[发明专利]一种土壤承压和剪切试验测试仪

权利要求书

1.一种土壤承压和剪切试验测试仪，其特征在于：它包括角位移传感器联轴器、U型座、位移传感器、砝码、移传感器外壳导轨、砝码座、上滑动轴、压/扭组合传感器、下滑动轴、剪切环/压板、角位移传感器、扭转扳手套、推力球轴承、卡圈、支撑座、限位螺栓、压耳、轴套及三角架；该测试仪器主体采用三角架支撑，三角架装于支撑座上，试验时根据需要调节三角架的长度和张合度，支撑座上装有对称分布的两个压耳，当剪切环在较大负荷下进行旋转剪切时，通过手扶压耳保持仪器的平稳，防止仪器主体出现较大倾斜，影响其测量精度；砝码座套于支撑座的外套筒上并可沿其上下滑动，砝码座底部的圆盘用于放置不同规格和重量的砝码，试验时通过添加砝码来增加剪切环/压板上的垂直载荷；位移传感器外壳导轨安装于砝码座上，用于固定位移传感器的外壳，为避免干涉，所有砝码上均加工有U型开口槽，砝码加载后，该位移传感器外壳导轨正好位于所有砝码的开口槽内；位移传感器的拉杆顶端通过螺母固定在支撑座上，而位移传感器外壳则随砝码座上下移动，实时测量压板的下陷量；U型座安装于砝码座的顶部，用于固定角位移传感器的外壳，支撑座中心套筒上装有限位螺栓，用于限定上滑动轴在垂直方向的位置，支撑座顶部和底部孔端均装有轴套，用于定位上滑动轴，通过间隙控制，保证试验时上滑动轴在轴套中上下滑动并自由旋转；上滑动轴顶端通过角位移传感器联轴器与角位移传感器的旋转轴相连，底端圆盘则通过螺栓与压/扭组合传感器相连，上滑动轴的轴肩处装有卡圈，卡圈上装有推力球轴承，砝码座置于推力球轴承之上，其承受的重量通过轴承、卡圈及上滑动轴传至压/扭组合传感器上，上滑动轴的上方还装有可拆卸的扭转扳手套，通过安装扭转手柄，可对上滑动轴施加扭矩；在试验过程中，上滑动轴既可上下滑动传递垂直载荷，又可自由转动传递扭矩；压/扭组合传感器底端连接下滑动轴，下滑动轴同样起传递垂直载荷和扭矩的作用，其底端装有剪切环/压板，试验时，剪切环/压板承受的土壤反作用力将通过下滑动轴传递至压/扭组合传感器，压/扭组合传感器不仅能够测量剪切环/压板承受的垂直载荷，也对剪切环承受的反向剪切力矩进行测量；然后，用无纸记录仪对测得的传感器信号进行采集、显示、记录和存储；试验数据采集并存储完毕后，利用KLCOM100数据分析软件对采集到的原始数据进行分析处理，同时生成报表导出；

