原位直剪仪结构方案设计.pdf

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1、第53卷第6期V01．53No．6农业装备与车辆工程AGRICULTURALEQUIPMENT＆VEHICLEENGINEERING2015年6月June2015doi：10．3969／j．issn．1673—3142．2015．06．008原位直剪仪结构方案设计李军，金嗣淳，别尔德别克·吾赞(100072北京市装甲兵工程学院机械工程系)[摘要]介绍了一种原位直剪仪的结构方案以及该原位直剪仪的使用方法，实现了土壤样本最小扰动条件下的静态土壤参数和动态土壤参数的测量，兼顾便携性和测量的精确性，对地面力学的试验研

2、究有所帮助。[关键词]直剪仪；结构；使用方法[中图分类号]TU415[文献标志码]A[文章编号]1673—3142(2015)06—0030—04StructuralPlanofApplicationforSituDirectShearDeviceLiJun，JinSichun，BierdebiekeWuzan(DepartmentofMechanicalEngineering，AcademyofArmoredForceEngineering，Beijing100072，China)[Abstract]Ast

3、ructuralplanandmethodofapplicationforaSitudirectsheardeviceisintroduced，whichcanbeachievedtomeasurestaticanddynamicsoilparametemwithminimumspecimendisturbanceandbegoodportabilityandaccuraey．Thestructuralplancouldhavesomehelpforterramechanicsexperimentalstud

4、y．[Keywords]directsheardevice；structure；methodofapplication0引言1结构方案直剪仪主要应用于测量土壤的抗剪切强度参数内摩擦角和凝聚力的值，由于其试验操作方便，在工程中仍广泛应用。现阶段，直剪仪主要有两大类：第一类是室内用直剪仪，试验样品土壤主要用环形刀从野外获取．这就导致了土壤样品的扰动，不足以代表野外土壤的实际状态【11，对于灵敏度较高的软粘土，扰动所导致的测量值影响更加明显，室内用直剪仪的改进型．主要集中在应变控制和参数获取的机电化．采用电机实现应

5、变控制和传感器的参数测取，但仍无法排除土壤样品所受扰动的影响；第二类是便携式直剪仪，比如十字板剪力仪或扭翼式剪切测量仪，虽然可以直接用于野外测试。但由于其结构的限制无法获取准确的参数，不宜用于理论的研究，更适合实际的应用判断。与此同时，无论是室内直剪仪还是野外便携式直剪仪，主要应用于土力学领域，所测值代表静态土壤参数，应用于地面力学时有一定的局限性，不足以代表真实情况。基于以上情况，设计了一种原位直剪仪，在最大化减小土壤样本扰动的前提下．精确测量土壤的抗剪切强度参数，并可进行动态剪切试验。收稿13期：2015

6、—03—25修回13期：2015—04—23原位直剪仪结构方案如图1所示。1．底板2．电机3．牵引轴4．水平调节杆5．钢丝导向杆6．位移传感器7．上方形盒8．配重9．下方形盒10．导向挡板11．拉力架12．拉力传感器13．钢丝14．传动齿轮图1原位直剪仪结构图Fig．1Structuredrawingofsitudirectsheardevice原位直剪仪整体尺寸为750mmx280mmx200mm。虽然圆环形的土壤取样器对土壤的扰动较小，但是由于圆形土壤样本在剪切面应力分布不均匀【2】，为减小这种不均匀性，

7、将取样器设计成方形，上下方形盒对合在一起构成土壤取样容器，对合面即为剪切试验的剪切平面。方形盒内尺寸为100mmxl00mm．尺寸的确定主要出于以下原因考虑：(1)相对较大尺寸的土壤样本剪切面在数据的测量方面更加可靠，外界的干扰以及测量的第53卷第6期李军等：原位直剪仪结构方案设计3l误差对其影响有限；(2)考虑到土壤取样的方便性，尺寸不宜过大；(3)考虑到整个仪器的便携性；(4)在做动态剪切试验时，为了更接近实际装甲车辆对地面的压强大小，以达到相近的压强数值，配重的大小尺寸限制。权衡各方面原因，在确定的尺寸

8、范围内选取了100mmxl00mm作为土壤样本的界面尺寸大小。底板上开有同样100mmxl00mm的方形孔，用于穿过方形盒，并固定下方形盒位置。在底板周围处设计有6个水平调节杆，用于支撑并调节地板的位置状态。直流电机安装在底板一端，通过传动齿轮使连接有钢丝绳的牵引轴转动，产生剪切力。钢丝导向杆用于使钢丝绳所产生的力与剪切面处于同一水平面内，保证测量的准确性。钢丝绳另一端与固连在拉力架上的拉力传感器连