專利名稱：一種多層剪切的直接剪切儀裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型提供一種多層剪切的直接剪切儀裝置，屬于農工用品技術領域。
背景技術：
排土場的形成是采礦，尤其是露天開采的必然結果。其組成材料主要是由露天開采時剝離覆蓋的表層土和巖石組成，有時也包括可能回收的表外礦、貧礦等。由于排土場是一種巨型人工松散堆積體，這一特點致使排土場極易形成滑坡、泥石流等礦山地質災害。因此，準確測定巖土體材料的力學參數是評價和治理巖土工程失穩的關鍵因素所在，其在巖土工程中意義也不言而喻。盡管如此，由于排土場散體材料粒徑分布的不均勻性和隨機性，且它是介于土體與巖體之間的一種特殊地質體。這類介質的主要特點是:①由松散的塊體堆積而成；②塊體的形狀大小不均勻塊體在空間隨機分布；④塊體之間經常有充填物。所以，到目前為止，散體粗粒料合理的強度參數取值一直是一個未解的難題。目前，測定粗粒土強度參數的裝置有直剪儀和三軸儀，但由于直剪試驗的操作簡便、適用范圍廣而應用最為普遍。因此，直剪儀是測定巖土體抗剪強度參數應用最為普遍的一種試驗儀器。但是，當前的直剪儀只能對一個試樣進行固定面的剪切，即一個試樣只能做一個剪切試驗。這樣的剪切面是人為設置的一個最弱剪切面，再加上散體粗粒土分布的隨機性和不均勻性，這樣獲得的散體抗剪強度參數是完全不合理，。同時，通常測得一組散體材料的抗剪強度參數需要制備4-5個相同的土樣，且其中的相同土樣也只是人為假設的，實際上制備的4-5個土樣根本就不一樣。就算4-5個土樣是完全一致的，但由于散體粗粒料的粒徑懸殊較大，且粒徑分布的隨機性，導致裝樣過程中剪切面內的土樣結構完全不一樣，所以試驗的散體抗剪強度參數誤差較大。同時，一個試樣只進行一次剪切試驗，這既浪費大量的財力、物力和時間。且其獲得的試驗抗剪強度參數可靠度也大打折扣。粗粒土的三軸儀的結構復雜，購置儀器費用高、儀器操作復雜，適用范圍小；而且做三軸實驗所花費的人力、時間和財力都遠高于直剪實驗儀。因此，對于解決工程問題來說，使用直剪儀明顯優于三軸儀。
發明內容為了解決以上問題，本實用新型提供一種多層剪切的直接剪切儀裝置，該裝置可以針對巖土工程中的散土體同一組樣開展不同層位的直接剪切試驗，以一組試樣就可測定散土體的力學參數。同時，也可通過此裝置尋找到土樣中的相對弱面。以測得相對弱面的強度值，以更準確的獲得土體的強度參數。本實用新型是一種多層剪切的直接剪切儀裝置，包括以下設置:外框架裝置54、剪切盒裝置55、水平加載裝置58和承托裝置56，剪切盒裝置55和水平加載裝置58分布在外框架裝置54內部，承托裝置56位于剪切盒裝置55的側邊；外框架裝置54頂部對應剪切盒裝置55的位置設置有垂直加載裝置、對應水平加載裝置58的位置設置有吊裝裝置57 ；外框架裝置54上有支撐水平加載裝置58的多層鋼架，剪切盒裝置55有多層剪切盒，承托裝置56有多層承托塊，多層鋼架、多層剪切盒和多層承托塊相對應的每一層平齊。所述外框架裝置54頂部的垂直加載裝置由壓力表10、油泵11和活塞12組成，油泵11上有壓力表10，油泵11和活塞之間由進油管和放油管連接。當需要加壓時，此時關閉放油管的閥門，通過壓縮油泵11中的油，使油泵11中的油通過進油管壓入活塞12，從而施加垂向的軸壓；當實驗完成后，打開放油管的閥門，使壓入活塞12的油重新回流到油泵11中，從而實現放壓的目的。