專利名稱：一種可直接測(cè)定界面摩擦力的直剪儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土力學(xué)與地基基礎(chǔ)工程中一種可直接測(cè)定界面摩擦 力的直剪儀裝置。
背景技術(shù)：
目前，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行直接剪切試驗(yàn)所采用的直剪儀一般都是由上、 下剪切盒、垂直力加載系統(tǒng)、水平力加載系統(tǒng)、測(cè)定垂直向和水平向 位移裝置，以及提供反力的裝置等部分組成。直剪儀在發(fā)展改進(jìn)過(guò)程 中的主要變化集中在儀器的尺寸、加載方式、數(shù)據(jù)采集、控制方式等 方面，目前較先進(jìn)和自動(dòng)化程度較高的直剪儀可以實(shí)現(xiàn)垂直向及水平 向加載自動(dòng)控制，并可以通過(guò)電腦進(jìn)行自動(dòng)加載及數(shù)據(jù)自動(dòng)采集。
對(duì)于作為細(xì)粒土剪切試驗(yàn)的直剪儀，由于土樣本身尺寸較小，剪 切盒的尺寸也就不大，土樣與剪切盒壁之間的摩擦力較小，進(jìn)行試驗(yàn) 時(shí)土樣和剪切盒之間的摩擦力一般都可以忽略；而進(jìn)行粗拉土的剪切 試驗(yàn)時(shí)，由于土粒的直徑較大，為滿足土樣對(duì)試驗(yàn)儀器尺寸的要求， 剪切盒的尺寸一般都較大，其長(zhǎng)寬一般都在200mm以上，高度在 100mm以上。這樣，在粗拉土土樣固結(jié)和剪切的過(guò)程中，土樣和剪 切盒之間由于存在界面摩擦力，就有一部分施加在土樣頂面的垂直向 力被上剪切盒與土樣之間的界面摩擦力抵消，使得施加到剪切面上的
實(shí)際垂直力要比施加在土樣表面的垂直力要小，即施加在土樣頂面的 垂直力等于施加在剪切面上的實(shí)際垂直力加上土樣與上剪切盒之間 的界面摩擦力之和。雖然有些研究者考慮到粗粒土與剪切盒之間會(huì)存 在界面摩擦力，就采用各種減摩措施來(lái)盡量減小界面摩擦力。但是， 由于界面摩擦力與土樣性質(zhì)、垂直力大小、減摩材料與方法等因素密 切相關(guān)，如果要較準(zhǔn)確地計(jì)算界面摩擦力，就需要在進(jìn)行正式試驗(yàn)前 進(jìn)行大量的率定、校正工作，且不能在試驗(yàn)過(guò)程中直接獲取界面摩擦 力大小的變化，這樣就使試驗(yàn)結(jié)果不是很準(zhǔn)確，而且率定工作量大、 效率低，重復(fù)勞動(dòng)較多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決目前的直剪儀不能有效消除土樣和剪切 盒之間的界面摩擦力，又不能準(zhǔn)確獲取界面摩擦力大小，從而不能準(zhǔn) 確獲取土樣剪切面上實(shí)際垂直力大小的不足，本發(fā)明提供一種可直接 測(cè)定界面摩擦力的直剪儀裝置，可方便地測(cè)定土樣和上剪切盒之間產(chǎn) 生的界面摩擦力，在試驗(yàn)過(guò)程中可準(zhǔn)確獲取施加在剪切面上真實(shí)垂直 力的大小，使得試驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明可直接測(cè)定界面摩擦力的直剪儀裝置由 水槽、上剪切盒、下剪切盒、水平力加載系統(tǒng)、水平位移量測(cè)裝置、 垂直力加載系統(tǒng)、垂直位移量測(cè)裝置、底座、滾軸排、土樣、透水板、 傳力板、反力裝置、界面摩擦力測(cè)定裝置組成；界面摩擦力測(cè)定裝置 由開(kāi)縫滾珠下導(dǎo)槽、界面摩擦力傳力框架、界面摩擦力傳力框架導(dǎo)向槽和界面摩擦力傳感器、界面摩擦力傳感器墊塊、界面摩擦力反力梁 組成，下剪切盒側(cè)壁上裝有界面摩擦力傳力架導(dǎo)槽，界面摩擦力反力 梁固定在下剪切盒底板上，界面摩擦力傳力架通過(guò)界面摩擦力傳力架 導(dǎo)槽連接在下剪切盒側(cè)壁上，開(kāi)縫滾珠下導(dǎo)槽固定在界面摩擦力傳力 架上，帶界面摩擦力傳感器電纜的界面摩擦力傳感器及界面摩擦力傳 感器墊塊安設(shè)在界面摩擦力傳力架和界面摩擦力反力梁之間；開(kāi)縫滾 珠下導(dǎo)槽和界面摩擦力傳力框架不是完全固定在下剪切盒上，而是可 以在界面摩擦力傳力框架導(dǎo)向槽內(nèi)上下滑動(dòng)，界面摩擦力傳感器可根 據(jù)所施加垂直力的大小及土樣的類別更換不同量程的力傳感器。
