[发明专利]一种非杠杆式加载中型直剪仪

说明书

技术领域

本发明涉及到一种测试碎石、土体及土石混合体抗剪强度、残剪强度的装置，尤其是应变控制和应力控制式非杠杆加载新型中型直剪仪。本发明属于土工实验测试技术领域，涉及到利用步进电机进行加载，利用光栅尺控制和测量位移，实现应力和应变式控制，获取碎石、土体和土石混合体的抗剪强度，以及利用数字图像测量技术来记录和观测剪切带的发展趋势。

本发明涉及一种测试土体抗剪强度和应力、应变行为的装置，尤其是应变和应力控制式中型直剪仪。

背景技术

目前，直剪试验是岩石、土等的抗剪强度参数测试的传统技术手段。然而由于传统的直剪仪一般在垂直方向使用杠杆式加载的方案，使得加载的过程不连续，而且加载的精度不高。另一方面，传统的直剪仪一般由上、下剪盒组成，其中一个剪切盒固定(通常是上盒)，另一个是活动的。当使用传统的直剪仪测试时，在试验过程中随着剪切位移的发展，剪切面积逐渐减小，活动剪切盒偏离原位，垂直加载装置的位置没有发生变化，施加在上剪切盒上的垂直应力的中心位置和垂直加载力的大小也没有改变，导致法向应力逐渐增加，不再保持恒定，背离了摩尔-库伦强度准则的使用条件，使试验结果产生失真和误差。在剪切位移较大的时候，如中型和大型直剪试验中，引起的失真和误差是不可以忽略的。这也是传统土工直剪仪存在的一个缺陷。

另外传统的直剪仪的下直剪盒安装在加工有滚子的沟槽内，滚轮用来支撑下直剪盒，随着剪切试验的进行，各个滚轮的受力不均匀，而且，试验用的岩土等容易从上、下直剪和之间的缝隙内进入滚道而阻塞滚子，使用和维护均不方便。

发明内容

为了克服现有直剪仪在试验过程中随着剪切位移的发生其剪切面积逐步减小，导致法向应力随着剪切面积的减小而逐步增大的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种在试验过程中垂直正应力保持恒定的中型直剪仪。其次，为了解决传统垂直方向杠杆式加载的不足和缺陷，本发明提供了一种垂直伺服式电机驱动式加载方案，另外，为了解决水平加载时，结构的变形问题，本发明提供了一种带斜撑的框架式结构方案。成功的解决了水平加载时结构的稳定性问题。为了克服滚轮支撑剪切盒所引起的受力不均匀的问题，本发明提供了一种均匀受力的支撑装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种中型直剪仪，包括双轨道、下剪盒、上剪盒、传压板、滚动支撑、水平加载装置和安装于四根立柱上的支撑在平板上的垂直加载装置。所述垂直加载装置的荷载由与加载装置相连的荷载传感器测量，垂直加载装置的移动则由与垂直加载装置相连的光栅尺位移传感器量测。所述水平加载装置的荷载由与加载装置相连的荷载传感器测量，水平加载装置的移动则由与水平加载装置相连的光栅尺位移传感器量测。仪器的上直剪盒固定不动，由测量的下直剪盒的位移可以直接得到剪切面积的减小值，用以反馈至控制系统控制垂直加载装置的加载力的大小，即可实现垂直正应力动态的保持恒定。为了解决水平加载时可能引起结构的变形问题，由两根斜撑与垂直的立柱相连接，从而形成了稳定牢固的三角形桁架结构，有效的解决了结构可能变形的问题。为了解决滚轮支撑装置在剪切过程中受力不均的问题，采用了双导轨的支撑设计方案，有效的解决了不均匀受力的问题。

为了解决传统垂直杠杆式加载精度不够和难以实现自动控制的缺点，垂直加载装置采用步进电机带动丝杠的方式实现垂直方向的加载。

另外，为了观察剪切带的发生和演变过程，采用了一面为钢化玻璃造型的直剪盒，配有数字相机，可以记录剪切过程中剪切带的发生和演化过程。

附图说明

图1是本发明的控制原理方框图。

图2是发明的中型直剪仪的主视图。

图3是发明的中型直剪仪的俯视图。

图4是发明的中型直剪仪的左视图。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1、图2、图3所示，本发明的中型直剪仪，包括，底板1、双轨道2、下剪盒4、加载板9、水平加载装置7和垂直加载装置14，垂直加载装置支撑11，上直剪盒固定装置8。由安装于水平加载装置上的光栅尺15，测量得下剪切盒的位移，计算得到剪切面积的减小值，用以控制垂直加载装置加载力的大小，实现方向应力的动态恒定。

所述光栅尺测量到的位移信号通过信号处理并经放大电路放大后，送到垂直加载装置7的控制电路，控制垂直加载装置所加荷载的大小。垂直加载装置是步进电机和丝杠或其他机械装置。

本发明的中型直剪仪，水平加载装置也由步进电机和丝杠组成，水平加载装置施加在下剪切盒上。