相對應的剪切盒裝置上部有垂直加載裝置的附加組件，垂直加載裝置的附加組件是由上傳力板51、下傳力板49，滾動排軸50及傳力柱52組成，傳立柱52固定在上傳力板51上，上傳力板51和下傳力板通滾動排軸50連接，傳立柱52的位置對應活塞12。當剪切盒中裝好土樣后，要分別將下傳力板49，滾動排軸50，上傳力板51及傳力柱52按由下到上的順序放置于土樣表面，然后通過油泵11使活塞12與傳力柱52接觸。滾動排軸50的作用在于保證施加的垂直壓力始終位于土樣的中心。所述剪切盒裝置55由多層剪切盒堆疊組成、底部有底板30(底板30通過螺孔A15和螺孔B31固定在外框架裝置54上)，每個剪切盒之間通過滾珠18滾動連接、并通過固定角板固定，每個剪切盒對應水平加載裝置的側邊有水平卡槽。如圖2和3所示，在實驗前，
1、I1、II1、IV、V號剪切盒 25，26，27，28，29 是通過 1、I1、II1、IV號固定角板 17，20，22，24 固定成一個整體，當需要剪切某個面時，則打開固定其剪切面的固定角板。1、I1、II1、IV號水平卡槽16，19，21，23是用于連接水平加載裝置的。底板30是為了防止散體材料漏出。如圖4和5所示，所述水平加載裝置58由依次連接并固定在傳力支撐臺35上的電動機32、螺旋傳力桿34 、固定臺33、內傳力環37、量力環38、外傳力環39和連接臺40組成，連接臺40上有插銷41，插銷41可以與水平加載裝置的水平卡槽連接。水平加載裝置依靠電動機32產生推力，通過螺旋傳力桿34，外傳力環37、39，量力環38及連接臺40的傳遞，使水平力傳至剪切盒。連接臺40與剪切盒的水平卡槽相連。其整個水平加載裝置是可移動的，在剪切某個面時，水平加載裝置可通過吊裝裝置放置于相對應的剪切面位置。水平加載裝置上的電動機32、螺旋傳力桿34、固定臺33、內傳力環37、量力環38、外傳力環39和連接臺40是通過固定螺絲B36固定在傳力支撐臺表面。所述水平加載裝置58是通過鋼架8固定在外框架裝置54上的，外框架裝置54對應水平加載裝置58的垂直方向的平行位置設置有多個支撐架，每個支撐架與每個剪切盒的位置平齊，鋼架8可以固定在任意一個支撐架上。所述吊裝裝置57是由懸掛鋼梁2和滑輪3組成(懸掛鋼梁2通過固定螺絲Al固定在外框架裝置上)，滑輪3連接水平加載裝置。如圖1所示，其中1、I1、II1、IV號支撐架4，5，6，7是用于放置鋼架8，而鋼架8是用于支撐水平加載裝置的，鋼架8是可移動的，這便于將鋼架8在1、11、111、1￥號支撐架4，5，6，7之間移動。如果在需要變換剪切面時，則需利用懸掛鋼梁2和滑輪3將水平加載裝置吊裝在1、I1、II1、IV號支撐架4，5，6，7位置。支撐橫架14是支承剪切盒裝置的。壓力表10、油泵11和活塞12是用于施加垂直荷載。所述承托裝置56是由多個承接塊、滾軸承接板47，支架48組成，支架48上有多個承接塊，分布在支架48的不同水平面上，滾軸承接板47可以放置于任一層。如圖7所示，此裝置的作用在于承接1、I1、II1、IV號剪切盒25，26，27，28，當每次直剪試驗完成后，需要將剪切板放在對應高度(即1、I1、II1、IV號承接塊對應的高度)的滾軸承接板47上，以拉出剪切盒，便于開展下一剪切面的直剪試驗。