上设置有法向力液压驱动系统、水平力驱动系统和直剪反力支撑机构；
6.机架上设置有工作平台，工作平台的中部设置有安装底座，该安装底座上安装有直剪试验盒；所述水平力驱动系统设置在安装底座左侧的工作平台上，所述直剪反力支撑机构设置在安装底座右侧的工作平台上，所述法向力液压驱动系统设置在安装底座上方；
7.所述水平力驱动系统包括伺服电动缸、第一受力检测传感器、顶杆和夹具，伺服电动缸固定在工作平台上，第一受力检测传感器的一端与伺服电动缸的动作杆连接，第一受力检测传感器的另一端连接顶杆，所述夹具固定在直剪下盒的直剪反力支撑机构一侧，夹具夹持住被测试样右侧；
8.所述直剪反力支撑机构，包括反力架，反力架上设置有一水平顶杆，该水平顶杆通过螺纹安装在反力架上；
9.所述法向力液压驱动系统，包括液压缸、横梁、压板、立柱和第二受力检测传感器，立柱竖直固定在工作平台上，所述横梁固定在立柱的顶部，液压缸固定安装在横梁上，液压缸的动作杆竖直朝下设置，第二受力检测传感器的一端连接液压缸的动作杆，第二受力检测传感器的另一端连接压板。
10.在上述技术方案中，所述直剪盒包括直剪上盒和直剪下盒，直剪上盒为一个顶部和底部开口的矩形盒体；直剪下盒为一个顶部开口的矩形盒体，直剪上盒和直剪下盒用于在直剪试验时盛放土样。
11.在上述技术方案中，水平顶杆的尾部连接有手轮，通过摇动手轮能够调节水平顶杆的水平横向位置，以使水平顶杆前端顶触直剪上盒，从而在直剪试验时对直剪上盒施加
与水平力驱动系统提供的剪应力方向相反的支撑力。
12.在上述技术方案中，所述水平力驱动系统还包括支撑小车，支撑小车用于支撑连接在第一受力检测传感器上的顶杆。
13.在上述技术方案中，反力架可拆卸的安装在工作平台上。
14.在上述技术方案中，所述法向力液压驱动系统还包括导向板，所述导向板滑动安装在立柱上，液压缸的动作杆穿过所述导向板并与导向板固定，这样，通过导向板能够对液压缸的动作杆起到导向作用，保证动作杆的稳定。
15.在上述技术方案中，水平力驱动系统还包括控制箱，所述伺服电动缸位于该控制箱内，在控制箱上设置有控制面板，该控制面板上包括有电源开关、测试开始按钮、测试停止按钮和急停按钮；在该控制箱上还设置有用于显示第一受力检测传感器受力大小的显示单元。
16.在上述技术方案中，在机架的工作平台下方设置有控制柜，控制柜的正面设置有用于显示第二受力检测传感器压力的压力表、用于控制法向力液压驱动系统的液压泵调节面板和液压泵控制面板，其中，所述液压泵调节面板上包括有油压调节旋钮、流量调节旋钮和油压表，所述液压泵控制面板上包括有油箱温度表、液压泵开关、液压泵状态指示灯和压板动作开关。
17.本实用新型的优点和有益效果为：
18.本实用新型的直剪测试装置能够实现对土工合成材料进行直剪摩擦特性测试，具有法向力液压驱动系统，利用法向力液压驱动系统的压板能够对拉拔盒中的土样进行逐级压实，是土样达到所需的法向压应力；试验盒做成可拆卸式，并与水平动力相连。
19.本实用新型结构简化，设备体积大大缩小，便于工作人员操作。另外全封闭的安全罩设计使外形美观大方。
20.本实用新型以电脑与设备相连接的方式进行操作，电脑界面上设有良好的数据画面，可对数据进行实时监测，操作方便；用户可以通过电脑界面对压力校正，对试验速度设定；该设备可将现场测量的数据送入计算机进行数据显示、数据处理、绘制曲线并打印结果。
附图说明
21.图1是本实用新型的直剪测试装置的立体图。
22.图2是本实用新型的直剪测试装置的正视图。
23.图中：
24.对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
25.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。
26.实施例一
27.参见附图1-2，一种用于测试土工合成材料直剪摩擦特性的直剪测试装置，包括机
架a，机架上设置有法向力液压驱动系统b、水平力驱动系统c和直剪反力支撑机构d。
28.机架上设置有工作平台，工作平台的中部设置有安装底座12，该安装底座12上安装有直剪试验盒25；所述水平力驱动系统c设置在安装底座12左侧的工作平台上，所述直剪反力支撑机构d设置在安装底座12右侧的工作平台上，所述法向力液压驱动系统b设置在安装底座12上方，用于对直剪试验盒中的土样施加法向压应力。
29.所述直剪试验盒25包括直剪上盒25.1和直剪下盒25.2，直剪上盒25.1为一个顶部和底部开口的矩形盒体(即直剪上盒具有四个侧壁，无底无盖)，直剪上盒内部尺寸为：长600mm，宽400mm，高400mm；直剪下盒25.2为一个顶部开口的矩形盒体(即直剪下盒具有四个侧壁，有底无盖)，直剪下盒内部尺寸：长800mm，宽400mm，高400mm，直剪上盒和直剪下盒用于在直剪试验时盛放土样。