首先加工一個(gè)能夠滿足安裝直剪儀上、下剪切盒及其附件，并帶 有水平力傳遞孔和水平位移標(biāo)桿孔的水槽，水平力傳遞孔和水平位移 標(biāo)桿孔能夠止水。剪切盒的尺寸根據(jù)土樣的尺寸和試驗(yàn)要求確定，垂 直力加載系統(tǒng)的加載能力及對(duì)應(yīng)力傳感器的量程根據(jù)試驗(yàn)的要求確 定，水平力加載系統(tǒng)的加載能力和對(duì)應(yīng)的力傳感器應(yīng)與垂直力加載系 統(tǒng)相匹配，界面摩擦力測(cè)定裝置中的界面摩擦力傳感器的量程根據(jù)土 樣的性質(zhì)和垂直力的大小來(lái)確定。
由于可直接測(cè)定界面摩擦力的直剪儀裝置設(shè)置了界面摩擦力測(cè) 定裝置，采用該可直接測(cè)定界面摩擦力的直剪儀裝置進(jìn)行直接剪切試 驗(yàn)時(shí)，土樣和上剪切盒之間產(chǎn)生的界面摩擦力通過(guò)固定在上剪切盒上 的開(kāi)縫滾珠上導(dǎo)槽傳遞給開(kāi)縫滾珠，再由開(kāi)縫滾珠傳遞到開(kāi)縫滾珠下 導(dǎo)槽及界面摩擦力傳力架上，再由界面摩擦力傳力架傳給界面摩擦力 傳感器，這樣，界面摩擦力傳感器就可以獲取土樣和上剪切盒之間產(chǎn)
生的界面摩擦力，從而得到施加在土樣剪切面上的真實(shí)垂直力，方便 地實(shí)現(xiàn)直接測(cè)定剪切試驗(yàn)中界面摩擦力的目的。


圖1是一種可直接測(cè)定界面摩擦力的直剪儀裝置圖
圖2是一種可直接測(cè)定界面摩擦力的直剪儀裝置左剖視圖。 如圖所示.*水槽1、界面摩擦力傳感器2、界面摩擦力傳感器電 纜3、開(kāi)縫滾珠下導(dǎo)槽4、界面摩擦力傳力架5、界面摩擦力傳力架 導(dǎo)槽6、界面摩擦力傳感器墊塊7、界面摩擦力反力梁8、下剪切盒9、 下剪切盒底板IO、下剪切盒側(cè)壁ll、開(kāi)縫滾珠12、上剪切盒13、上 剪切盒側(cè)壁14、開(kāi)縫滾珠上導(dǎo)槽15、固定銷16、開(kāi)縫環(huán)17、滾軸排 18、滾軸排底板19、下透水板20、 土樣21、上透水板22、上傳力板 23、垂直力施加裝置24、垂直力傳感器25、垂直力傳感器電纜26、 垂直力傳力柱27、垂直力反力梁28、水平力傳力孔29、水平力傳力 孔止水30、水平剪力傳力梁31、水平剪力施加裝置32、水平剪力傳 力柱33、水平剪力支座34、底梁35、水平反力傳力孔36、水平反力 傳力孔止水37、水平反力梁38、水平反力傳力柱39、水平剪力傳感 器40、水平剪力傳感器電纜41、水平反力支座42、垂直變形位移傳 感器43、垂直變形位移傳感器電纜44、垂直變形位移傳感器支架45、 水平變形標(biāo)桿孔46、水平變形標(biāo)桿孔止水47、水平變形位移傳感器 48、水平變形位移傳感器電纜49、水平變形標(biāo)桿50、進(jìn)水管51、閥 門52。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。圖 1是本發(fā)明采用方形剪切盒的可直接測(cè)定界面摩擦力的直剪儀裝置
圖，進(jìn)行試驗(yàn)前，先對(duì)所用的土樣21進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砗捅匾耐列?參數(shù)測(cè)定。
