專利名稱：一種全自動數(shù)字大型凍土直剪儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于土木工程設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種全自動數(shù)字大型凍土直剪儀。
背景技術(shù)：
青藏鐵路穿越許多越嶺地段，因此也存在不少斜坡地段的路基，正確評估該類路基的穩(wěn)定性是保證青藏鐵路安全運(yùn)營的前提，而提供評估計(jì)算的地質(zhì)參數(shù)是提出合理正確結(jié)果的必要前提。調(diào)查分析了青藏高原失穩(wěn)的天然邊坡，其失穩(wěn)的位置主要集中在凍融交界面上。目前，國內(nèi)外進(jìn)行直接剪切試驗(yàn)所采用的直剪儀一般都是由上、下剪切盒、垂直力加載系統(tǒng)、水平力加載系統(tǒng)、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。而常規(guī)的剪切盒無法考慮溫度因素，也無法測定交界面上的抗剪強(qiáng)度。同時，常規(guī)剪切由于剪切盒的尺寸限制要求試樣中的土體顆粒尺寸必須小于粗砂級別。因此，需要發(fā)明一臺直剪儀，它能保證剪切面與凍融交界面重合、具有溫控的裝置并具備測試粗顆粒試樣等要求，用于測試凍土凍融交界面上抗剪強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為背景技術(shù)中所述的傳統(tǒng)直剪儀無法使土樣的凍融交界面和上下盒之間的剪切面重合，無法測定粒徑大于粗砂級別以上的重塑土樣，從而成功測得凍土土樣抗剪強(qiáng)度的關(guān)鍵問題，提供一種全自動數(shù)字大型凍土直剪儀。全自動數(shù)字大型凍土直剪儀主要由剪切盒、上剪切盒制冷系統(tǒng)、下剪切盒制冷系統(tǒng)、垂直伺服加載和監(jiān)測系統(tǒng)、水平伺服加載和監(jiān)測系統(tǒng)以及測控系統(tǒng)組成，其特征在于， 所述剪切盒分為上剪切盒18和下剪切盒20，下剪切盒20通過剪切盒墊塊21置于剪切儀平臺柜9的平臺面10上，下剪切盒擋板19位于下剪切盒20左側(cè)垂直固接在平臺面10上，下剪切盒擋板19的高度等于或低于下剪切盒20的上沿，下剪切盒擋板19阻止下剪切盒20 向左移動，上剪切盒18置于下剪切盒20上，上剪切盒18和下剪切盒20上下對齊，被測試的凍土試樣置于上剪切盒18和下剪切盒20內(nèi)，試樣施壓面板覆蓋在凍土試樣上，下承壓板 17壓在試樣施壓面板上，上承壓板15在下承壓板17之上，上承壓板15和下承壓板17之間用垂直承壓滾子16連接；下剪切盒20的四塊內(nèi)壁之間的橫截面為正方形，下剪切盒20為上端開口下端由平底面密封的長方體盒，上剪切盒18的四塊內(nèi)壁之間的橫截面也為正方形，上剪切盒18為上端和下端均開口長方體框，上剪切盒18和下剪切盒20的橫截面面積相同，推力盤5固接在上剪切盒18的右側(cè)外壁中心，上剪切盒18和下剪切盒20的外壁分別由上制冷套和下制冷套包覆，上制冷套和下制冷套分別通過制冷管道與上剪切盒制冷系統(tǒng)和下剪切盒制冷系統(tǒng)連接，上剪切盒18和下剪切盒20內(nèi)的凍土試樣中，均布置4只數(shù)顯溫度傳感器；垂直伺服加載和監(jiān)測系統(tǒng)包括支撐板11、立柱7、垂直推力部件8、支撐板11、垂直減速機(jī)12、垂直伺服電機(jī)13、垂直推力頂頭14以及垂直壓力傳感器和垂直位移傳感器，支撐板11由4條立柱7支撐在平臺面10上，垂直推力部件8豎直向下架在支撐板11上，垂直推力部件8底端連接垂直推力頂頭14，垂直壓力傳感器和垂直位移傳感器置于垂直推力頂頭14內(nèi)，垂直推力頂頭14頂住上承壓板15的中心給凍土試樣施加垂直壓力，垂直減速機(jī)12的輸出軸與垂直推力部件8上端的輸入軸連接，垂直伺服電機(jī)13的軸與垂直減速機(jī) 