[发明专利]便携式现场和室内两用直剪试验仪及其取样测试方法

权利要求书

1.一种便携式现场和室内两用直剪试验仪，包括取样设备、垂直加荷系统，其特征是它还包括水平张拉受剪系统，其中取样设备由剪切框(2)与刚性框(3)组成，剪切框(2)置于刚性框(3)的上部，垂直加荷系统是移动式的，其中两根横梁支柱(18)分别固定连接在滚轮系统(30)的两个滑枕(34)上，滑轮系统是由两根滚轮导轨(31)，两个滚轮(32)镶嵌在滚轮导轨(31)的U型槽中，滚轮轴承(33)将滚轮(32)与滑枕(34)相连接；水平张拉受剪系统中的两根链条(12)的一端分别连接在剪切框(2)上的链条挂钩(11)上，另一端连接在连接件(14)一端的钢圆环上，连接件(14)的另一端通过螺纹连接在拉力传感器(13)上，拉力传感器(13)的另一端与具有螺纹的手轮推动杆(15)连接，手轮(16)与手轮推动杆(15)相连接，当转动手轮(16)时手轮推动杆(15)可前进或后退，水平张拉受剪系统通过螺栓(17)固定在箱型框架(7)上。

2.根据权利要求1所述的便携式现场和室内两用直剪试验仪，其特征在于所述的剪切框(2)为“十”字型架(28)的方形框，剪切框(2)的一侧面上有两个链条挂钩(11)，其中央部位架设有水平位移计(6)；所述的刚性框(3)净尺寸与剪切框(2)相同，二者下端外部四个面均为刀口形状，将刚性框(3)放置在刚性框底座(4)内，用螺钉(8)固定，刚性框底座(4)再用螺栓(27)固定在箱型框架(7)上。

3.根据权利要求1所述的便携式现场和室内两用直剪试验仪，其特征在于所述的垂直加荷系统中的传力柱(10)的下端固定在传力板(9)上，二者的中心在同一垂直直线上，且二者的中心线通过试样(1)的中心，传力板(9)的底面尺寸与剪切框(2)的平面尺寸相同，传力板(9)的上部装有垂直位移计(5)，传力柱(10)的另一端通过杠杆轴承(19)与杠杆(24)和支点端盖(20)相连接，杠杆(24)的末端为吊盘(25)，吊盘下端为砝码(26)，支柱(29)具有螺纹，它的下端螺进支点端盖(20)里，并用支柱螺母I(21)固定，支柱(29)上端放置在横梁(23)的中心孔内，并可上下移动，这样就可使传力板(9)、传力柱(10)在垂直方向上根据需要上下调整高度，高度调整好之后，支柱(29)由支柱螺母II(22)固定在横梁(23)上，横梁(23)由两根横梁支柱(18)支撑，并由螺母(35)固定，横梁支柱(18)另一端有螺纹，它螺进滑枕(34)里，滑枕(34)套在滚轮导轨(31)外，滚轮导轨(31)有上、下两块，下滚轮导轨固定在箱型框架(7)上，两块滚轮导轨(31)的两端由固定上、下滚轮导轨的螺栓(36)固定。

4.根据权利要求1所述的便携式现场和室内两用直剪试验仪，其特征在于所述的水平张拉受剪系统中的链条(12)为两根钢链条或钢丝绳，每根长约15cm。

5.一种便携式现场和室内两用直剪试验仪的取样测试方法，其特征在于取样测试步骤如下：

A.试样制备

a.现场试验：在试验现场选择较为平整的场地，先将一刚性框(3)埋入地基中，待刚性框埋入至地基表面时，将刚性框外侧部分，即(37)内的土体挖出；将十字型剪切框(2)放在刚性框(3)上，再将二者一起压入地基中直至十字型剪切框(2)表面略低于地基表面，最后把包含刚性框(3)和十字型剪切框(2)的土体沿着轮廓线(38)整体挖出，剥掉二者外侧的土体，并用钢丝锯沿刚性框底面(39)把试样锯平，这样就完成了现场试验的取样；

b.室内试验：对于已取回实验室的大体积原状样，试样制备与现场试验同，对于重塑样，先将刚性框(3)放入刚性框底座(4)里，剪切框(2)放在刚性框(3)的上面，把所需的一定质量的土样均匀压入二者内，这样就制备了一个重塑样；

B.所取得包含剪切框(2)和刚性框(3)的土样放入固定在箱型框架(7)上的刚性框底座(4)里，并用刚性框固定螺钉(8)顶紧刚性框(3)；

C.将杠杆(24)安装在横梁(23)上，根据试验压力需要在吊盘(25)上加一定的砝码(26)；

D.安装量测设备：在传力板(9)上架设垂直位移计(5)，量测垂直位移；在剪切框(2)沿受剪方向中央部位或传力板(9)沿受剪方向中央部位上架设水平位移计(6)，量测剪切位移；把拉力传感器(13)一端连接在手轮推动杆(15)上，另一端连接在连接件(14)上，量测水平拉力，链条(12)一端连在连接件(14)上另一端连接在链条挂钩(11)上；

E.把位移计(5)、(6)和拉力传感器(13)分别连接到数据转换箱上，再把数据转换箱连接到微机上，设置好数据采集的参数，以均匀的速率摇动手轮(16)，进行剪切，试验过程中实现数据的自动采集；

F.试验结束后，旋动支柱螺母II(22)，把包含传力板(9)、传力柱(10)及杠杆(24)的整体加压设备提起，松动刚性框固定螺钉(8)，拿出包含刚性框(3)和剪切框(2)的试样；

G.数据整理：剪切面上的正应力σ、剪应力τ按下式计算：

$\mathrm{\σ}=\frac{G_1+{24G}_2}{A}+{\mathrm{\σ}}_l---\left(1\right)$

$\mathrm{\τ}=\frac{T}{A}---\left(2\right)$

其中：G₁为传力板(9)与传力柱(10)的总重量，G₂为所加砝码(26)的重量，σ_l为杠杆自重对试样产生的压力，T为拉力传感器(13)量测的水平拉力，A为剪切面面积。