30.所述水平力驱动系统c包括伺服电动缸、第一受力检测传感器7、支撑小车9、顶杆24和夹具8，伺服电动缸固定在工作平台上，第一受力检测传感器7的一端与伺服电动缸的动作杆6连接，第一受力检测传感器7的另一端连接顶杆24，所述顶杆24用于在直剪试验时顶触直剪下盒25.2，所述夹具8固定在直剪下盒25.2的直剪反力支撑机构一侧，夹具8夹持住被测试样右侧，通过第一受力检测传感器7可以检测到直剪试验时受力大小；所述支撑小车9用于支撑连接在第一受力检测传感器7上的顶杆24。
31.所述直剪反力支撑机构d，包括反力架27，反力架27可拆卸的安装在工作平台上，反力架27上设置有一水平顶杆26，该水平顶杆26通过螺纹安装在反力架27上，水平顶杆26的尾部连接有手轮28，通过摇动手轮能够调节水平顶杆26的水平横向位置，以使水平顶杆26前端顶触直剪上盒25.1，从而在直剪试验时对直剪上盒25.1施加与水平力驱动系统提供的剪应力方向相反的支撑力。
32.所述法向力液压驱动系统b，包括液压缸16、横梁17、导向板15、压板19、立柱20和第二受力检测传感器14，立柱20的数量为4根，竖直固定在工作平台上，所述横梁17固定在4根立柱的顶部，液压缸16固定安装在横梁17上，液压缸16的动作杆18竖直朝下设置，第二受力检测传感器14的一端连接液压缸16的动作杆18，第二受力检测传感器14的另一端连接压板19，所述导向板15滑动安装在4根立柱上(导向板15上设置有与4根立柱位置对应的安装孔，每个安装孔中均安装有滑套，滑套与立柱滑动配合)，能够沿立柱上下滑动，液压缸16的动作杆18穿过所述导向板15并通过一对螺纹夹具m与导向板15固定，这样，通过导向板15能够对液压缸16的动作杆18起到导向作用，保证动作杆18的稳定。工作时，液压缸16的动作杆18带动压板19上下动作，实现对直剪试验盒中的土样施加法向压应力。
33.利用上述直剪测试装置进行直剪试验的方法，包括以下步骤：
34.步骤1，在安装底座12上安装直剪下盒25.2，将顶杆24连接在第一受力检测传感器7上，并用支撑小车9支撑顶杆24，将夹具8固定在直剪下盒25.2的直剪反力支撑机构一侧；
35.步骤2，在直剪下盒25-2中装入土样并利用法向力液压驱动系统的压板进行逐级压实，直至土样比直剪下盒略高；压板对土样进行下压时，通过观察第二受力检测传感器14的检测值，使土样达到所需要的法向压应力；
36.步骤3，将试样一端夹持在夹具8上，在直剪下盒25-2的土样上表面放置试样，试样宽度大于直剪下盒宽度，试样长度刚好到达直剪下盒前部，即试样和直剪下盒前端齐平，不要伸出直剪下盒外；
37.步骤4，放置直剪上盒与直剪下盒对齐，然后装砂土逐级压实，压板对土样进行下压时，通过观察第二受力检测传感器14的检测值，使土样达到所需要的法向压应力；
38.步骤5，旋转直剪反力支撑机构的水平顶杆26，使水平顶杆26支撑直剪上盒25-1的右侧面；
39.步骤6，控制水平力驱动系统的伺服电动缸的动作杆伸出，对直剪下盒25-2左侧面施压作用力，通过水平力驱动系统c的第一受力检测传感器7实时采集受力数据。
40.实施例二
41.在实施例一的基础上，进一步的说，水平力驱动系统c还包括控制箱c1，所述伺服电动缸位于该控制箱内，在控制箱上设置有控制面板5，该控制面板上包括有电源开关5-1、测试开始按钮5-2、测试停止按钮5-3和急停按钮5-4。在该控制箱上还设置有用于显示第一受力检测传感器7受力大小的显示单元。
42.进一步的说，在机架的工作平台下方设置有控制柜，控制柜的正面设置有用于显示第二受力检测传感器14压力的压力表4、用于控制法向力液压驱动系统的液压泵调节面板10和液压泵控制面板11，其中，所述液压泵调节面板10上包括有油压调节旋钮10-1、流量调节旋钮10-2和油压表10-3，所述液压泵控制面板11上包括有油箱温度表11-1、液压泵开关11-2、液压泵状态指示灯11-3和压板动作开关11-4。具体的讲：油压调节旋钮10-1在使用压力为50-250kpa的范围时可直接使用，流量调节旋钮10-2与油压调节旋钮10-1协同调压，当使用压力小于50kpa时需将流量调节旋钮10-2调至最小，当使用压力大于250kpa时，需将流量调节旋钮10-2调至最大；所述油压表10-3，用来观察液压泵输出的系统压力，防止压力过冲，及时停止加压，并及时报修；所述油箱温度表11-1，用来显示油箱内的实际油温，在试验时，正常油温范围在“室温-55℃”，如果油温超过55℃，应及时停止试验，但设备不要断电，使油箱散热降温；所述压板动作开关11-4，用来控制压板的上下运动，从而对土样施加法向应力。
43.为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
44.而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
45.以上对本实用新型做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本实用新型的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本实用新型的保护范围。