12的輸入軸連接；水平伺服加載和監(jiān)測系統(tǒng)包括水平減速機(jī)1、水平推力部件2、水平推力部件支座 3、水平伺服電機(jī)4、水平推力頂頭6以及水平壓力傳感器和水平位移傳感器，水平推力部件支座3位于上剪切盒18和下剪切盒20的右側(cè)并豎直固接在平臺面10上，水平推力部件2 指向上剪切盒18水平置于固定的水平推力部件支座3上，水平壓力傳感器和水平位移傳感器置于水平推力部件2內(nèi)，水平推力頂頭6固接在水平推力部件2的左端，水平推力頂頭6 對準(zhǔn)上剪切盒18右側(cè)壁上的推力盤5，水平推力部件2的水平推力頂頭6頂住上剪切盒18 右側(cè)壁上的推力盤5給上剪切盒18施加水平推力，水平減速機(jī)1的輸出軸與水平推力部件 2右端的輸入軸連接，水平伺服電機(jī)4的軸與水平減速機(jī)1的輸入軸連接；垂直伺服加載和監(jiān)測系統(tǒng)中的垂直壓力傳感器、垂直位移傳感器和垂直伺服電機(jī) 13，水平伺服加載和監(jiān)測系統(tǒng)中的水平壓力傳感器、水平位移傳感器和水平伺服電機(jī)4，剪切盒內(nèi)凍土試樣中的數(shù)顯溫度傳感器以及上剪切盒制冷系統(tǒng)和下剪切盒制冷系統(tǒng)均與測控系統(tǒng)電氣連接。所述上剪切盒18和下剪切盒20的內(nèi)部正方形橫截面的邊長范圍均為200mm 500mm，剪切盒18和下剪切盒20的高度范圍均為60mm 150mm ；上剪切盒18和下剪切盒 20的材料為不銹鋼板。所述試樣施壓面板為正方形不銹鋼平板，其邊長小于上剪切盒18四塊內(nèi)壁之間的正方形橫截面的邊長1 2mm。所述垂直承壓滾子16由滾子161、滾子固定架162、滾子固定架扣板163組成，5 8個滾子161分別置于滾子固定架162的各個對應(yīng)的滾子槽內(nèi)，并通過滾子161的轉(zhuǎn)軸與滾子固定架162構(gòu)成轉(zhuǎn)動連接，滾子固定架扣板163通過滾子固定架扣板163的四邊置于滾子固定架162的四邊上并用定位銷164連接覆蓋在滾子161的上方，在做剪切試驗(yàn)時，垂直承壓滾子16的滾子161置于下承壓板17上，垂直承壓滾子16通過滾子161與下承壓板 17滾動連接，上承壓板15置于滾子固定架扣板163上，垂直承壓滾子16的作用為，傳遞垂直推力部件8對剪切盒中試樣的壓力，消除垂直加壓對上剪切盒18水平剪切位移的影響。所述上剪切盒18和下剪切盒20內(nèi)的凍土試樣內(nèi)數(shù)顯溫度傳感器離剪切面，即剪切盒20和下剪切盒20的接觸面均為30 50mm，并以上剪切盒18和下剪切盒20的垂直中心面對稱分布，相鄰數(shù)顯溫度傳感器的間距為50 IOOmm ；所述上剪切盒18的溫度控制范圍-10°C 20°C，下剪切盒20的溫度控制范圍-10°c 20°C，分別由包覆在上剪切盒和下剪切盒的外壁的上制冷套和下制冷套以及上剪切盒制冷系統(tǒng)和下剪切盒制冷系統(tǒng)獨(dú)立控溫。所述水平伺服加載和監(jiān)測系統(tǒng)加載和試驗(yàn)參數(shù)為，水平方向最大加載水平推力的范圍為50 400KN，自動控制加載速度為0. 002 20mm/min，最大剪切位移的范圍為 75mm 170mm。所述垂直伺服加載和監(jiān)測系統(tǒng)加載和試驗(yàn)參數(shù)為，垂直方向最大加載垂直壓力的范圍為50 ^OKN,自動控制加載速度為0. 