[实用新型]剪切面积不变的圆柱形直剪仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种土力学试验技术，尤其涉及一种测试土体抗剪强度系数的剪切面积不变的圆柱形直剪仪。

背景技术

众所周知，直剪仪是一种用于测定土样在静载条件下抗剪强度的仪器，由于其简单易行，所以推广度较高。

直剪仪主要应用于测量土壤的抗剪切强度参数，通过剪切力和位移之间的关系得到内摩擦角和粘聚力的值。理论依据为：摩尔—库伦破坏理论=（σ）=σ+C，其中为土体破坏面上的剪应力，即土的抗剪强度；σ为作用在剪切面上面的法向应力；φ为土的内摩擦角度；C为土的粘聚力。传统的直剪仪的测量方法是通过剪应力与剪切位移的关系曲线以及绘制抗剪强度线的拟合曲线得到粘聚力和内摩擦角；如图1和图2所示。

在确定不同法向应力作用下抗剪强度时，采用公式，可知传统直剪仪存在以下缺点：现有的直剪仪是通过水平推动上剪切盒，下剪切盒与上剪切盒之间发生了错动，直剪面积变化了，由于剪切上下盒的错动，剪切过程中试样的有效面积逐渐减小，使试样中的应力分布不均匀，主应力方向发生变化，而公式仍然假设A不变，这就导致误差的产生。当剪切面变形较大时，这一缺陷表现得更为突出。如图3所示。

申请号为201110079021.3的中国专利申请公布了一种温控式直剪仪及安装方法。该专利申请，包括剪切盒、水平力加载装置、将试件置于恒定温度下的测试水箱、水温检测单元和测量机构。该专利能简便实现弹塑性材料的剪切试验。但是该专利申请并没有保证直剪面积不变；其次，通过剪应力与剪切位移的关系曲线以及绘制抗剪强度线的拟合曲线得到粘聚力和内摩擦角的精确度低。

申请号为201410139777.6 的中国专利申请公布了一种手动等应变直剪仪。该专利申请包括支撑台架和设置在支撑台架上的水平加荷装置、竖直加压装置、剪切盒以及水平剪力测量装置。该专利使剪切盒中的试样在试验过程中受到的竖直方向上的压力变得均匀，提高传压效果。但是该专利申请并没有保证直剪面积不变；其次，通过剪应力与剪切位移的关系曲线以及绘制抗剪强度线的拟合曲线得到粘聚力和内摩擦角的精确度低。

申请号为201410216856.2的中国专利申请公布了一种恒定剪切面直剪。该专利申请包括试验台、上剪切盒、下剪切盒、垂直荷载加载机构，及水平荷载加载机构。该专利使土样的剪切面积始终保持恒定，正应力也不发生变化。但是该专利申请仍旧通过剪应力与剪切位移的关系曲线以及绘制抗剪强度线的拟合曲线得到粘聚力和内摩擦角，装置复杂，操作难度大。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种剪切面积不变的圆柱形直剪仪，采用该直剪仪可以在保证直剪面积不变以及在保证直剪面积不变的情况下测量出剪切角度，进而得出土壤的抗剪切强度参数，即试样的内摩擦角和粘聚力的值。这种直剪仪体积适中，便于随车携带，其数据直接录入终端，便于对实验数据进行快速处理。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种剪切面积不变的圆柱形直剪仪，包括实验平台和设置于所述实验平台上的下剪切盒及上剪切盒，下剪切盒通过固定装置固定于实验平台上，上剪切盒对应设置于下剪切盒上，且能在下剪切盒上转动，转动时，上剪切盒与下剪切盒之间保持稳定，两者之间不发生位移变化，上剪切盒和下剪切盒配合构成用于容纳试样的圆柱形剪切盒；

所述下剪切盒的侧面上套装有刻度盘，上剪切盒侧面上设置有与所述刻度盘上的刻线匹配的刻度标尺，刻度盘套在下剪切盒侧面，因此刻度标尺在读数时可以起到矫正刻度盘调零的作用。

所述上剪切盒上部中心处固定设置一根L型转动杆，所述转动杆的上端与伺服电机输出轴相连，转动杆的水平部分末端下部设置有读数仪器，且读数仪器的读数部件与刻度标尺及刻度盘相对应，用于读取刻度标尺对应的刻度盘上的刻线值，伺服电机工作时，驱动转动杆带动上剪切盒和读数仪器同步转动。

所述伺服电机的壳体与连接杆一端固定连接，连接杆另一端通过轴套活动套装在竖杆上，伺服电机及连接杆能够在竖杆上自动上下滑动，竖杆下端固定在试验平台上，能起到把上剪切盒固定的作用。这样能够保证剪切盒转动时，剪切面积固定。

所述伺服电机顶部设置有竖直加载装置，所述竖直加载装置包括设置于伺服电机上部顶部开口的容器，容器中放置对应的砝码。 加上砝码之后通过电机、转动杆将重力传递到上剪切盒上面。

所述固定装置包括L型销钉，实验平台的前后左右两侧设有四个L型销钉孔，所述下剪切盒上设有与所述L型销钉孔对应的 L型销钉，所述L型销钉穿过所述L型销钉孔并插入其中，固定下剪切盒。