[发明专利]用于高压实膨润土非饱和剪切性质研究的全自动直剪仪

权利要求书

1.一种用于高压实膨润土非饱和剪切性质研究的全自动直剪仪，其特征在于：包括剪切系统、法向压力加载系统、量测系统、自动控制与数据采集系统、气相法吸力控制系统；

所述剪切系统中配置普通剪切盒，用于放置试样；剪切盒上配置有组合式密封罩，密封罩与气相法吸力控制系统连接，通过气相法吸力控制系统对剪切盒密封罩内的环境湿度进行控制；

所述剪切系统采用伺服电机为剪切盒提供剪切速率或剪力，既可进行应变控制直剪试验，也可进行剪切蠕变试验；所述法向压力加载系统采用空气压缩机提供气源压力，采用滚动隔膜气缸通过压缩空气为试样提供法向压力；

所述量测系统采用高精度位移、力传感器量测试样的法向位移、剪切位移和剪力，并接入自动控制与数据采集系统，实时采集、显示试验数据和关系曲线；

所述自动控制与数据采集系统通过集成式控制箱，由计算机对试验进行自动化控制；

所述的剪切系统包括底座、推进机构(5)、滚动导轨(6)、剪切盒；

所述底座包括底板(1)、固定端(2)、两根立柱(3)、横梁(4)；所述固定端(2)、两根立柱(3)分别固定于底板(1)上，且固定端(2)位于底板(1)的右端，两根立柱(3)分别位于底板(1)的前后两端；横梁(4)的一端为横梁固定端，其另一端为横梁转动端，横梁固定端与一根立柱(3)转动连接，横梁转动端设置有上下贯穿的开口槽，可嵌入另一根立柱(3)；横梁转动端可通过横梁固定端围绕一根立柱(3)向外侧转动，以便放置剪切盒；剪切试验时，横梁转动端通过开口槽嵌入另一根立柱(3)，且横梁(4)的两端分别与两根立柱(3)在立柱(3)的顶部使用盖型螺帽锁固；

所述推进机构(5)采用伺服电机；所述推进机构(5)、滚动导轨(6)分别固定于底板(1)上，且推进机构(5)位于底板(1)的左端，滚动导轨(6)位于横梁(4)的下方，两根立柱(3)之间；

所述剪切盒分为下剪切盒(7)、上剪切盒(8)；上剪切盒(8)位于下剪切盒(7)的上方，下剪切盒(7)滑动放置于滚动导轨(6)上；安装试样时，上、下剪切盒的左右两端之间分别采用销钉(9)锁固连接；剪切试验开始前，旋转拧除销钉(9)；剪切盒上设置有密封罩(10)，密封罩(10)包括外圈和顶盖，外圈安装于下剪切盒(7)上，顶盖安装在外圈顶部，且顶盖中间设置有条形穿孔和封闭垫片；对应于销钉(9)的上方位置，在密封罩(10)顶盖上分别安装第一气动快插接头(11a)和第二气动快插接头(11b)；试样(12)放置于上、下剪切盒形成的空腔内，试样(12)的上、下各放置一块透水石(13)，上方透水石(13)顶部放置加载帽(14)，加载帽(14)顶部放置钢珠(15)；下剪切盒(7)的端头与推进机构(5)的轴承端头相互卡接；剪切试验时，推进机构(5)推动下剪切盒(7)，在试样(12)上施加剪切速率或剪力；

所述的法向压力加载系统包括空气压缩机(16)、手动调压阀(17)、滚动隔膜气缸(18)；空气压缩机(16)、手动调压阀(17)、滚动隔膜气缸(18)之间依次通过导管连接；手动调压阀(17)安装于空气压缩机(16)上，用于手动控制空气压缩机(16)的输出气压；滚动隔膜气缸(18)固定于横梁(4)上，通过压缩空气向下推动内部的隔膜和活塞，加载法向压力；

所述的量测系统包括剪力传感器(19)、法向位移传感器(20)和剪切位移传感器(21)；所述剪力传感器(19)采用拉压力传感器，其一端采用螺栓固定于固定端(2)，另一端与上剪切盒(8)卡接，测量推进机构(5)在试样(12)上施加的剪力；所述法向位移传感器(20)采用螺钉固定于滚动隔膜气缸(18)上，测量滚动隔膜气缸(18)活塞的法向位移；所述剪切位移传感器(21)采用螺钉固定于推进机构(5)上，测量下剪切盒(7)的水平位移；

所述的自动控制与数据采集系统包括气源压力自动控制与显示单元(22)、法向压力自动控制与显示单元(23)、手动控制与显示单元(24)、计算机(25)；所述计算机(25)中安装有自动控制软件；所述气源压力自动控制与显示单元(22)、法向压力自动控制与显示单元(23)、手动控制与显示单元(24)集成为控制箱，连接至计算机；所述剪力传感器(19)、法向位移传感器(20)和剪切位移传感器(21)分别接入控制箱，由自动控制软件实时采集试验数据，并显示数据值和关系曲线；法向压力、剪力的加卸载采用自动控制软件控制，恒定速率剪切通过自动控制软件或手动控制与显示单元(24)操作；

所述的气相法吸力控制系统包括隔膜气泵(26)、饱和盐溶液瓶(27)、蒸汽净化瓶(28)；所述隔膜气泵(26)通过导管与第二气动快插接头(11b)连接，所述蒸汽净化瓶(28)通过导管与第一气动快插接头(11a)连接，所述隔膜气泵(26)、饱和盐溶液瓶(27)、蒸汽净化瓶(28)之间依次通过导管连接；所述饱和盐溶液瓶(27)用于放置饱和盐溶液；所述隔膜气泵(26)鼓动饱和盐溶液，产生对应湿度的蒸汽进入蒸汽净化瓶(28)，蒸汽净化瓶(28)过滤可能进入管路的液体；蒸气经第一气动快插接口(11a)进入剪切盒密封罩，经第二气动快插接口(11b)返回隔膜气泵(26)，形成蒸汽循环路径，保证剪切盒密封罩内的空气湿度与饱和盐溶液的蒸汽湿度相同。