002 20mm/min，裝樣過程中最大垂直位移為 300mm，試驗(yàn)過程中最大垂直位移為50mm。所述測控系統(tǒng)為全自動數(shù)字控制，采用16通道數(shù)據(jù)采集儀有壓力、位移、加載速率三種自動控制模式，數(shù)據(jù)輸出有應(yīng)力-時間、位移-時間和應(yīng)力-位移。本發(fā)明有如下特點(diǎn)1.上剪切盒和下剪切盒的溫度單獨(dú)控制，通過置于凍土試樣內(nèi)的數(shù)顯溫度傳感器測定上剪切盒和下剪切盒內(nèi)部的凍土試樣土溫，并利用分別包覆在上剪切盒和下剪切盒的外壁的上制冷套和下制冷套以及上剪切盒制冷系統(tǒng)和下剪切盒制冷系統(tǒng)調(diào)節(jié)試樣土溫， 使得上剪切盒和下剪切盒之間的剪切面正好處于凍土試樣的凍融交界面。2.上剪切盒和下剪切盒的材質(zhì)為不銹鋼，防止水環(huán)境下銹蝕，下剪切盒不漏水，采用靜力和分層壓實(shí)的方法制備試樣，可制得不同初始含水量、干密度的重塑土樣。3.垂直和水平方向的伺服加載和監(jiān)測系統(tǒng)都具有數(shù)顯壓力傳感器和數(shù)顯垂直位移傳感器，能數(shù)顯自動控制加載速度。4.測控系統(tǒng)為全自動數(shù)字控制，16通道數(shù)據(jù)采集為壓力、位移、加載速率三種自動控制模式，輸出應(yīng)力-時間、位移-時間和應(yīng)力-位移數(shù)據(jù)。本發(fā)明的有益效果為，本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)測試凍融交界面上抗剪強(qiáng)度時遇到的剪切面與凍融交界面無法重合一致、無法制備和進(jìn)行大尺寸重塑土樣剪切試驗(yàn)等問題， 保證剪切面與凍融交界面重合，用于測試凍土凍融交界面上抗剪強(qiáng)度，為寒冷或高寒地區(qū)土建和交通工程提供合理的設(shè)計(jì)參數(shù)。


圖1全自動數(shù)字大型凍土直剪儀主視圖；圖2全自動數(shù)字大型凍土直剪儀俯視圖；圖3A為垂直承壓滾子結(jié)構(gòu)示意圖；圖;3B為圖3A中I-I剖面示意圖。圖中，1-水平減速機(jī)，2—水平推力部件，3—水平推力部件支座，4一水平伺服電機(jī)，5—推力盤，6—水平推力頂頭，7—立柱，8—垂直推力部件，9一剪切儀平臺柜，10-平臺面，11-支撐板，12-垂直減速機(jī)，13-垂直伺服電機(jī)，14-垂直推力頂頭，15-上承壓板，16-垂直承壓滾子，161-滾子，162-滾子固定架，163-滾子固定架扣板，164-定位銷，17-下承壓板，18-上剪切盒，19-下剪切盒擋板，20-下剪切盒，21-剪切盒墊塊。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。一種全自動數(shù)字大型凍土直剪儀的實(shí)施例如圖1和圖2所示。全自動數(shù)字大型凍土直剪儀主要由剪切盒、上剪切盒制冷系統(tǒng)、下剪切盒制冷系統(tǒng)、垂直伺服加載和監(jiān)測系統(tǒng)、水平伺服加載和監(jiān)測系統(tǒng)以及測控系統(tǒng)組成。剪切盒分為上剪切盒18和下剪切盒20， 下剪切盒20通過剪切盒墊塊21置于平臺面10上，下剪切盒擋板19位于下剪切盒20左側(cè)垂直固接在平臺面10上，下剪切盒擋板19的高度等于或低于下剪切盒20的上沿，下剪切盒擋板19阻止下剪切盒20向左移動，上剪切盒18置于下剪切盒20上，上剪切盒18和下剪切盒20上下對齊，被測試的凍土試樣置于上剪切盒18和下剪切盒20內(nèi)，試樣施壓面板覆蓋在凍土試樣上，下承壓板17壓在試樣施壓面板上，上承壓板15在下承壓板17之上，上承壓板15和下承壓板17之間用垂直承壓滾子16連接。