其中，滾軸承接板47是由滾軸承組成，以使剪切盒在上面時便于拉動。同時，滾軸承接板47是可動的，可以將其分別放置于1、I1、II1、IV號承接塊43，44，45，46上，然后可對應放置1、I1、II1、IV號剪切盒25，26，27，28。為了能使一個土樣進行多層剪切，本實用新型設置了 1、11、111、~、乂號剪切盒25,26,27,28,29。為了能保證每次實驗只進行一個面的剪切，本實用新型設置了 1、I1、II1、IV號固定角板17，20，22，24，以將每個剪切盒固定在一起。為了能施加垂直壓力，本實用新型設置了垂直加載裝置。為了能施加水平推力，本實用新型設置了水平加載裝置。為了便于移動水平加載裝置，本實用新型設置了吊裝裝置。為了能使水平加載裝置放置于不同位置，以使其與不同剪切盒位置相相應，本實用新型設置了支撐架4，5，6，7和鋼架8。為了便于在實驗完成后拉出剪切盒，本實用新型設置了帶滾軸承接板47的承托
>J-U ρ α裝直。為了保證施加的垂直壓力始終位于土樣的中心。本實用新型設置了滾動排軸50本實用新型與現有技術相比，具有以下優點和效果:(I)能對同一個土樣 開展多個剪切面的直剪試驗。(2)能通過吊裝裝置，將水平加載裝置放置于不同位置的支撐架上，以與不同位置的剪切盒相對應。(3)在施加不同垂直荷載對多個剪切面進行直剪試驗的情況下，能通過一個試樣測得此個土樣的力學參數。(4)在施加同一垂直荷載的條件下，能通過一個試樣多個面的直剪試驗，以了解此個試樣的相對最弱剪切面。(5)在實驗完成后，能順利將剪切盒(剪切面對應的上剪切盒)完全拉出。僅依靠一個試樣就能測得其力學參數，不僅節省人力、物力及財力，還大大提高所測散體力學參數的可靠性和準確性。
圖1為本實用新型直剪試驗的外框架裝置示意圖；圖2為本實用新型剪切盒裝置的拆分示意圖；圖3為本實用新型剪切盒裝置的組合示意圖；圖4為本實用新型水平加載裝置示意圖；圖5為本實用新型水平加載裝置的A-A剖面示意圖；圖6為本實用新型承托裝置示意圖；圖7為本實用新型垂直加載裝置的附加組件示意圖；圖8為本實用新型的結構示意圖。圖中標號對應的名稱為:1-固定螺絲A ;2_懸掛鋼梁，3-滑輪；4-支撐架-1，5-支撐架-11,6-支撐架-1II，7-支撐架-1V，8-鋼架，9-固定螺絲，10-壓力表，11-油泵，12-活塞，13-儀器框架，14-支撐橫架，15-螺孔A，16-水平卡槽-1，17-固定角鋼-1，18-滾珠，19-水平卡槽-11，20-固定角鋼-11，21、水平卡槽-111，22-固定角鋼-111，23-水平卡槽-1V，24-固定角鋼-1V，25、剪切盒-1，26、剪切盒-1I，27-剪切盒-1II，28-剪切盒-1V，29-剪切盒-V，30-底板，31-螺孔B，32-電動機，33-固定臺，34-螺旋傳力桿，35-傳力支撐臺，36-固定螺絲B，37-內傳力環，38-量力環，39-外傳力環，40-連接臺，41-插銷,42-連接珠,43-承重塊-1 , 44-承重塊-1I, 45-承重塊-1II, 46-承重塊-1V,47-滾軸承接板，48-支架，49-下傳力板，50-滾動排軸，51-上傳力板，52-傳力柱，53-垂直加載裝置，54-外框架裝置，55-剪切盒裝置，56-承托裝置，57-吊裝裝置，58-水平加載裝置。