所述角位移传感器联轴器是定制或市购的圆柱形联轴器；

所述U型座是板材弯制的C形件；

所述位移传感器、压/扭组合传感器和角位移传感器，其测量范围根据试验要求选定；

所述砝码是根据此仪器配合设计的试验所需的压力来源，是圆柱形并其上开有U型槽的自制件；

所述位移传感器外壳导轨是固定位移传感器的并其上开有U型槽的自制件；

所述砝码座是圆管与板材垂直连接的倒T形件；

所述上滑动轴是按预定尺寸制造的普通台阶轴；

所述下滑动轴是按预定尺寸制造的普通台阶轴；

所述剪切环/压板是圆盘形零件，剪切环上设置有矩形齿；

所述扭转扳手套是心部及圆周中部设置有圆孔的圆柱形件；

所述推力球轴承的型号为51202GB/T301-1995；

所述卡圈是圆柱形的自制件；

所述支撑座是T型的自制件；

所述限位螺栓是市购连接件；

所述压耳是圆钢煨制的C形件；

所述轴套是按预定尺寸制造的圆形套管件；

所述三角架是可伸缩的按预定尺寸制造或外购的三角形支架；

所述无纸记录仪，可自制或市场上选购。

2.一种土壤承压和剪切试验测试仪的测试方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：

①土壤承压特性试验

步骤一：利用漏斗撒沙法将模拟土壤注入土槽，对模拟土壤进行疏松、刮平和压实，通过土力学的仪器测量模拟土壤的密度，然后开始进行试验；

步骤二：调整仪器三角架的高度和张开角度，将仪器放入土槽中，使三角架底端陷入模拟土壤并向下压实，同时用水平尺对测试仪进行校正，保证测试仪与地面垂直；接通电源，打开XSR70型无纸记录仪，调整试验日期、时间、数据采集频率，待传感器读数趋于稳定时，对压力传感器的读数进行调零操作，然后松开限位螺栓，手动调整剪切环/压板的位置，使其缓缓下行，通过观察，当剪切环/压板底部与土壤刚刚接触时，拧紧限位螺栓，通过无纸记录仪显示屏读取此时位移传感器的测试值，并将其设为剪切环/压板下陷量的零点；

步骤三：松开限位螺栓，使剪切环/压板陷入模拟土壤，记下此时剪切环/压板的下陷量，并读取压/扭组合传感器的初始读数；对仪器逐步加载砝码，同时观察压/扭组合传感器和位移传感器的读数，当砝码总重为60kg左右时，停止加载；利用USB接口将无纸记录仪采集到的试验数据转存至U盘上，然后关闭无纸记录仪，将砝码从砝码座上逐步卸下，拧紧限位螺栓并将仪器从模拟土壤中拉出，清理测试仪，并检查各部件的完好程度；

步骤四：将U盘上数据导入计算机中，并利用软件对测试数据进行处理和分析，绘制剪切环/压板的压力-下陷量曲线，对同一种规格的剪切环/压板进行3次以上的重复性试验，测量值取平均；更换不同尺寸的剪切环/压板，按照以上步骤重复进行试验，记录测量结果；

②土壤剪切特性试验

步骤一：利用漏斗撒沙法将模拟土壤注入土槽，对模拟土壤进行疏松、刮平和压实，通过土力学仪器的测量模拟土壤的密度，然后开始进行试验；

步骤二：调整仪器三角架的高度和张开角度，将仪器放入土槽中，使三角架底端陷入模拟土壤并向下压实，同时用水平尺对测试仪进行校正，保证测试仪与地面垂直；接通电源，打开XSR70型无纸记录仪，调整试验日期、时间、数据采集频率，待传感器读数趋于稳定时松开限位螺栓，扳动扭转扳手套，同时观察角位移传感器的读数，当角位移传感器的读数为180度左右时停止扳动，对压/扭组合传感器的读数进行调零操作，然后使剪切环/压板缓缓下行直至陷入模拟土壤，通过无纸记录仪显示屏读取此时压/扭组合传感器的初始值；

步骤三：对仪器加载砝码，直至剪切环/压板上的垂直压力达到预定值；然后顺时针扳动扭转扳手套，使剪切环/压板旋转并进行土壤剪切，同时观察并记录角位移传感器和压/扭组合传感器的读数，当角位移传感器读数显示为0度时，停止旋转剪切环/压板；利用USB接口将无纸记录仪采集到的试验数据转存至U盘上，然后关闭无纸记录仪，将砝码从砝码座上逐步卸下，拧紧限位螺栓并将仪器从模拟土壤中拉出，清理测试仪，并检查各部件的完好程度；

步骤四：将U盘上数据导入计算机中，并利用软件对测试数据进行处理和分析，绘制剪切环剪切力矩随旋转角度的变化曲线；重复步骤，在步骤三中更改垂直压力的预定值，然后重复步骤，在整合试验过程中，预定值的设定次数不少于3次。