下剪切盒20四塊內(nèi)壁之間的橫截面為305mmX 305mm的正方形，下剪切盒20為上端開口下端由平底密封的長方體盒，高度為100mm，上剪切盒18四塊內(nèi)壁之間的橫截面也為305mmX 305mm的正方形，上剪切盒18為上端和下端均開口長方體框，高度為100mm，推力盤5固接在上剪切盒18的右側(cè)外壁中心，上剪切盒18和下剪切盒20的外壁分別由上制冷套和下制冷套包覆，上制冷套和下制冷套分別通過制冷管道與上剪切盒制冷系統(tǒng)和下剪切盒制冷系統(tǒng)連接，圖1中未畫出上制冷套和下制冷套以及上剪切盒制冷系統(tǒng)和下剪切盒制冷系統(tǒng)，上剪切盒18和下剪切盒20內(nèi)的凍土試樣中，均布置4只數(shù)顯溫度傳感器，試樣施壓面板覆蓋在凍土試樣上，試樣施壓面板為304mmX 304mm的正方形不銹鋼平板，上剪切盒 18和下剪切盒20的材料為不銹鋼板。垂直伺服加載和監(jiān)測系統(tǒng)包括支撐板11、立柱7、垂直推力部件8、支撐板11、垂直減速機(jī)12、垂直伺服電機(jī)13、垂直推力頂頭14以及垂直壓力傳感器和垂直位移傳感器，支撐板11由4條立柱7支撐在平臺面10上，垂直推力部件8豎直向下架在支撐板11上，垂直推力部件8底端連接垂直推力頂頭14，垂直壓力傳感器和垂直位移傳感器置于垂直推力頂頭14內(nèi)，垂直推力頂頭14頂住上承壓板15的中心給凍土試樣施加垂直壓力，垂直減速機(jī)12的輸出軸與垂直推力部件8上端的輸入軸連接，垂直伺服電機(jī)13的軸與垂直減速機(jī) 12的輸入軸連接。水平伺服加載和監(jiān)測系統(tǒng)包括水平減速機(jī)1、水平推力部件2、水平推力部件支座 3、水平伺服電機(jī)4、水平推力頂頭6以及水平壓力傳感器和水平位移傳感器，水平推力部件支座3位于上剪切盒18和下剪切盒20的右側(cè)并豎直固接在平臺面10上，水平推力部件2 指向上剪切盒18水平置于固定的水平推力部件支座3上，水平壓力傳感器和水平位移傳感器置于水平推力部件2內(nèi)，水平推力頂頭6固接在水平推力部件2的左端，水平推力頂頭6 對準(zhǔn)上剪切盒18右側(cè)壁上的推力盤5，水平推力部件2的水平推力頂頭6頂住上剪切盒18 右側(cè)壁上的推力盤5給上剪切盒18施加水平推力，水平減速機(jī)1的輸出軸與水平推力部件 2右端的輸入軸連接，水平伺服電機(jī)4的軸與水平減速機(jī)1的輸入軸連接。垂直伺服加載和監(jiān)測系統(tǒng)中的垂直壓力傳感器、垂直位移傳感器和垂直伺服電機(jī) 13，水平伺服加載和監(jiān)測系統(tǒng)中的水平壓力傳感器、水平位移傳感器和水平伺服電機(jī)4，剪切盒內(nèi)凍土試樣中的數(shù)顯溫度傳感器以及上剪切盒制冷系統(tǒng)和下剪切盒制冷系統(tǒng)均與測控系統(tǒng)電氣連接。如圖3A和圖:3B所示，垂直承壓滾子16由滾子161、滾子固定架162、滾子固定架扣板163組成，5個滾子161分別置于滾子固定架162的各個對應(yīng)的滾子槽內(nèi)，并通過滾子 161的轉(zhuǎn)軸與滾子固定架162構(gòu)成轉(zhuǎn)動連接，滾子固定架扣板163通過滾子固定架扣板163 的四邊置于滾子固定架162的四邊上并用定位銷164連接覆蓋在滾子161的上方，在做剪切試驗(yàn)時，垂直承壓滾子16的滾子161置于下承壓板17，垂直承壓滾子16通過滾子161與下承壓板17滾動連接，上承壓板15置于滾子固定架扣板163上，垂直承壓滾子16的作用為，傳遞垂直推力部件8對剪切盒中試樣的壓力，消除垂直加壓對上剪切盒18水平剪切位移的影響。