具體實施方式
以下結合實施例和附圖對本實用新型做進一步描述，但本實用新型不限于以下所述范圍。實施例1:本實施例的多層剪切的直接剪切儀裝置，包括外框架裝置54、剪切盒裝置55、水平加載裝置58和承托裝置56，剪切盒裝置55和水平加載裝置58分布在外框架裝置54內部，承托裝置56位于剪切盒裝置55的側邊；外框架裝置54頂部對應剪切盒裝置55的位置設置有垂直加載裝置、對應水平加載裝置58的位置設置有吊裝裝置57 ;外框架裝置54上有支撐水平加載裝置58的多層鋼架，剪切盒裝置55有多層剪切盒，承托裝置56有多層承托塊，多層鋼架、多層剪切盒和多層承托塊相對應的每一層平齊。外框架裝置54頂部的垂直加載裝置由壓力表10、油泵11和活塞12組成，油泵11上有壓力表10，油泵11和活塞之間由進油管和放油管連接，相對應的剪切盒裝置上部有垂直加載裝置的附加組件，垂直加載裝置的附加組件是由上傳力板51、下傳力板49，滾動排軸50及傳力柱52組成，傳立柱52固定在上傳力板51上，上傳力板51和下傳力板通滾動排軸50連接，傳立柱52的位置對應活塞12。當剪切盒中裝好土樣后，要分別將下傳力板49，滾動排軸50，上傳力板51及傳力柱52按由下到上的順序放置于土樣表面，然后通過油泵11使活塞12與傳力柱52接觸。滾動排軸50的作用在于保證施加的垂直壓力始終位于土樣的中心。剪切盒裝置55由多層剪切盒堆疊組成、底部有底板30 (底板30通過螺孔A15和螺孔B31固定在外框架裝置54上)，每個剪切盒之間通過滾珠18滾動連接、并通過固定角板固定，每個剪切盒對應水平加載裝置 的側邊有水平卡槽。如圖2和3所示，在實驗前，1、11、111、1￥、乂號剪切盒25，26，27，28，29是通過1、I1、II1、IV號固定角板17，20，22，24固定成一個整體，當需要剪切某個面時，則打開固定其剪切面的固定角板。1、I1、II1、IV號水平卡槽16，19，21，23是用于連接水平加載裝置的。底板30是為了防止散體材料漏出。如圖4和5所示，所述水平加載裝置58由依次連接并固定在傳力支撐臺35上的電動機32、螺旋傳力桿34、固定臺
33、內傳力環37、量力環38、外傳力環39和連接臺40組成，連接臺40上有插銷41，插銷41可以與水平加載裝置的水平卡槽連接。水平加載裝置依靠電動機32產生推力，通過螺旋傳力桿34，外傳力環37、39，量力環38及連接臺40的傳遞，使水平力傳至剪切盒。連接臺40與剪切盒的水平卡槽相連。其整個水平加載裝置是可移動的，在剪切某個面時，水平加載裝置可通過吊裝裝置放置于相對應的剪切面位置。水平加載裝置上的電動機32、螺旋傳力桿
34、固定臺33、內傳力環37、量力環38、外傳力環39和連接臺40是通過固定螺絲B36固定在傳力支撐臺表面。水平加載裝置58是通過鋼架8固定在外框架裝置54上的，外框架裝置54對應水平加載裝置58的垂直方向的平行位置設置有多個支撐架，每個支撐架與每個剪切盒的位置平齊，鋼架8可以固定在任意一個支撐架上。吊裝裝置57是由懸掛鋼梁2和滑輪3組成(懸掛鋼梁2通過固定螺絲Al固定在外框架裝置上)，滑輪3連接水平加載裝置。如圖1所示，其中1、I1、II1、IV號支撐架4，5，6，7是用于放置鋼架8，而鋼架8是用于支撐水平加載裝置的，鋼架8是可移動的，這便于將鋼架8在1、I1、II1、IV號支撐架4，5，6，7之間移動。如果在需要變換剪切面時，則需利用懸掛鋼梁2和滑輪3將水平加載裝置吊裝在1、
