一种软弱结构面直剪仪及试验方法

本发明涉及直剪仪领域，特别涉及一种软弱结构面直剪仪及试验方法。

背景技术：

1、直剪仪是土工实践中最常用的仪器之一，近些年演变出了很多不同特性的直剪设备，如叠环直剪仪，软岩界面直剪仪等。随着直剪试验的复杂化，对直剪仪剪切盒的要求也越来越高。直剪仪是指室内测定土壤抗剪强度的仪器，简称直剪仪。测定时将土样置于直剪仪上下金属盒之间，通过传压板和滚珠对土样施以一定的垂直压力，然后对下盒施加水平推力，使试样沿上下盒水平接触面发生剪切位移直至破坏。通常釆用等速剪应变的方法，称为应变控制剪切。

2、公告号为cn215812155u的中国专利公开了一种适用于粗颗粒土的动载直剪仪，其电动机的转动频率控制了荷载频率，动砝码的大小以及动砝码离转轴距离的远近控制了荷载大小，从而实现了对动荷载的模拟。然而，上述专利存在以下缺陷：

3、①动砝码始终处于暴露在空气中的状态，易受到外部环境因素的干扰；②根据需求更换砝码大小时，由于更换了砝码大小，其对应的竖直向力的大小也需要重新进行计算，非常繁琐；③上述结构所产生的竖直向力的稳定性差，容易发生范围性的浮动。故此，有必要优化竖直向力的驱动结构。同时，在优化竖直向力的驱动结构时，还需要保证该驱动结构可拆卸性，以方便后期的定期维护。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种软弱结构面直剪仪及试验方法，以解决背景技术中所提出的问题。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、为了达到上述目的，本发明提供了一种软弱结构面直剪仪，包括有从上到下叠放的用于盛放样品的上剪切盒和下剪切盒，于所述的上剪切盒的右侧设置有用于检测水平向力的测力装置，所述的下剪切盒的左侧作为水平向力的接触侧；

4、所述的下剪切盒内固定设置有下接触块，所述的上剪切盒内活动设置有上接触块，所述的上接触块能于上剪切盒内进行纵向的移动，于所述的上接触块的上方设置有传导密封块，所述的传导密封块的两侧通过横向螺栓固定在上剪切盒内；于所述的传导密封块的上端固定设置有上端限位块，所述的上端限位块上可拆卸的设置有施力组件，所述的施力组件能限位在上端限位块上并起到为上接触块施加竖直向力的作用。

5、进一步设置是：所述的上端限位块包括有截面形状为方形的支撑块，所述的传导密封块上端面的中央位置处开设有内陷槽，所述的支撑块嵌设至内陷槽中，于所述的支撑块的上端固定设置有限位圆台，所述的限位圆台上端面的截面宽度小于其下端面，以使得该限位圆台的外周形成有倾斜的导向面，所述的限位圆台与传导密封块上端面具有间隔，并形成有间隔腔，于所述的支撑块的两侧延伸设置有固定臂，所述的固定臂贴于传导密封块的上端面并通过第一螺栓来将支撑块固定在传导密封块上。

6、进一步设置是：所述的施力组件包括有壳体，所述的壳体的下端开设有向内凹陷的安装槽，所述的安装槽的截面宽度与限位圆台的下端面的宽度相一致，且所述的限位圆台能伸入至安装槽内；所述的壳体的下端的左右侧均固定设置有辅助内壳，所述的辅助内壳的内部开设有横向的行程腔，并于所述的行程腔内可滑动的设置有横向滑块，所述的横向滑块左侧的上下端分别设置有上接触部和下接触部，所述的上接触部和下接触部分别与行程腔的上下壁相贴；所述的辅助内壳的右侧开设有横向的行程通孔，所述的横向滑块向右伸至行程通孔内，于所述的横向滑块的右端部固定设置有延伸抵块，所述的延伸抵块的截面形状为三角形，且当所述的辅助内壳与传导密封块相接触时，延伸抵块能伸入至间隔腔中，且该延伸抵块的上端面会抵在限位圆台的下端面上，进而将壳体限位在传导密封块上；

7、所述的辅助内壳的左侧具有开口，并于该开口处插设有一封盖，所述的封盖与辅助内壳相贴并通过第二螺栓将左端封盖固定在辅助内壳上，所述的封盖的右侧固定设置有伸入至行程腔并与行程腔的内壁相贴的密封段，于所述的密封段的右侧固定设置有第一定位段；所述的密封段与横向滑块之间形成有导气腔，所述的横向滑块的左侧固定设置有第二定位段，并于所述的第一定位段和第二定位段之间压缩设置有左弹簧，基于所述的左弹簧的弹性作用力来让延伸抵块始终具有朝向间隔腔运动的趋势；

8、所述的上接触部和横向滑块之间形成有一密封室，所述的辅助内壳内开设有一纵向的与密封室相通的第一导气道，所述的壳体内开设有一纵向的与第一导气道相通的第二导气道，所述的壳体的上端面固定设置有与第二导气道相通的第一导气接口；通过所述的第一导气接口能向密封室内注入气体，注入的气体能推动延伸抵块隐藏在行程通孔内，进而能顺利上拉壳体，以实现壳体与传导密封块的分离。