上剪切盒18和下剪切盒20內(nèi)的凍土試樣內(nèi)數(shù)顯溫度傳感器離剪切面，即剪切盒 20和下剪切盒20的接觸面均為30mm，并以上剪切盒18和下剪切盒20的垂直中心面對稱分布，相鄰數(shù)顯溫度傳感器的間距為60mm。上剪切盒18的溫度控制范圍_10°C 20°C，下剪切盒20的溫度控制范圍-10°C 20°C，分別由包覆在上剪切盒和下剪切盒的外壁的上制冷套和下制冷套以及上剪切盒制冷系統(tǒng)和下剪切盒制冷系統(tǒng)獨(dú)立控溫。垂直推力頂頭14內(nèi)直接放置2只垂直壓力傳感器和4只垂直位移傳感器，2只垂直壓力傳感器分別為0 IOOkN和0 50kN的數(shù)顯壓力傳感器，2只垂直壓力傳感器設(shè)置在垂直推力頂頭14的一條直徑上；4只垂直位移傳感器分別為2只0 25mm數(shù)顯位移傳感器(用于剪切試驗(yàn))和2只0 200_數(shù)顯位移傳感器(用于制備試樣)，4只垂直位移傳感器按分別設(shè)置在垂直推力頂頭14的4個1/4圓內(nèi)，并且同一型號不相鄰。水平推力頂頭6內(nèi)直接放置2只水平壓力傳感器和2只水平位移傳感器，2只水平壓力傳感器分別為0 150kN和0 50kN的數(shù)顯壓力傳感器，2只水平壓力傳感器設(shè)置在水平推力頂頭6的一條直徑上；2只水平位移傳感器均為0 25mm數(shù)顯位移傳感器，2只水平位移傳感器按分別設(shè)置在水平推力頂頭6的另一條直徑上。水平伺服加載和監(jiān)測系統(tǒng)加載和試驗(yàn)參數(shù)為，水平方向加載水平推力范圍為0 150KN,自動控制加載速度為0.002 20mm/min，最大剪切位移為100mm。水平減速機(jī)1 為-SF系列減速機(jī)B52，水平伺服電機(jī)4型號為MDMA-0. 75kff為帶制動的伺服電機(jī)，水平推力部件2為15/10推力部件。2只水平壓力傳感器為ZLF-E型輪輻式傳感器。垂直伺服加載和監(jiān)測系統(tǒng)加載和試驗(yàn)參數(shù)為，垂直方向加載的垂直壓力范圍為 0 100KN，自動控制加載速度為0. 002 20mm/min，裝樣過程中最大垂直位移300mm，試驗(yàn)過程中最大垂直位移50mm。垂直減速機(jī)12為-SF系列減速機(jī)B52，垂直伺服電機(jī)13型號為MDMA-0. 75kff為帶制動的伺服電機(jī)，垂直推力部件8為15/10推力部件。測控系統(tǒng)為全自動數(shù)字控制，16通道數(shù)據(jù)采集為壓力、位移、加載速率三種自動控制模式，數(shù)據(jù)輸出為應(yīng)力-時間、位移-時間和應(yīng)力-位移。應(yīng)用上述全自動數(shù)字大型凍土直剪儀測試凍土凍融交界面上抗剪強(qiáng)度的步驟為1.利用試樣裝樣模具配制305mmX305mmX200mm的凍土試樣。將內(nèi)部尺寸305mmX305mmX50mm，形式為兩瓣、可組合和拆卸的試樣裝樣模具置于上剪切盒18和下剪切盒20組成的剪切盒上，將按不同天然含水量和干密度的要求計(jì)算配制的土樣放入試樣裝樣模具內(nèi)，并把8只數(shù)顯溫度傳感器按要求置于土樣內(nèi)，再將土樣壓成305mmX 305mmX 200mm的凍土試樣，拆除試樣裝樣模具，再將凍土試樣在剪切盒之中并通過承壓板采用靜力、分層壓實(shí)使試樣的密度達(dá)到基本均一。2.