[发明专利]一种便携式贝氏仪

权利要求书

1.一种便携式贝氏仪，其特征在于：包括测试系统(1)、控制及数据采集系统(2)和机架(3)；测试系统(1)既能通过测量法向力以及法向沉陷来测量土壤承压特性，又能通过测量剪应力、法向力、法向沉陷、切向位移来测量土壤剪切特性；控制及数据采集系统(2)负责控制测试系统进行测试，并通过采集系统进行传感器的数据采集；机架(3)负责连接测试系统(1)以及控制及数据采集系统(2)中的部件；

所述测试系统(1)包括直线电缸(11)、法向力传感器(12)、伺服电机(13)、减速器(14)、扭矩传感器(15)、转轴(16)、履带板(18)；伺服电机(13)输出轴与减速器(14)输入端过盈配合，二者之间的法兰盘通过螺栓连接；减速器(14)输出端与扭矩传感器(15)输入端过盈配合；扭矩传感器(15)下端通过螺栓与二层机架(33)紧固相连；扭矩传感器(15)输出端与转轴(16)上端通过键连接相连；转轴(16)下端与履带板(18)通过螺纹连接；

所述测试系统(1)中的直线电缸(11)通过螺纹连接固定在底层平板(32)以及顶层平板(34)上；三向力传感器(12)上端与直线电缸(11)通过螺纹连接，下端与压板(12)通过螺纹连接；所述机架(3)包括支撑腿(31)、底层平板(32)、二层机架(33)、顶层平板(34)、门型框架(35)、导向轴套(36)和导向轴(37)；支撑腿(31)焊接在底层平板(32)下方起到支撑的作用；导向轴(37)通过螺纹连接固定在底层平板(32)上；二层机架(33)通过导向轴套(36)与导向轴(37)间隙配合，能使其沿轴上下滑动；顶层平板(34)通过螺纹连接固定在导向轴(37)上；门型框架(35)通过螺栓连接固定在二层机架(33)上，用于挂接剪切参数测试机构。

2.根据权利要求1所述的一种便携式贝氏仪，其特征在于：所述测试系统(1)能测得土壤承压特性：通过法向力传感器测出一定深度下的法向力并以及直线电缸所输出的沉陷，并通过控制及数据采集系统(2)中的数据采集器进行数据采集；利用第一计算公式得出特定土壤条件下土壤承压特性，所述第一公式为：

其中，p为压板所受法向力，k_c为土壤黏聚模量，b为所用压板半径，为土壤摩擦模量，z为压板下陷量，n为土壤变形指数；其中所求变量为k_c、n，其余为测试量。

3.根据权利要求1所述的一种便携式贝氏仪，其特征在于：所述测试系统(1)能测得土壤剪切特性：通过法向力传感器测出垂直于剪切面积的单位压力，通过直线电缸所输出的沉陷以及扭矩传感器所测出的扭矩值，并通过控制及数据采集系统(2)中的数据采集器进行采集；利用第二计算公式得出特定土壤条件下的土壤剪切特性，所述第二公式为：

其中τ为土壤剪切力，τ_max为土壤最大剪切应力，j为剪切位移，K为土壤剪切变形模量。

4.根据权利要求3所述的一种便携式贝氏仪，其特征在于：当测量土壤剪切特性时，所述第二公式中τ可以通过第三计算公式进行计算，所述第三公式为：

其中T_m为扭矩传感器所测扭矩，r_o为履带板外圈半径，r_i为履带板内圈半径；

所述第二公式中τ_max可通过第四计算公式进行计算，所述第四公式为：

τ_max＝c+p tanφ

其中，c为土壤内聚力，p为履带板所受法向力，为土壤颗粒间的摩擦系数；

所述第二公式中j可通过第五计算公式进行计算，所述第五公式为：

其中r_o为履带板外圈半径，r_i为履带板内圈半径，α为剪切角。