11、111、1￥號支撐架4，5，6，7位置。支撐橫架14是支承剪切盒裝置的。壓力表10、油泵11和活塞12是用于施加垂直荷載。承托裝置56是由多個承接塊、滾軸承接板47，支架48組成，支架48上有多個承接塊，分布在支架48的不同水平面上，滾軸承接板47可以放置于任一層。如圖7所示，此裝置的作用在于承接1、11、111、1￥號剪切盒25，26，27，28，當每次直剪試驗完成后，需要將剪切板放在對應高度(即1、I1、II1、IV號承接塊對應的高度)的滾軸承接板47上，以拉出剪切盒，便于開展下一剪切面的直剪試驗。其中，滾軸承接板47是由滾軸承組成，以使剪切盒在上面時便于拉動。同時，滾軸承接板47是可動的，可以將其分別放置于1、I1、II1、IV號承接塊43，44，45，46上，然后可對應放置1、I1、II1、IV號剪切盒25，26，27,28ο實施例2:本實施例的多層剪切的直接剪切儀裝置，外框架裝置54、剪切盒裝置55、水平加載裝置58和承托裝置56，剪切盒裝置55和水平加載裝置58分布在外框架裝置54內部，承托裝置56位于剪切盒裝置55的側邊；外框架裝置54頂部對應剪切盒裝置55的位置設置有垂直加載裝置、對應水平加載裝置58的位置設置有吊裝裝置57 ;外框架裝置54上有支撐水平加載裝置58的多層鋼架，剪切盒裝置55有五層剪切盒，承托裝置56有五層承托塊，五層鋼架、五層剪切盒和五層承托塊相對應的每一層平齊。外框架裝置54頂部的垂直加載裝置由壓力表10、油泵11和活塞12組成，油泵11上有壓力表10，油泵11和活塞之間由進油管和放油管連接，相對應的剪切盒裝置上部有垂直加載裝置的附加組件，垂直加載裝置的附加組件是由上傳力板51、下傳力板49，滾動排軸50及傳力柱52組成，傳立柱52固定在上傳力板51上，上傳力板51和下傳力板通滾動排軸50連接，傳立柱52的位置對應活塞12。剪切盒裝置55由多層剪切盒堆疊組成、底部有底板30 (底板30通過螺孔Α15和螺孔Β31固定在外框架裝置54上)，每個剪切盒之間通過滾珠18滾動連接、并通過固定角板固定，每個剪切盒對應 水平加載裝置的側邊有水平卡槽。水平加載裝置58由依次連接并固定在傳力支撐臺35上的電動機32、螺旋傳力桿34、固定臺33、內傳力環37、量力環38、外傳力環39和連接臺40組成，連接臺40上有插銷41，插銷41可以與水平加載裝置的水平卡槽連接。水平加載裝置58是通過鋼架8固定在外框架裝置54上的，外框架裝置54對應水平加載裝置58的垂直方向的平行位置設置有五個支撐架，每個支撐架與每個剪切盒的位置平齊，鋼架8可以固定在任意一個支撐架上。吊裝裝置57是由懸掛鋼梁2和滑輪3組成(懸掛鋼梁2通過固定螺絲Al固定在外框架裝置上)，滑輪3連接水平加載裝置。承托裝置56是由多個承接塊、滾軸承接板47，支架48組成，支架48上有20個承接塊，每四個為一層，分布在支架48的不同水平面上，滾軸承接板47可以放置于任一層。