啟動上剪切盒制冷系統(tǒng)和下剪切盒制冷系統(tǒng)，觀察置于上下剪切盒內(nèi)凍土試樣中的8只數(shù)顯溫度傳感器，在上剪切盒18溫度控制范圍-10°C 20°C和下剪切盒20溫度控制范圍-10°C 20°C之內(nèi)，通過剪切盒四壁冷凍循環(huán)系統(tǒng)，把上下盒之間剪切面的溫度調(diào)整至凍土凍融交界面的溫度。3.剪切試驗(yàn)。利用垂直伺服電機(jī)13和垂直減速機(jī)12將垂直壓力施加于上承壓板15上，再通過試樣施壓面板均勻加于剪切盒之上，最大承受壓力為200kN，在加到試驗(yàn)所需的垂直壓力之后，開啟水平伺服加載和監(jiān)測系統(tǒng)，通過數(shù)顯壓力傳感器和數(shù)顯位移傳感器給出的數(shù)據(jù)來控制剪切力和加載的速度。4.測控系統(tǒng)通過16通道數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，輸出數(shù)據(jù)為應(yīng)力-時間、 位移-時間和應(yīng)力-位移。全過程的采集和輸出都由電腦自動運(yùn)行控制軟件執(zhí)行。本發(fā)明解決了凍融交界面上抗剪強(qiáng)度測試難度大、粗顆粒土體剪切試驗(yàn)等難題， 適用于寒冷或高寒地區(qū)道路、鐵路、工民建等行業(yè)的工程設(shè)計(jì)、施工和科研項(xiàng)目等領(lǐng)域，可為該類工程提供合理的設(shè)計(jì)參數(shù)，從而確保安全評估的合理性。本發(fā)明還能測定全凍土和全融土的抗剪強(qiáng)度。
權(quán)利要求
1.一種全自動數(shù)字大型凍土直剪儀，主要由剪切盒、上剪切盒制冷系統(tǒng)、下剪切盒制冷系統(tǒng)、垂直伺服加載和監(jiān)測系統(tǒng)、水平伺服加載和監(jiān)測系統(tǒng)以及測控系統(tǒng)組成，其特征在于，所述剪切盒分為上剪切盒(18)和下剪切盒(20)，下剪切盒00)通過剪切盒墊塊置于剪切儀平臺柜(9)的平臺面(10)上，下剪切盒擋板(19)位于下剪切盒OO)左側(cè)垂直固接在平臺面(10)上，下剪切盒擋板(19)的高度等于或低于下剪切盒OO)的上沿，下剪切盒擋板(19)阻止下剪切盒OO)向左移動，上剪切盒(18)置于下剪切盒OO)上，上剪切盒(18)和下剪切盒OO)上下對齊，被測試的凍土試樣置于上剪切盒(18)和下剪切盒OO) 內(nèi)，試樣施壓面板覆蓋在凍土試樣上，下承壓板(17)壓在試樣施壓面板上，上承壓板(15) 在下承壓板(17)之上，上承壓板(1 和下承壓板(17)之間用垂直承壓滾子(16)連接；下剪切盒OO)的四塊內(nèi)壁之間的橫截面為正方形，下剪切盒OO)為上端開口下端由平底面密封的長方體盒，上剪切盒(18)的四塊內(nèi)壁之間的橫截面也為正方形，上剪切盒 (18)為上端和下端均開口長方體框，上剪切盒(18)和下剪切盒OO)的橫截面面積相同，推力盤(5)固接在上剪切盒(18)的右側(cè)外壁中心，上剪切盒(18)和下剪切盒OO)的外壁分別由上制冷套和下制冷套包覆，上制冷套和下制冷套分別通過制冷管道與上剪切盒制冷系統(tǒng)和下剪切盒制冷系統(tǒng)連接，上剪切盒(18)和下剪切盒OO)內(nèi)的凍土試樣中，均布置4只數(shù)顯溫度傳感器；垂直伺服加載和監(jiān)測系統(tǒng)包括支撐板(11)、立柱(7)、垂直推力部件(8)、支撐板(11)、 垂直減速機(jī)(12)、垂直伺服電機(jī)(13)、垂直推力頂頭(14)以及垂直壓力傳感器和垂直位移傳感器，支撐板(11)由4條立柱(7)支撐在平臺面(10)上，垂直推力部件(8)豎直向下架在支撐板(11)上，垂直推力部件(8)底端連接垂直推力頂頭(14)，垂直壓力傳感器和垂直位移傳感器置于垂直推力頂頭(14)內(nèi)，垂直推力頂頭(14)頂住上承壓板(1 