[实用新型]一种土样扭转直剪试验装置

说明书

技术领域

本实用新型属于岩土性能检测设备，尤其涉及一种土样扭转直剪试验装置。

技术背景

剪切破坏是建筑工程中土体破坏的主要形式之一，也是计算基础和地基承载力的重要参数，准确测量土体的粘聚力和摩擦角对工程的安全性具有重要意义。如何通过室内试验快速获取准确、客观反映实际的抗剪强度参数，已经成为工程技术人员普遍关注的课题。直剪试验作为基础试验方法被广泛应用，其优点在于设备简单、操作容易和试验历时短，目前各个项目在工期紧的情况下被广泛使用。但是其也具有一定的缺点，例如剪切面上剪应力分布不均匀，在边缘发生应力集中现象；剪切过程中，土样剪切面逐渐缩小，而计算抗剪强度时却按土样的原截面积计算的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有直剪试验装置加载面积变化及应力集中的缺陷，并提供一种土样扭转直剪试验装置。本实用新型所采用的技术方案是：

土样扭转直剪试验装置，包括承载架、环形上盒、下盒、活塞、加载装置、测力系统和垂直压力加压系统；所述的下盒底部通过转轴固定于承载架上，使其在水平方向仅具有转动自由度；下盒上方安装环形上盒；加载装置用于驱动下盒周向旋转；所述的上盒上部放置有直径略小于上盒内径的活塞，所述的垂直压力加压系统用于对活塞施加向下的压力；所述的测力系统用于测量上盒的扭矩。

作为优选，所述的环形上盒、下盒的内壁保持一定的粗糙度，增大内壁与土样的摩擦力，防止产生相对位移。

作为优选，所述的加载装置为蜗轮蜗杆系统，蜗杆通过轴承固定在承载架上，蜗杆与下盒上固定的蜗轮相接触，通过转动手轮带动蜗杆旋转，进而带动蜗轮旋转使得下盒转动加载。

作为优选，所述的测力系统包括测力环和装配于测力环中的测微表，测力环安装在上盒的侧面。

作为优选，所述的垂直压力加压系统由加压框架、加压杠杆和砝码组成；所述的加压框架的横梁两端通过竖向筒约束，使其仅能上下运动；横梁中部具有凸起的半球，且所述的活塞顶部开设有与半球相匹配的半球形凹陷；加压杠杆一端铰接固定于承载架上，另一端挂接砝码，铰接侧连接加压框架的横梁，形成对横梁施加向下拉力的杠杆系统。

作为优选，所述的承载架下部设有挂钩，用于固定加压杠杆的砝码一端，在不需要加压时支撑砝码的重量。

本实用新型的有益效果是：通过蜗轮蜗杆加载系统使下盒周向旋转，从而对土样施加扭转荷载进行剪切试验，从而克服现有直剪试验装置加载面积变化及应力集中的缺陷。

附图说明

图1和图2是一种土样扭转直剪试验装置结构示意图。

图中：上盒1、下盒2、蜗轮3、转轴4、蜗杆5、固定轴承6、转动手轮7、测力环8、测微表9、竖向筒10、加压框架11、活塞12、加压杠杆13、砝码14和承载架15。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步阐述和说明。本实用新型中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

如图1和图2所示，一种土样扭转直剪试验装置，分为承载架、环形上盒、下盒、活塞、加载装置、测力系统和垂直压力加压系统。其具体结构包括上盒1、下盒2、蜗轮3、转轴4、蜗杆5、固定轴承6、手轮7、测力环8、测微表9、竖向筒10、加压框架11、活塞12、加压杠杆13、砝码14和承载架15。

承载架15作为整个装置的支承结构，起到固定的作用。上盒1、下盒2均呈环形中空，其内部用于放置试验土样。上盒1、下盒2的内壁保持一定的粗糙度，以方便固定土样。下盒2底部通过转轴4固定于承载架15上，转轴4约束了下盒2的水平运动，使其只能周向转动，下盒2上方安装上盒1。加载装置用于驱动下盒2相对于上盒1周向旋转，使两者之间的试样扭转，其结构可以设置为多种形式。本具体实施方式中，加载装置为蜗轮蜗杆系统，下盒2外周固定环形的蜗轮3，蜗杆5通过固定轴承6固定在承载架15上。蜗杆5与下盒2上的蜗轮3相配合接触，蜗杆5一端连接转动手轮7，通过转动手轮7驱动蜗杆5转动，进而带动下盒2转动。上盒1内放置试样后，在试样表面放置活塞12，活塞12的外径应略小于上盒1内径，将其放置于上盒1中时，可以竖向对试样施加压力同时起到对上盒1的水平限位作用。为了实现直剪试验，需要在装置中设置垂直压力加压系统和测力系统，分别用于对活塞施加向下的压力和测量上盒的扭矩。

测力系统的具体结构可以根据实际的试验需要进行选择。本具体实施方式中，采用测力环8和装配于测力环8中的测微表9实现。测力环8安装在上盒1的侧面，对上盒1的扭矩进行测定。