進(jìn)行直接剪切試驗(yàn)時(shí)，先根據(jù)試驗(yàn)土樣21的情況和施加最大垂 直荷載的大小，選擇合適量程合適的垂直力傳感器25、水平剪力傳 感器36和界面摩擦力傳感器2，并安裝連接好。然后將放置滾軸排 18的滾軸排底板19固定在水槽1的底部，再依次安裝滾軸排18和 下剪切盒9。下剪切盒側(cè)壁11上安設(shè)有界面摩擦力傳力架導(dǎo)槽6，界 面摩擦力反力梁8固定在下剪切盒底板10上，界面摩擦力傳力架5 通過(guò)界面摩擦力傳力架導(dǎo)槽6連接在下剪切盒側(cè)壁11上，開(kāi)縫滾珠 下導(dǎo)槽4固定在界面摩擦力傳力架5上，帶界面摩擦力傳感器電纜3 的界面摩擦力傳感器2及界面摩擦力傳感器墊塊7安設(shè)在界面摩擦力 傳力架5和界面摩擦力反力梁8之間。在開(kāi)縫滾珠下導(dǎo)槽4上安放開(kāi) 縫滾珠12，將帶開(kāi)縫滾珠上導(dǎo)槽15的上剪切盒13對(duì)準(zhǔn)下剪切盒9 放好，安放開(kāi)縫環(huán)17，用固定銷16定位。在下剪切盒底板10上放 置下透水板20，將準(zhǔn)備好的土樣21分層按預(yù)定的干密度裝入至與上 剪切盒B頂面平齊。如果土樣21需要飽和，則將水通過(guò)進(jìn)水管45 和閥門46對(duì)試樣進(jìn)行飽和，并在水槽1內(nèi)注滿水。在土樣21的表面 依次放置上透水板22、上傳力板23、垂直力施加裝置24、帶垂直力 傳感器電纜26的垂直力傳感器25、垂直力傳力柱27，并保證各部件
對(duì)中。再在上剪切盒側(cè)壁14上安裝垂直變形位移傳感器支架45，將 帶垂直變形位移傳感器電纜44的垂直變形位移傳感器40固定在垂直 變形位移傳感器支架45上。
在底梁35上的水平剪力反力支座34和水平反力支座42的對(duì)應(yīng) 位置安裝調(diào)整好水平剪力施加裝置32、水平剪力傳力柱33、水平反 力傳力柱39、帶水平剪力傳感器電纜41的水平剪力傳感器40，水平 力傳力孔29由水平力傳力孔止水30防止漏水，水平反力傳力孔36 由水平反力傳力孔止水37防止漏水。在下剪切盒底板10上安設(shè)水平 變形標(biāo)桿50，水平變形標(biāo)桿50與固定在水平反力支座42上帶水平 變形位移傳感器電纜49的水平變形位移傳感器50接觸，水平變形標(biāo) 桿50通過(guò)水平變形標(biāo)桿孔46，并由水平變形標(biāo)桿孔止水47防止漏 水。然后通過(guò)水平剪力施加裝置32緩慢施加水平力，使水平剪力傳 力柱33與水平剪力傳力梁31、水平反力傳力柱39與水平反力梁38 接觸即可，記錄水平變形位移傳感器50的初始讀數(shù)。
讓垂直力施加裝置24的頂部緩慢上升，使垂直力傳力柱27上部 與垂直力反力梁28相接觸，保證各部件接觸良好，記錄垂直變形位 移傳感器43的初始讀數(shù)。
通過(guò)垂直力施加裝置24 —次性在土樣21的頂面均勻施加垂直力 至預(yù)定值，并使垂直力在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中保持恒定。如果土樣21需 要在預(yù)定的垂直壓力下固結(jié)，則按相關(guān)試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行固結(jié)，并測(cè)記垂 直變形位移傳感器43的讀數(shù)。
開(kāi)始進(jìn)行剪切試驗(yàn)前，拆除固定銷16和開(kāi)縫環(huán)17，檢查垂直力
傳感器25、水平剪力傳感器40、垂直變形位移傳感器43、水平變形 位移傳感器48，并測(cè)記各傳感器的讀數(shù)。然后開(kāi)始按按相關(guān)試驗(yàn)規(guī) 程通過(guò)水平剪力施加裝置32施加水平剪力，剪切過(guò)程中按設(shè)定的頻 率同步測(cè)記水平剪力傳感器40、水平變形位移傳感器48、垂直力傳 感器25、垂直變形位移傳感器43、界面摩擦力傳感器2的讀數(shù)。
