[發明專利]一種可直接測定界面摩擦力的直剪儀

有效

• 申請號: 200810048416.5
• 申請日: 2008-07-16
• 公開（公告）號: CN101373174A
• 公開（公告）日: 2009-02-25
• 發明（設計）人: 郭愛國;孔令偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01L1/00;E02D33/00
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所
• 代理人: 黃慶芳

技術領域

本發明涉及土力學與地基基礎工程中一種可直接測定界面摩擦力的直剪儀裝置。

背景技術

目前，國內外進行直接剪切試驗所采用的直剪儀一般都是由上、下剪切盒、垂直力加載系統、水平力加載系統、測定垂直向和水平向位移裝置，以及提供反力的裝置等部分組成。直剪儀在發展改進過程中的主要變化集中在儀器的尺寸、加載方式、數據采集、控制方式等方面，目前較先進和自動化程度較高的直剪儀可以實現垂直向及水平向加載自動控制，并可以通過電腦進行自動加載及數據自動采集。

對于作為細粒土剪切試驗的直剪儀，由于土樣本身尺寸較小，剪切盒的尺寸也就不大，土樣與剪切盒壁之間的摩擦力較小，進行試驗時土樣和剪切盒之間的摩擦力一般都可以忽略；而進行粗拉土的剪切試驗時，由于土粒的直徑較大，為滿足土樣對試驗儀器尺寸的要求，剪切盒的尺寸一般都較大，其長寬一般都在200mm以上，高度在100mm以上。這樣，在粗拉土土樣固結和剪切的過程中，土樣和剪切盒之間由于存在界面摩擦力，就有一部分施加在土樣頂面的垂直向力被上剪切盒與土樣之間的界面摩擦力抵消，使得施加到剪切面上的實際垂直力要比施加在土樣表面的垂直力要小，即施加在土樣頂面的垂直力等于施加在剪切面上的實際垂直力加上土樣與上剪切盒之間的界面摩擦力之和。雖然有些研究者考慮到粗粒土與剪切盒之間會存在界面摩擦力，就采用各種減摩措施來盡量減小界面摩擦力。但是，由于界面摩擦力與土樣性質、垂直力大小、減摩材料與方法等因素密切相關，如果要較準確地計算界面摩擦力，就需要在進行正式試驗前進行大量的率定、校正工作，且不能在試驗過程中直接獲取界面摩擦力大小的變化，這樣就使試驗結果不是很準確，而且率定工作量大、效率低，重復勞動較多。

發明內容

本發明的目的是：為解決目前的直剪儀不能有效消除土樣和剪切盒之間的界面摩擦力，又不能準確獲取界面摩擦力大小，從而不能準確獲取土樣剪切面上實際垂直力大小的不足，本發明提供一種可直接測定界面摩擦力的直剪儀裝置，可方便地測定土樣和上剪切盒之間產生的界面摩擦力，在試驗過程中可準確獲取施加在剪切面上真實垂直力的大小，使得試驗結果更準確。

為達到上述目的，本發明可直接測定界面摩擦力的直剪儀裝置由水槽、上剪切盒、下剪切盒、水平力加載系統、水平位移量測裝置、垂直力加載系統、垂直位移量測裝置、底座、滾軸排、土樣、透水板、傳力板、反力裝置、界面摩擦力測定裝置組成；界面摩擦力測定裝置由開縫滾珠下導槽、界面摩擦力傳力框架、界面摩擦力傳力框架導向槽和界面摩擦力傳感器、界面摩擦力傳感器墊塊、界面摩擦力反力梁組成，下剪切盒側壁上裝有界面摩擦力傳力架導槽，界面摩擦力反力梁固定在下剪切盒底板上，界面摩擦力傳力架通過界面摩擦力傳力架導槽連接在下剪切盒側壁上，開縫滾珠下導槽固定在界面摩擦力傳力架上，帶界面摩擦力傳感器電纜的界面摩擦力傳感器及界面摩擦力傳感器墊塊安設在界面摩擦力傳力架和界面摩擦力反力梁之間；開縫滾珠下導槽和界面摩擦力傳力框架不是完全固定在下剪切盒上，而是可以在界面摩擦力傳力框架導向槽內上下滑動，界面摩擦力傳感器可根據所施加垂直力的大小及土樣的類別更換不同量程的力傳感器。

首先加工一個能夠滿足安裝直剪儀上、下剪切盒及其附件，并帶有水平力傳遞孔和水平位移標桿孔的水槽，水平力傳遞孔和水平位移標桿孔能夠止水。剪切盒的尺寸根據土樣的尺寸和試驗要求確定，垂直力加載系統的加載能力及對應力傳感器的量程根據試驗的要求確定，水平力加載系統的加載能力和對應的力傳感器應與垂直力加載系統相匹配，界面摩擦力測定裝置中的界面摩擦力傳感器的量程根據土樣的性質和垂直力的大小來確定。

由于可直接測定界面摩擦力的直剪儀裝置設置了界面摩擦力測定裝置，采用該可直接測定界面摩擦力的直剪儀裝置進行直接剪切試驗時，土樣和上剪切盒之間產生的界面摩擦力通過固定在上剪切盒上的開縫滾珠上導槽傳遞給開縫滾珠，再由開縫滾珠傳遞到開縫滾珠下導槽及界面摩擦力傳力架上，再由界面摩擦力傳力架傳給界面摩擦力傳感器，這樣，界面摩擦力傳感器就可以獲取土樣和上剪切盒之間產生的界面摩擦力，從而得到施加在土樣剪切面上的真實垂直力，方便地實現直接測定剪切試驗中界面摩擦力的目的。

附圖說明

圖1是一種可直接測定界面摩擦力的直剪儀裝置圖

圖2是一種可直接測定界面摩擦力的直剪儀裝置左剖視圖。