CN105758738A - 一种电动双面剪切仪 - Google Patents

Abstract

一种电动双面剪切仪，基础底座上设置有上、中、下三个剪切盒，上剪切盒的上端面上设置有承压板，承压板上设置有加压盘，加压盘上方设置有A拉压力传感器且与垂直加压电动缸的伸出杆连接，平衡立柱安装有垂直位移传感器接触加压盘；中间剪切盒还与B拉压力传感器连接，B拉压力传感器与滑轨底座上的水平加压电动缸连接，中间剪切盒上设置有位移红外发射器；基础底座上还设置有控制柜，控制柜控制各电动缸的行程调节以及对传感器的数据实时处理；该仪器可用于对原状土样、扰动土样及软岩试样进行剪切强度测试试验，整个试验过程包括试样的安装、试验的进行及试验后试样的采集，方便装样与卸样操作。

Description

一种电动双面剪切仪

技术领域

本发明属于岩土工程领域，具体涉及应用于岩土体的一种电动双面剪切仪。

背景技术

岩土体的抗剪强度是指岩土体抵抗剪切破坏的极限能力，是岩土体重要的力学指标之一。大量的工程实践表明，挡土结构物的破坏、各种类型滑坡的发生以及建(构)筑物地基的破坏绝大多数属于剪切破坏，因此研究岩土体的抗剪强度规律对于工程设计、施工和管理都具有非常重要的理论和实际意义。测定岩土体抗剪强度指标的试验称为岩土体的剪切试验，试验方法有室内剪切试验和现场剪切试验。由于室内试验应力条件清楚，易重复且花费低，较现场剪切试验应用更广。

目前国内外的室内剪切试验主要有直剪试验和三轴压缩剪切试验，其中直剪试验使用的直剪仪多为单盒直剪仪和四联剪。两种直剪仪采用尺寸较小的圆形剪切盒，试验过程中应力集中现象较为严重，影响测试结果；仪器的垂直荷载的施加均采用杠杆机构，在施加砝码后会发生较大程度的倾斜，造成作用于试样的垂直荷载损失较大；仪器的水平剪力的施加则采用蜗轮蜗杆机构，只能控制水平剪切位移，即实现应变控制式剪切试验，无法施加恒定剪力来测定试样剪切破坏的变形规律，且试样只能沿着上下剪切盒的单一接触面发生破坏。

实际工程情况表明，挡土结构物的破坏、各种类型滑坡的发生以及建(构)筑物地基的破坏并非是一平整的剪切面，更多的是出现明显的剪切带破坏，因此有必要对一定厚度的剪切带进行抗剪强度试验，而目前对于剪切带抗剪强度的研究还很少，主要原因是缺乏与此研究相匹配的双面剪切仪。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种电动双面剪切仪，是一种能实现岩土体应力、应变控制剪切试验的集成化产品，能够实现对施加荷载、剪切速度的精密控制，从而实现应力控制式双面剪切试验与应变控制式双面剪切试验，具有较高的稳定性和可靠性、试验过程中受荷载分布均匀的特点。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种电动双面剪切仪，包括基础底座1，基础底座1上设置有下剪切盒4，下剪切盒4上面依次为中间剪切盒5和上剪切盒7，下剪切盒4和上剪切盒7两侧分别通过剪切盒连接法兰3、6与两侧的平衡立柱16连接，上剪切盒7的上端面上设置有承压板8，承压板8上设置有承力柱9，承力柱9上方设置有加压盘10，加压盘10上方设置有A拉压力传感器11，A拉压力传感器11的上端通过A球铰与垂直加压电动缸13的伸出杆连接，两侧的平衡立柱16通过横梁14固接，其中一侧的平衡立柱16通过垂直位移传感器支架18安装有垂直位移传感器19，垂直位移传感器19接触加压盘10；在两个平衡立柱16的外侧还设置有高度调节电动缸支座22，高度调节电动缸支座22通过连接螺栓21连接有高度调节电动缸20，高度调节电动缸20的伸出杆通过链接套17与延长杆34连接；横梁14的两端通过紧固螺母15与延长杆34连接，中间剪切盒5通过关节轴承24、B球铰25与B拉压力传感器26连接，B拉压力传感器26一端与水平加压电动缸33的转轴29相连，水平加压电动缸33通过水平加压电动缸支座31设置在上滑轨底座32上，滑轨底座32通过水平滑轨28设置在基础底座1上，中间剪切盒5上设置有位移红外发射器23，滑轨底座32上设置有位移红外接收仪27；基础底座1上还设置有控制柜2，控制柜2控制垂直加压电动缸13、高度调节电动缸20和水平加压电动缸33的行程调节，装于控制柜2的数据采集卡用于采集垂直位移传感器、A拉压力传感器11和B拉压力传感器26的实时数据并进行处理。

所述的上、中、下三个剪切盒之间分别设置有梯形凹槽35。

所述的下剪切盒外设置了水槽36。

本发明的特点：

1)、本发明仪器是一种电动双面剪切仪，应用广泛，可进行原状土样、扰动土样及软岩的应变控制式双面剪切试验、应力控制式双面剪切试验。

2)、本发明仪器选用20cm×20cm×40cm的方形剪切盒进行试验，剪切盒尺寸较大，很好的改善了小试样剪切应力集中的问题，测得的试验数据能更真实地反映土样的力学性能。

