直剪試驗儀(直接剪切試驗儀)是巖土工程中用于測定土體抗剪強度的常用設備,其結(jié)構(gòu)設計和功能實現(xiàn)依賴于剪切盒、垂直加荷系統(tǒng)、測力環(huán)和水平加荷系統(tǒng)等核心部件。
一、直剪試驗儀核心組成部分與功能:
1.剪切盒
作用:
容納土樣并模擬剪切破壞過程。通常由上下兩個剛性盒組成,通過相對位移產(chǎn)生剪切面。
結(jié)構(gòu)設計:
材質(zhì):不銹鋼或高強度合金,防止變形和腐蝕;
尺寸:標準剪切盒面積(根據(jù)土樣特性選擇);
透水性:盒壁設有透水孔(可控制排水條件,如固結(jié)快剪、慢剪試驗)。
關鍵功能:
固定土樣并傳遞法向壓力和剪切力;
通過位移傳感器監(jiān)測剪切位移(部分儀器配備)。
2.杠桿式垂直加荷系統(tǒng)
作用:
為土樣施加法向壓力(σ),模擬土體在不同壓實狀態(tài)下的受力條件。
工作原理:
通過杠桿原理放大砝碼重量,產(chǎn)生穩(wěn)定的法向壓力;
砝碼分級加載,可實現(xiàn)多級法向壓力試驗。
技術特點:
精準加載:杠桿比固定,壓力與砝碼質(zhì)量成線性關系;
穩(wěn)定性:機械結(jié)構(gòu)避免液壓系統(tǒng)漏油或氣壓波動導致的壓力不穩(wěn)定。
3.直剪試驗儀測力環(huán)(或壓力傳感器)
作用:
測量剪切過程中土樣產(chǎn)生的抗剪力(τ),計算抗剪強度參數(shù)。
工作原理:
機械式測力環(huán):通過彈性環(huán)變形量換算力值(需預先標定);
電子式傳感器:直接輸出電信號,實時顯示剪切力。
技術特點:
量程需覆蓋土樣抗剪強度范圍;
定期校準以確保測量精度。
4.水平向電動加荷系統(tǒng)
作用:
以恒定速率推動剪切盒,模擬土體在法向壓力下的剪切破壞過程。
工作原理:
電機驅(qū)動齒輪或螺桿,推動剪切盒相對位移;
部分儀器支持手動與自動切換,適應不同試驗需求。
技術特點:
勻速控制:避免速率過快導致應力集中或過慢引起土樣固結(jié);
位移保護:到達設定剪切位移后自動停機(如位移限值為10mm)。
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