權利要求1.一種多層剪切的直接剪切儀裝置，其特征在于:包括外框架裝置(54)、剪切盒裝置(55)、水平加載裝置(58 )和承托裝置(56 )，剪切盒裝置(55 )和水平加載裝置(58 )分布在外框架裝置(54)內部，承托裝置(56)位于剪切盒裝置(55)的側邊；外框架裝置(54)頂部對應剪切盒裝置(55)的位置設置有垂直加載裝置、對應水平加載裝置(58)的位置設置有吊裝裝置(57);外框架裝置(54)上有支撐水平加載裝置的多層鋼架，剪切盒裝置(55)有多層剪切盒，承托裝置(56)有多層承托塊，多層鋼架、多層剪切盒和多層承托塊相對應的每一層平齊。
2.根據權利要求1所述的多層剪切的直接剪切儀裝置，其特征在于:所述外框架裝置(54)頂部的垂直加載裝置由壓力表(10)、油泵(11)和活塞(12)組成，油泵(11)上有壓力表(10)，油泵(11)和活塞之間由進油管和放油管連接；相對應的剪切盒裝置上部有垂直加載裝置的附加組件，垂直加載裝置的附加組件是由上傳力板(51)、下傳力板(49)，滾動排軸(50)及傳力柱(52)組成,傳立柱(52)固定在上傳力板(51)上,上傳力板(51)和下傳力板通滾動排軸(50 )連接，傳立柱(52 )的位置對應活塞(12)。
3.根據權利要求1所述的多層剪切的直接剪切儀裝置，其特征在于:所述剪切盒裝置(55)由多層剪切盒堆疊組成、底部有底板(30)，每個剪切盒之間通過滾珠(18)滾動連接、并通過固定角板固定，每個剪切盒對應水平加載裝置的側邊有水平卡槽。
4.根據權利要求1所述的多層剪切的直接剪切儀裝置，其特征在于:所述水平加載裝置(58 )由依次連接并固定在傳力支撐臺(35 )上的電動機(32 )、螺旋傳力桿(34)、固定臺(33)、內傳力環(37)、量力環(38)、外傳力環(39)和連接臺(40)組成，連接臺(40)上有插銷(41)，插銷(41)可以與水平加載裝置的水平卡槽連接。
5.根據權利要求1所述的多層剪切的直接剪切儀裝置，其特征在于:所述水平加載裝置(58)是通過鋼架(8)固定在外框架裝置(54)上的，外框架裝置(54)對應水平加載裝置(58)的垂直方向的平行位置設置有多個支撐架，每個支撐架與每個剪切盒的位置平齊，鋼架(8 )可以固定在任意一個支撐架上。
6.根據權利要求1所述的多層剪切的直接剪切儀裝置，其特征在于:所述吊裝裝置(57 )是由懸掛鋼梁(2 )和滑輪(3 )組成，滑輪(3 )連接水平加載裝置。
7.根據權利要求1所述的多層剪切的直接剪切儀裝置，其特征在于:所述承托裝置(56)是由多個承接塊、滾軸承接板(47)和支架(48)組成，支架(48)上有多個承接塊，分布在支架(48)的不同水平面上，滾軸承接板(47)可以放置于任一層。
專利摘要本實用新型提供一種多層剪切的直接剪切儀裝置，屬于農工用品技術領域。外框架裝置、剪切盒裝置、水平加載裝置和承托裝置，剪切盒裝置和水平加載裝置分布在外框架裝置內部，承托裝置位于剪切盒裝置的側邊；外框架裝置頂部對應剪切盒裝置的位置設置有垂直加載裝置、對應水平加載裝置的位置設置有吊裝裝置；外框架裝置上有支撐水平加載裝置的多層鋼架，剪切盒裝置有多層剪切盒，承托裝置有多層承托塊，多層鋼架、多層剪切盒和多層承托塊相對應的每一層平齊。本裝置能夠實現能對同一個土樣開展多個剪切面的直剪試驗。
文檔編號G01N3/24GK202939101SQ201220663699
公開日2013年5月15日 申請日期2012年12月6日 優先權日2012年12月6日
發明者王光進, 孔祥云, 楊春和, 張超 申請人:昆明理工大學