3)、本发明仪器在上、中、下剪切盒之间分别设置了梯形凹槽用于安装钢球，可有效地减小剪切过程中的摩擦损耗。

4)、本发明仪器在下剪切盒外设置了水槽，可进行饱和试样的抗剪强度试验。

5)、本发明仪器设有高度调节电动缸，可将横梁和垂直加载机构(包括垂直加压电动缸、球铰、拉压力传感器、加压盘、承立柱和承压板)整体提升，且在基础底座上设有水平滑轨，在下剪切盒开有梯形凹槽，用于安装钢球，此设计便于将剪切盒整体移出垂直加载位置，方便装样与卸样操作。

6)、本发明仪器的垂直压力加载系统和水平剪力加载系统摒弃原有的杠杆加载机构，采用工作性能更可靠的电动缸施加荷载，并配有S型拉压力传感器，可测得作用于试样的真实压力和剪力。且电动缸加压装置结构紧凑、重量轻、无污染、维护方便，使整个仪器更加简洁，避免了液压或气动加载装置管路复杂、不便于维护等缺点。同时电动缸具有较大载荷调节范围，能够实现对施加荷载、剪切速度的精密控制，从而实现应力控制式双面剪切试验与应变控制式双面剪切试验，具有较高的稳定性和可靠性。

7)、本发明仪器的垂直荷载通过承压板、承力柱、加压盘施加于试样，保证了试样在试验过程中所受荷载均匀分布。

8)、本发明仪器采用剪切盒连接法兰分别连接上、下剪切盒与立柱，使剪切过程中上、下剪切盒达到很好的固定效果，获得更准确的抗剪强度参数。

9)、本发明仪器各部件均采用机械连接，特别方便进行零部件的维护与更换，为节约使用成本提供了便利。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的上剪切盒7结构示意图。

图3为本发明的中间剪切盒5结构示意图。

图4为本发明的下剪切盒4结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细叙述。

一种电动双面剪切仪，包括基础底座1用于保持整个仪器主机的稳定性，基础底座1上设置有下剪切盒4，主要用于固定被测试样下端；下剪切盒4上面依次为中间剪切盒5和上剪切盒7，下剪切盒4和上剪切盒7两侧分别通过剪切盒连接法兰3、6与两侧的平衡立柱16连接，上剪切盒7的上端面上设置有承压板8，用于将上部垂直压力施加给被测试样；承压板8上设置有承力柱9，用于有效传递均布垂直压力，承力柱9上方设置有加压盘10，用于施加垂直压力，具有压力均布功能；加压盘10上方设置有A拉压力传感器11，用于测量垂直拉压力,A拉压力传感器11的上端通过A球铰与垂直加压电动缸13的伸出杆连接，两侧的平衡立柱16通过横梁14固接，横梁14起到整个仪器平稳功能；在两个平衡立柱16的外侧还设置有高度调节电动缸支座22，高度调节电动缸支座22通过连接螺栓21连接有高度调节电动缸20，主要起升降承压板的作用，高度调节电动缸20的伸出杆通过链接套17与延长杆34连接；横梁14的两端通过紧固螺母15与延长杆34连接，中间剪切盒5通过关节轴承24、B球铰25与B拉压力传感器26连接，B拉压力传感器26用于测量水平拉压力，B拉压力传感器26一端与水平加压电动缸33的转轴29相连，转轴29，用于支撑水平加压电动缸33，并具有水平同轴调节功能；30为紧固螺栓，水平加压电动缸33通过水平加压电动缸支座31设置在上滑轨底座32上，水平加压电动缸支座31，用于水平加压电动缸和滑轨底座连接，并可沿滑轨底座水平调节，水平加压电动缸支座31和滑轨底座32通过紧固螺栓30连接，滑轨底座32通过水平滑轨28设置在基础底座1上，中间剪切盒5上设置有位移红外发射器23用于发射红外信号，滑轨底座32上设置有位移红外接收仪27，用于接收位移红外发射器23发出的红外信号；基础底座1上还设置有控制柜2，控制柜2控制垂直加压电动缸13、高度调节电动缸20和水平加压电动缸33的行程调节，装于控制柜2的数据采集卡用于采集垂直位移传感器、A拉压力传感器11和B拉压力传感器26的实时数据并进行处理。