的中心給凍土試樣施加垂直壓力，垂直減速機(jī)(1 的輸出軸與垂直推力部件(8)上端的輸入軸連接， 垂直伺服電機(jī)(1 的軸與垂直減速機(jī)(1 的輸入軸連接；水平伺服加載和監(jiān)測系統(tǒng)包括水平減速機(jī)(1)、水平推力部件O)、水平推力部件支座(3)、水平伺服電機(jī)G)、水平推力頂頭(6)以及水平壓力傳感器和水平位移傳感器，水平推力部件支座(3)位于上剪切盒(18)和下剪切盒OO)的右側(cè)并豎直固接在平臺面(10)上， 水平推力部件( 指向上剪切盒(18)水平置于固定的水平推力部件支座C3)上，水平壓力傳感器和水平位移傳感器置于水平推力部件O)內(nèi)，水平推力頂頭(6)固接在水平推力部件(2)的左端，水平推力頂頭(6)對準(zhǔn)上剪切盒(18)右側(cè)壁上的推力盤(5)，水平推力部件 (2)的水平推力頂頭(6)頂住上剪切盒(18)右側(cè)壁上的推力盤( 給上剪切盒(18)施加水平推力，水平減速機(jī)(1)的輸出軸與水平推力部件( 右端的輸入軸連接，水平伺服電機(jī)(4)的軸與水平減速機(jī)(1)的輸入軸連接；垂直伺服加載和監(jiān)測系統(tǒng)中的垂直壓力傳感器、垂直位移傳感器和垂直伺服電機(jī) (13)，水平伺服加載和監(jiān)測系統(tǒng)中的水平壓力傳感器、水平位移傳感器和水平伺服電機(jī) G)，剪切盒內(nèi)凍土試樣中的數(shù)顯溫度傳感器以及上剪切盒制冷系統(tǒng)和下剪切盒制冷系統(tǒng)均與測控系統(tǒng)電氣連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全自動數(shù)字大型凍土直剪儀，其特征在于，所述上剪切盒(18)和下剪切盒OO)的內(nèi)部正方形橫截面的邊長范圍均為200mm 500mm，剪切盒(18) 和下剪切盒OO)的高度范圍均為60mm 150mm ；上剪切盒(18)和下剪切盒QO)的材料為不銹鋼板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全自動數(shù)字大型凍土直剪儀，其特征在于，所述試樣施壓面板為正方形不銹鋼平板，其邊長小于上剪切盒(18)四塊內(nèi)壁之間的正方形橫截面的邊長1 2mmο
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全自動數(shù)字大型凍土直剪儀，其特征在于，所述垂直承壓滾子(16)由滾子(161)、滾子固定架(162)、滾子固定架扣板(163)組成，5 8個滾子 (161)分別置于滾子固定架(16 的各個對應(yīng)的滾子槽內(nèi)，并通過滾子(161)的轉(zhuǎn)軸與滾子固定架(16 構(gòu)成轉(zhuǎn)動連接，滾子固定架扣板(16 通過滾子固定架扣板(16 的四邊置于滾子固定架(162)的四邊上并用定位銷(164)連接覆蓋在滾子(161)的上方，在做剪切試驗(yàn)時，垂直承壓滾子(16)的滾子(161)置于下承壓板(17)上，垂直承壓滾子(16)通過滾子(161)與下承壓板(17)滾動連接，上承壓板(1 置于滾子固定架扣板(16 上，垂直承壓滾子(16)的作用為，傳遞垂直推力部件(8)對剪切盒中試樣的壓力，消除垂直加壓對上剪切盒(18)水平剪切位移的影響。