9、进一步设置是：于所述的横向滑块外套设有右弹簧，所述的右弹簧挤压设置在上接触部、下接触部和行程腔的右侧壁之间，通过该右弹簧来保证第一导气道与密封室始终相通；且所述的右弹簧的弹性作用力小于左弹簧，以保证横向滑块受到左弹簧的弹性作用力向右移动。

10、进一步设置是：于所述的辅助内壳内开设有一纵向的与导气腔相通的第三导气道，所述的壳体内开设有一纵向的与第三导气道相通的第四导气道，所述的壳体的上端面固定设置有与第四导气道相通的第二导气接口；通过所述的第二导气接口能向导气腔注入气体，所述的辅助内壳下端开设有与导气腔相通的第一出气道，所述的传导密封块上开设有与第一出气道相通的第二出气道，所述的第二出气道的下端与上接触块相通，基于所述的导气腔内输出的气体来推动上接触块下压。

11、进一步设置是：所述的第一出气道的上端固定设置有横向的支撑段，所述的支撑段抵在横向滑块的下接触部上，起到支撑作用。

12、进一步设置是：所述的支撑段和下接触部的左侧均设置有倾斜面。

13、进一步设置是：所述的导气腔内的上下端均固定设置有限位板，所述的限位板通过第三螺栓固定在辅助内壳上；通过所述的限位板与横向滑块的上接触部和下接触部的相抵，来起到限位作用；

14、位于上方所述的限位板上开设有将第三导气道和导气腔相通的第五导气道。

15、进一步设置是：所述的密封段的右侧对应限位板的位置固定设置有嵌入凸起，所述的限位板设置有供嵌入凸起伸入的嵌入凹陷。

16、为了达到上述目的，本发明还提供了一种软弱结构面直剪仪的试验方法，包括有以下步骤：

17、步骤s1、将样品盛放在下剪切盒和上剪切盒之间，样品由上接触块和下接触块压固；

18、步骤s2、通过施力组件来为上接触块施加竖直向力的作用；

19、步骤s3、向下剪切盒的接触侧施加水平向力。

20、本发明的有益效果在于：

21、1、本发明中通过施力组件来为上接触块施加竖直向力，相较于现有技术中利用外部动砝码来改变竖直向力的方式，本发明将竖直向力的产生方式设置在了施力组件内，能有效避免外部环境因素的干扰。在本发明中还优化了驱动组件的结构，以实现该驱动组件的可拆卸，方便后期的定期维护。

22、2、在本发明中施力组件限位在上端限位块上，上端限位块包括有支撑块、限位圆台和固定臂，支撑块能嵌入至传导密封块的内陷槽中，并通过第一螺栓来实现固定臂与传导密封块的固定；支撑块和限位圆台之间的间隔腔，用于供延伸抵块伸入，导向面的设置能引导延伸抵块的下移。施力组件内的安装槽用于供限位圆台伸入；辅助内壳的设置，为竖直向力的产生提供空间，以让竖直向力的产生能从辅助内壳内部产生，有效避免外部环境因素的干扰。横向滑块上的上接触部和下接触部，能起到限位横向滑块的作用；横向滑块右端的延伸抵块能伸入至间隔腔中，且该延伸抵块的上端面会抵在限位圆台的下端面上，进而将壳体限位在传导密封块上；封盖能达到可拆的目的，方便横向滑动、左弹簧、右弹簧的安装；第一定位段和第二定位段的设置，起到限位左弹簧的作用；左弹簧则能起到右推横向推块，让延伸抵块始终具有朝向间隔腔运动的作用。

23、3、在本发明中为了解除延伸抵块与限位圆台的锁定，在上接触部和横向滑块之间形成有密封室，并通过的第一导气接口向密封室内注入气体，注入的气体能推动延伸抵块隐藏在行程通孔内，进而能顺利上拉壳体，以解除延伸抵块和限位圆台的锁定，进而实现壳体与传导密封块的分离。

24、4、在本发明中通过设置右弹簧来起到缓冲作用；右弹簧的弹性作用力小于左弹簧，以保证横向滑块受到左弹簧的弹性作用力向右移动；同时，右弹簧的设置能保证密封室的存在，避免密封室被挤压消失。

25、5、在本发明中竖直向下的产生方式为：通过第二导气接口来注入气体，注入的气体能依次经第四导气道、第三导气道和第五导气道送入至导气腔中，注入的气体不仅能保持右推横向滑块的作用，来保证延伸抵块和限位圆台的锁定；还能通过第一出气道和第二出气道来下压上接触块，为上接触块提供竖直向下。竖直向下的大小能根据注入的气体量来进行计算，非常便捷；同时由于导气腔为密封状，能避免气体泄漏，保证了竖直向力的稳定性。

26、6、在本发明中支撑段的设置，能起到支撑横向滑块的作用。

27、7、在本发明中支撑段和下接触部的左侧均设置有倾斜面，能扩大第一导气道上端口处的口径，提高气体注入效率。

28、8、在本发明中限位板能与横向滑块的上接触部和下接触部的相抵，来起到限位横向滑块的作用。

29、9、在本发明中通过嵌入凸起和嵌入凹陷的配合，再辅以第三螺栓来达到稳定固定限位板的作用。