[发明专利]一种手持式常刚度环剪仪及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及用机械应力测试固体材料特性领域，尤其涉及一种手持式常刚度环剪仪及其使用方法。

背景技术

环剪仪在20世纪20年代开始被研制，之后的几十年，环剪仪的发展几乎停止，直到20世纪60年代残余强度研究的兴起才使得环剪仪的研究复燃，继而研究和开发出了各种在室内实验室使用的环剪仪。

目前室内环剪仪按其结构特征可分为两种类型：单环式环剪仪和双环式环剪仪。与其他土工试验方法相比，这些环剪仪具有两个共同的优点，即在试验过程中可以保持剪切面面积不变和试样可在连续的位移条件下进行剪切。单环式环剪仪在试验过程中将土样装入圆筒形试样盒中，通过上部加压板对试样施加垂向压力和扭转剪力。此类型环剪仪的主要优点是在剪切试验过程中，不会发生土样渗漏问题。双环式环剪仪使土样沿上下各自独立的环状剪切盒中部的预设面进行剪切，以期达到减少试验过程中沿剪切面处应力与应变分布的不均匀性、减少土样与剪切环间阻力以及消除剪切环边缘应力集中的目的。

随着技术手段的进步，现代室内环剪仪能够通过伺服控制系统和剪切环间缝传感器保证各种试验条件下剪切过程中不排水状态的实现，并能够保证排水和不排水试验条件的实施和转换，同时计算机控制和高感度记录设备的应用也使得试验数据的分析处理更加方便快捷。但随着现代环剪试验系统日益复杂化和精密化，环剪仪的制造成本和使用成本逐渐增加，仪器的日常维护和保养费用变得日益昂贵。而且，现有的环剪仪设备复杂，体积大，只能在室内实验室使用，不能在野外现场使用，只能输出恒定压力。

发明内容

本发明的目的是提供一种手持式常刚度环剪仪及其使用方法，用于在野外现场对土样在常刚度条件下的抗剪切力和剪切过程中的体变进行测定。仪器携带方便、操作简单、经济实用，输出压力可调。

本发明的一个技术方案是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，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通过螺纹固定，所述转轴顶端固定有扳手，该扳手上嵌有数显表；所述底座的侧壁上通过螺纹固定有弹簧支架，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。使用时，先将钢框中装好土样，调试好各部件，记下数显表、第一百分表和第二百分表的初始读数。转动扳手，所述数显表上的读数随着变化，所述转轴带动所述传压板和上盖转动，土样被逐渐压紧，上盖带动传压板下降，初始压缩状态下的弹簧即时向下伸展，所述弹簧拉伸所述第一夹具，该第一夹具的拉伸使第一百分表的读数产生变化。随着所述传压板的下降，所述第二夹具也会向下拉伸，使第二百分表的度数产生变化。根据所述数显表的读数、环形土样的内径和外径，可以算出土样上的平均剪应力。根据弹簧的根数、弹簧的刚度系数、第一百分表的读数、环形土样的内径和外径可以算出土样上的平均法向应力。根据第二百分表的读数可以知道土样高度的变化，再结合土样的内径和外径，可以算出土样体积的变化。

本技术方案中的手持式常刚度环剪仪体积小，质量轻便，只有2kg，费用低，便于野外现场使用；利用弹簧施加竖向力，无需外接压力源或加荷设备；通过设置不同的弹簧初始压缩量，可进行不同初始压力下的环剪实验；通过配置不同刚度的弹簧，可进行不同刚度下的常刚度环剪实验。

进一步地，所述转轴套设在轴承中，该轴承垂直固定在所述底座中央。所述转轴在轴承中转动，摩擦力小，转动灵活。

进一步地，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，防止钢框在底座内水平滑动。

进一步地，所述底座外侧有手柄。便于固定仪器，也便于转动手柄。

进一步地，滑块上部有圆形的垫片，该垫片与弹簧下端接触，当传压板转动时，传压板上的环形的滑块位置不变，只在传压板表面滑动，所述圆形的垫片始终位于弹簧的正下方，避免弹簧发生弯折。

本发明的另一个技术方案是一种手持式常刚度环剪仪的使用方法，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；