本發(fā)明可直接測(cè)定界面摩擦力的直剪儀裝置可以實(shí)現(xiàn)在直接剪 切試驗(yàn)過(guò)程中直接測(cè)定界面摩擦力的大小，從而實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確獲取試驗(yàn) 過(guò)程中土樣21剪切面上的垂直力，使直接剪切試驗(yàn)成果更符合實(shí)際。 且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。
權(quán)利要求
1.一種可直接測(cè)定界面摩擦力的直剪儀，主要由水槽、上剪切盒、下剪切盒、水平力加載系統(tǒng)、水平位移量測(cè)裝置、垂直力加載系統(tǒng)、垂直位移量測(cè)裝置、底座、滾軸排、土樣、透水板、傳力板、反力裝置、界面摩擦力測(cè)定裝置組成；其特征是界面摩擦力測(cè)定裝置是由帶界面摩擦力傳感器電纜(3)的界面摩擦力傳感器(2)、開(kāi)縫滾珠下導(dǎo)槽(4)、界面摩擦力傳力架(5)、界面摩擦力傳力架導(dǎo)槽(6)、界面摩擦力傳感器墊塊(7)、界面摩擦力反力梁(8)組成，下剪切盒側(cè)壁(11)上裝有界面摩擦力傳力架導(dǎo)槽(6)，界面摩擦力反力梁(8)固定在下剪切盒底板(10)上，界面摩擦力傳力架(5)通過(guò)界面摩擦力傳力架導(dǎo)槽(6)連接在下剪切盒側(cè)壁(11)上，開(kāi)縫滾珠下導(dǎo)槽(4)固定在界面摩擦力傳力架(5)上，帶界面摩擦力傳感器電纜(3)的界面摩擦力傳感器(2)及界面摩擦力傳感器墊塊(7)安設(shè)在界面摩擦力傳力架(5)和界面摩擦力反力梁(8)之間土樣(21)與上剪切盒(12)之間的界面摩擦力通過(guò)開(kāi)縫滾珠(11)傳到開(kāi)縫滾珠下導(dǎo)槽(4)上，再由開(kāi)縫滾珠下導(dǎo)槽(4)和界面摩擦力傳力架(5)傳遞到界面摩擦力傳感器(2)上，由界面摩擦力傳感器(2)獲取界面摩擦力的大小。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可直接測(cè)定界面摩擦力的直剪儀， 其特征是開(kāi)縫滾珠下導(dǎo)槽(4)和界面摩擦力傳力架(5)是可以拆裝 的，且試驗(yàn)過(guò)程中不是完全固定在下剪切盒(8)上，而是可以在界 面摩擦力傳力架導(dǎo)槽(6)中上下滑動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可直接測(cè)定界面摩擦力的直剪儀，其特征是界面摩擦力傳感器(2)，可以根據(jù)土樣(21)的特性和施加 在土樣(21)上的垂直力的大小范圍更換不同量程的界面摩擦力傳感 器(2)。
全文摘要
一種可直接測(cè)定界面摩擦力的直剪儀裝置，本發(fā)明是由水槽、上下剪切盒、垂直及水平加載系統(tǒng)、位移量測(cè)系統(tǒng)、反力框架，以及可拆卸的界面摩擦力測(cè)定裝置組成。界面摩擦力測(cè)定裝置安裝在下剪切盒上，該裝置由界面摩擦力傳感器、開(kāi)縫滾珠下導(dǎo)槽、界面摩擦力傳力架、界面摩擦力傳力架導(dǎo)槽組成，開(kāi)縫滾珠放置在開(kāi)縫滾珠下導(dǎo)槽上，下部通過(guò)界面摩擦力傳感器墊塊與界面摩擦力反力梁相連。采用這樣的裝置，就可以在試驗(yàn)中方便地測(cè)定土樣與上剪切盒之間的界面摩擦力，從而準(zhǔn)確獲取土樣剪切面上的實(shí)際垂直力的大小。
文檔編號(hào)G01N3/00GK101373174SQ20081004841
公開(kāi)日2009年2月25日 申請(qǐng)日期2008年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月16日
發(fā)明者孔令偉, 郭愛(ài)國(guó) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所