[发明专利]一种手持式常刚度环剪仪及其使用方法

权利要求书

1.一种手持式常刚度环剪仪，包括底座和套设在该底座内的环形钢框，其特征在于：所述钢框顶部扣合有环形上盖，该上盖上部固定有传压板，所述底座中央垂直设置有一转轴，该转轴穿过所述传压板并与该传压板固定，所述转轴顶端固定有扳手，该扳手上嵌有数显表；所述底座的侧壁上固定有弹簧支架，该弹簧支架下方垂直固定有弹簧导杆，该弹簧导杆上端套设有限位螺母，该限位螺母下方的弹簧导杆上套设有弹簧，该弹簧下端压有滑块，该滑块搁置在所述传压板上；所述弹簧的上端和传压板之间连接有第一夹具，该第一夹具上安装有第一百分表；所述底座的侧壁上还固定有百分表支架，该百分表支架通过第二夹具与所述传压板连接，所述第二夹具上安装有第二百分表；所述手持式常刚度环剪仪的整体尺寸为200mm×120mm×240mm。

2.根据权利要求1所述的手持式常刚度环剪仪，其特征在于：所述转轴套设在轴承中，该轴承垂直固定在所述底座中央。

3.根据权利要求2所述的手持式常刚度环剪仪，其特征在于：钢框底部有限位桩，所述底座内限位槽，所述限位桩位于所述限位槽内。

4.根据权利要求3所述的手持式常刚度环剪仪，其特征在于：所述底座外侧有手柄。

5.根据权利要求4所述的手持式常刚度环剪仪，其特征在于：滑块上部有圆形的垫片，该垫片与弹簧下端接触。

6.根据权利要求5所述的手持式常刚度环剪仪的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将刚性框取出，均匀装入土样；土样装完后，将土样面刮平，使土样高度达到要求，将刚性框放入仪器底座中；

S2、盖上上盖，将滑块放在传压板上，将垫片放在所述滑块上；

S3、安装弹簧支架、弹簧导杆、限位螺母、弹簧，并确保与弹簧连接的弹簧垫片置于传压板上的环形滑块上；

S4、调节限位螺母，使土样处于预压状态；

S5、安装弹簧支架、第一百分表和第一夹具，记录第一百分表的初始读数；安装百分表支架、第二百分表和第二夹具，记录第二百分表的初始读数；

S6、一只手握住底座手柄，另一只手通过扳手施加扭矩转动转轴，转轴带动传压板和上盖转动，在土样上表面产生剪应力对土样进行剪切；在此过程中，记录第一百分表、第二百分表和数显表的读数；

S7、试验结束后，拆除土样，根据第一百分表、第二百分表和数显表的读数，计算出作用在土样上的平均剪应力和平均法向应力。

7.根据权利要求6所述的手持式常刚度环剪仪的使用方法，其特征在于，所述步骤S7中，预设环形土样的内径为R₁，外径为R₂，假定土样上的剪应力τ是均匀分布的，在加载过程中由数显表的读数可知作用在土样上的扭矩M，根据静力平衡条件，土样上的平均剪应力满足下列公式：

τ=3M2π(R23-R13)]]>

公式中，τ是平均剪应力，M表示作用在土样上的扭矩，R₁为环形土样的内径，R₂为环形土样的外径，π取3.14。

8.根据权利要求6所述的手持式常刚度环剪仪的使用方法，其特征在于，所述步骤S7中，根据第一百分表的读数计算得到弹簧的压缩量x，作用在土样上的法向应力F满足下列公式：

F＝n·k·x

上式中，F表示法向应力，k为弹簧的刚度系数，n为弹簧的根数；

由法向应力F计算得土样上的平均法向应力σ_n：

σn=Fπ(R22-R11)]]>

上式中，σ_n表示平均法向应力，F表示法向应力，R₁为环形土样的内径，R₂为环形土样的外径，π取3.14。