所述的上、中、下三个剪切盒之间分别设置了梯形凹槽35，用于安装钢球，减小摩擦力。

所述的下剪切盒外设置了水槽36，设置水槽的目的是用于对饱和黄土试样进行剪切试验，以保证在试验过程中试样的含水率稳定。

本发明的工作原理为：

该仪器可用于对原状土样、扰动土样及软岩试样进行剪切强度测试试验，整个试验过程包括试样的安装、试验的进行及试验后试样的采集。

试样安装

将高度调节电动缸20和对称位置处的另一同类型电动缸接通电源，使其开始工作，此时横梁14和垂直加载机构(由垂直加压电动缸13、A球铰12、拉压力传感器11、加压盘10、承立柱9、承压板8组成)被整体提升，当提升到最高位置即达到控制柜2所设定的最大提升位移时，左右两侧高度调节电动缸20停止工作。此时可开始试样的装填工作，即将下剪切盒4、中间剪切盒5和上剪切盒7整体沿水平滑轨28平移出垂直加载位置，将已切削好的试样放置于剪切盒内。待试样装填好之后，将剪切盒整体沿水平滑轨28移回垂直加载位置，确定好位置后，将剪切盒连接法兰3和6分别与下剪切盒4和上剪切盒7连接固定。再次启动高度调节电动缸20进行反转，上部加载机构开始下降，直至承压板8与上剪切盒7接触时电动缸20停止工作，紧固承立柱9和承压板8连接螺栓，并安装好垂直位移传感器支架18和垂直位移传感器19于图1所示位置。

试验过程

用螺栓将水平加载机构(由关节轴承24、球铰25、拉压力传感器26、转轴29、紧固螺栓30、水平加压电动缸支座31、水平加压电动缸33组成)的关节轴承24与中间剪切盒5的双耳片进行连接后，拧紧紧固螺栓30，完成整个仪器连接，即可进行剪切试验。

正式开始试验后，首先启动垂直加压电动缸13向下运动，按试验要求施加一定大小的垂直压力，依次通过球铰12、拉压力传感器11、加压盘10、承立柱9、承压板8传递至试样。其次，启动水平加压电动缸33，按试验要求施加一定大小的水平剪力或设定一定的剪切速度，依次通过拉压力传感器26、球铰25、关节轴承24传至中间剪切盒5，实现水平剪切。中间剪切盒5(如图2所示)、上剪切盒7(如图3所示)和下剪切盒4(如图4所示)分别开有梯形凹槽，用于放置钢球，便于中间剪切盒5相对于上剪切盒7和下剪切盒4在水平剪力作用下沿导轨移动，并减小摩擦阻力，以尽量消除摩擦导致的测试误差。

在整个试验过程中，数据采集系统实时采集拉压力传感器11和26、垂直位移传感器19和位移红外接收仪27的数据，并进行数据处理。

试验后试样采集

试验结束后，停止水平加压电动缸33和垂直加压电动缸13，启动高度调节电动缸20提升垂直加载机构，分离关节轴承24和中间剪切盒5的双耳片。将下剪切盒4、中间剪切盒5和上剪切盒7整体沿水平滑轨28平移出垂直加载位置，便于人为分离上、中、下三个剪切盒，直观观察两个剪切面的试样状态和采集剪切面试样进行物理力学参数测试分析。

Claims (3)

1.一种电动双面剪切仪，包括基础底座(1)，其特征在于，基础底座(1)上设置有下剪切盒(4)，下剪切盒(4)上面依次为中间剪切盒(5)和上剪切盒(7)，下剪切盒(4)和上剪切盒(7)两侧分别通过剪切盒连接法兰(3、6)与两侧的平衡立柱(16)连接，上剪切盒(7)的上端面上设置有承压板(8)，承压板(8)上设置有承力柱(9)，承力柱(9)上方设置有加压盘(10)，加压盘(10)上方设置有A拉压力传感器(11)，A拉压力传感器(11)的上端通过A球铰与垂直加压电动缸(13)的伸出杆连接，两侧的平衡立柱(16)通过横梁(14)固接，其中一侧的平衡立柱(16)通过垂直位移传感器支架(18)安装有垂直位移传感器(19)，垂直位移传感器(19)接触加压盘(10)；在两个平衡立柱(16)的外侧还设置有高度调节电动缸支座(22)，高度调节电动缸支座(22)通过连接螺栓(21)连接有高度调节电动缸(20)，高度调节电动缸(20)的伸出杆通过链接套(17)与延长杆(34)连接；横梁(14)的两端通过紧固螺母(15)与延长杆(34)连接，中间剪切盒(5)通过关节轴承(24)、B球铰(25)与B拉压力传感器(26)连接，B拉压力传感器(26)一端与水平加压电动缸(33)的转轴(29)相连，水平加压电动缸(33)通过水平加压电动缸支座(31)设置在上滑轨底座(32)上，滑轨底座(32)通过水平滑轨(28)设置在基础底座(1)上，中间剪切盒(5)上设置有位移红外发射器(23)，滑轨底座(32)上设置有位移红外接收仪(27)；基础底座(1)上还设置有控制柜(2)，控制柜(2)控制垂直加压电动缸(13)、高度调节电动缸(20)和水平加压电动缸(33)的行程调节，装于控制柜(2)的数据采集卡用于采集垂直位移传感器、A拉压力传感器(11)和B拉压力传感器(26)的实时数据并进行处理。

2.根据权利要求1所述的一种电动双面剪切仪，其特征在于，所述的上、中、下三个剪切盒之间分别设置有梯形凹槽(35)。

3.根据权利要求1所述的一种电动双面剪切仪，其特征在于，所述的下剪切盒外设置有水槽(36)。