[發明專利]一種土壤承壓和剪切試驗測試儀

有效

• 申請號: 201310028831.5
• 申請日: 2013-01-25
• 公開（公告）號: CN103115832A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 高峰;崔瑩;徐國艷;丁能根;丁青;解曉琳;李萌
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N3/34
• 分類號: G01N3/34
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種土壤承壓和剪切試驗測試儀，其特征在于：它包括角位移傳感器聯軸器、U型座、位移傳感器、砝碼、移傳感器外殼導軌、砝碼座、上滑動軸、壓/扭組合傳感器、下滑動軸、剪切環/壓板、角位移傳感器、扭轉扳手套、推力球軸承、卡圈、支撐座、限位螺栓、壓耳、軸套及三角架；該測試儀器主體采用三角架支撐，三角架裝于支撐座上，試驗時根據需要調節三角架的長度和張合度，支撐座上裝有對稱分布的兩個壓耳，當剪切環在較大負荷下進行旋轉剪切時，通過手扶壓耳保持儀器的平穩，防止儀器主體出現較大傾斜，影響其測量精度；砝碼座套于支撐座的外套筒上并可沿其上下滑動，砝碼座底部的圓盤用于放置不同規格和重量的砝碼，試驗時通過添加砝碼來增加剪切環/壓板上的垂直載荷；位移傳感器外殼導軌安裝于砝碼座上，用于固定位移傳感器的外殼，為避免干涉，所有砝碼上均加工有U型開口槽，砝碼加載后，該位移傳感器外殼導軌正好位于所有砝碼的開口槽內；位移傳感器的拉桿頂端通過螺母固定在支撐座上，而位移傳感器外殼則隨砝碼座上下移動，實時測量壓板的下陷量；U型座安裝于砝碼座的頂部，用于固定角位移傳感器的外殼，支撐座中心套筒上裝有限位螺栓，用于限定上滑動軸在垂直方向的位置，支撐座頂部和底部孔端均裝有軸套，用于定位上滑動軸，通過間隙控制，保證試驗時上滑動軸在軸套中上下滑動并自由旋轉；上滑動軸頂端通過角位移傳感器聯軸器與角位移傳感器的旋轉軸相連，底端圓盤則通過螺栓與壓/扭組合傳感器相連，上滑動軸的軸肩處裝有卡圈，卡圈上裝有推力球軸承，砝碼座置于推力球軸承之上，其承受的重量通過軸承、卡圈及上滑動軸傳至壓/扭組合傳感器上，上滑動軸的上方還裝有可拆卸的扭轉扳手套，通過安裝扭轉手柄，可對上滑動軸施加扭矩；在試驗過程中，上滑動軸既可上下滑動傳遞垂直載荷，又可自由轉動傳遞扭矩；壓/扭組合傳感器底端連接下滑動軸，下滑動軸同樣起傳遞垂直載荷和扭矩的作用，其底端裝有剪切環/壓板，試驗時，剪切環/壓板承受的土壤反作用力將通過下滑動軸傳遞至壓/扭組合傳感器，壓/扭組合傳感器不僅能夠測量剪切環/壓板承受的垂直載荷，也對剪切環承受的反向剪切力矩進行測量；然后，用無紙記錄儀對測得的傳感器信號進行采集、顯示、記錄和存儲；試驗數據采集并存儲完畢后，利用KLCOM100數據分析軟件對采集到的原始數據進行分析處理，同時生成報表導出；