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全自動數(shù)字大型凍土直剪儀，其特征在于，所述上剪切盒(18)和下剪切盒00)內(nèi)的凍土試樣內(nèi)數(shù)顯溫度傳感器離剪切面，即剪切盒20和下剪切盒00)的接觸面均為30 50mm，并以上剪切盒(18)和下剪切盒Q0)的垂直中心面對稱分布，相鄰數(shù)顯溫度傳感器的間距為50 100mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全自動數(shù)字大型凍土直剪儀，其特征在于，所述上剪切盒(18)的溫度控制范圍-10°C 20°C，下剪切盒00)的溫度控制范圍-10°C 20°C，分別由包覆在上剪切盒和下剪切盒的外壁的上制冷套和下制冷套以及上剪切盒制冷系統(tǒng)和下剪切盒制冷系統(tǒng)獨(dú)立控溫。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全自動數(shù)字大型凍土直剪儀，其特征在于，所述水平伺服加載和監(jiān)測系統(tǒng)加載和試驗(yàn)參數(shù)為，水平方向最大加載水平推力的范圍為50 400KN， 自動控制加載速度為0. 002 20mm/min，最大剪切位移的范圍為75mm 170mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全自動數(shù)字大型凍土直剪儀，其特征在于，所述垂直伺服加載和監(jiān)測系統(tǒng)加載和試驗(yàn)參數(shù)為，垂直方向最大加載垂直壓力的范圍為50 ^OKN, 自動控制加載速度為0. 002 20mm/min，裝樣過程中最大垂直位移為300mm，試驗(yàn)過程中最大垂直位移為50mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全自動數(shù)字大型凍土直剪儀，其特征在于，所述測控系統(tǒng)為全自動數(shù)字控制，采用16通道數(shù)據(jù)采集儀有壓力、位移、加載速率三種自動控制模式， 數(shù)據(jù)輸出有應(yīng)力-時間、位移-時間和應(yīng)力-位移。
全文摘要
本發(fā)明屬于土木工程設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種全自動數(shù)字大型凍土直剪儀。大型凍土直剪儀由剪切盒、上剪切盒制冷系統(tǒng)、下剪切盒制冷系統(tǒng)、垂直伺服加載和監(jiān)測系統(tǒng)、水平伺服加載和監(jiān)測系統(tǒng)、以及測控系統(tǒng)組成，測定凍土凍融交界面上抗剪強(qiáng)度，或者測定全凍土和全融土抗剪強(qiáng)度。本發(fā)明實(shí)施例的凍土試樣尺寸為305mm×305mm×200mm，采用靜力和分層壓實(shí)方法制備不同初始含水量和干密度的重塑土樣進(jìn)行剪切試驗(yàn)；通過調(diào)節(jié)上、下剪切盒的溫控系統(tǒng)，從而控制剪切盒內(nèi)土溫，保證剪切面與凍土試樣的凍融交界面重合。本發(fā)明解決了凍融交界面上抗剪強(qiáng)度測試難度大、粗顆粒土體剪切試驗(yàn)等難題，為寒冷或高寒地區(qū)土建和交通工程提供合理的設(shè)計(jì)參數(shù)。
文檔編號G01N3/24GK102313673SQ201110221970
公開日2012年1月11日 申請日期2011年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月4日
發(fā)明者馮瑞玲, 劉建坤, 張鴻儒, 李旭, 沈宇鵬, 田亞護(hù), 魏靜 申請人:北京交通大學(xué)