所述角位移傳感器聯軸器是定制或市購的圓柱形聯軸器；

所述U型座是板材彎制的C形件；

所述位移傳感器、壓/扭組合傳感器和角位移傳感器，其測量范圍根據試驗要求選定；

所述砝碼是根據此儀器配合設計的試驗所需的壓力來源，是圓柱形并其上開有U型槽的自制件；

所述位移傳感器外殼導軌是固定位移傳感器的并其上開有U型槽的自制件；

所述砝碼座是圓管與板材垂直連接的倒T形件；

所述上滑動軸是按預定尺寸制造的普通臺階軸；

所述下滑動軸是按預定尺寸制造的普通臺階軸；

所述剪切環/壓板是圓盤形零件，剪切環上設置有矩形齒；

所述扭轉扳手套是心部及圓周中部設置有圓孔的圓柱形件；

所述推力球軸承的型號為51202GB/T301-1995；

所述卡圈是圓柱形的自制件；

所述支撐座是T型的自制件；

所述限位螺栓是市購連接件；

所述壓耳是圓鋼煨制的C形件；

所述軸套是按預定尺寸制造的圓形套管件；

所述三角架是可伸縮的按預定尺寸制造或外購的三角形支架；

所述無紙記錄儀，可自制或市場上選購。

2.一種土壤承壓和剪切試驗測試儀的測試方法，其特征在于：該方法具體步驟如下：

①土壤承壓特性試驗

步驟一：利用漏斗撒沙法將模擬土壤注入土槽，對模擬土壤進行疏松、刮平和壓實，通過土力學的儀器測量模擬土壤的密度，然后開始進行試驗；

步驟二：調整儀器三角架的高度和張開角度，將儀器放入土槽中，使三角架底端陷入模擬土壤并向下壓實，同時用水平尺對測試儀進行校正，保證測試儀與地面垂直；接通電源，打開XSR70型無紙記錄儀，調整試驗日期、時間、數據采集頻率，待傳感器讀數趨于穩定時，對壓力傳感器的讀數進行調零操作，然后松開限位螺栓，手動調整剪切環/壓板的位置，使其緩緩下行，通過觀察，當剪切環/壓板底部與土壤剛剛接觸時，擰緊限位螺栓，通過無紙記錄儀顯示屏讀取此時位移傳感器的測試值，并將其設為剪切環/壓板下陷量的零點；

步驟三：松開限位螺栓，使剪切環/壓板陷入模擬土壤，記下此時剪切環/壓板的下陷量，并讀取壓/扭組合傳感器的初始讀數；對儀器逐步加載砝碼，同時觀察壓/扭組合傳感器和位移傳感器的讀數，當砝碼總重為60kg左右時，停止加載；利用USB接口將無紙記錄儀采集到的試驗數據轉存至U盤上，然后關閉無紙記錄儀，將砝碼從砝碼座上逐步卸下，擰緊限位螺栓并將儀器從模擬土壤中拉出，清理測試儀，并檢查各部件的完好程度；

步驟四：將U盤上數據導入計算機中，并利用軟件對測試數據進行處理和分析，繪制剪切環/壓板的壓力-下陷量曲線，對同一種規格的剪切環/壓板進行3次以上的重復性試驗，測量值取平均；更換不同尺寸的剪切環/壓板，按照以上步驟重復進行試驗，記錄測量結果；

②土壤剪切特性試驗

步驟一：利用漏斗撒沙法將模擬土壤注入土槽，對模擬土壤進行疏松、刮平和壓實，通過土力學儀器的測量模擬土壤的密度，然后開始進行試驗；

步驟二：調整儀器三角架的高度和張開角度，將儀器放入土槽中，使三角架底端陷入模擬土壤并向下壓實，同時用水平尺對測試儀進行校正，保證測試儀與地面垂直；接通電源，打開XSR70型無紙記錄儀，調整試驗日期、時間、數據采集頻率，待傳感器讀數趨于穩定時松開限位螺栓，扳動扭轉扳手套，同時觀察角位移傳感器的讀數，當角位移傳感器的讀數為180度左右時停止扳動，對壓/扭組合傳感器的讀數進行調零操作，然后使剪切環/壓板緩緩下行直至陷入模擬土壤，通過無紙記錄儀顯示屏讀取此時壓/扭組合傳感器的初始值；

步驟三：對儀器加載砝碼，直至剪切環/壓板上的垂直壓力達到預定值；然后順時針扳動扭轉扳手套，使剪切環/壓板旋轉并進行土壤剪切，同時觀察并記錄角位移傳感器和壓/扭組合傳感器的讀數，當角位移傳感器讀數顯示為0度時，停止旋轉剪切環/壓板；利用USB接口將無紙記錄儀采集到的試驗數據轉存至U盤上，然后關閉無紙記錄儀，將砝碼從砝碼座上逐步卸下，擰緊限位螺栓并將儀器從模擬土壤中拉出，清理測試儀，并檢查各部件的完好程度；

步驟四：將U盤上數據導入計算機中，并利用軟件對測試數據進行處理和分析，繪制剪切環剪切力矩隨旋轉角度的變化曲線；重復步驟，在步驟三中更改垂直壓力的預定值，然后重復步驟，在整合試驗過程中，預定值的設定次數不少于3次。