一种旋转滚珠叠环式剪切盒及具有该剪切盒的环剪仪

技术领域

本发明涉及岩土工程力学性能试验设备领域，特别涉及一种旋转滚珠叠环式剪切盒及具有该剪切盒的环剪仪。

背景技术

环剪仪是一种可以测定土体在大剪切位移条件下力学特性的土工试验设备，主要用于研究土体在剪切面生成后的残余强度性质，其对于边坡的稳定性分析、地质灾害发生的力学机制研究以及其边坡渐进式破坏过程研究等具有重要的学术意义和工程应用价值。

常规的环剪试验即在试验过程中，保持试样剪切面面积不变，在连续的位移下发生大变形剪切，试验时，通过对环形试样加载竖向压力以及扭转剪力，获得岩土的抗剪强度，从而得出其在位移发生变化时的相应规律。

现有环剪仪大致分为两种，Bromhead式环剪仪和Bishop式环剪，Bromhead式环剪仪的环剪盒为不开缝的整体式，顶部的荷载顶板扭转施加扭矩，但剪切破坏通常不是发生在土体中间部位，而是出现于土体试样顶部，Bishop式环剪仪采用上下分离的试样盒，上盒固定不动，下盒旋转，由于试样侧壁与试样盒内壁存在摩擦力，从而影响试验精度。

因此，需要提供一种旋转滚珠叠环式剪切盒及具有该剪切盒的环剪仪予以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种旋转滚珠叠环式剪切盒及具有该剪切盒的环剪仪，在于现有技术中由于试样侧壁与试样盒内壁存在一定的摩擦力，从而影响试验精度的问题。

本发明提供了一种旋转滚珠叠环式剪切盒，包括：

上盒，其包括：柱体I，其中部开设有安装孔I，其底部绕安装孔I设置有环形件I，绕环形件I中心开设有环形槽I，所述环形槽I内底部均布开设有多个用于穿设压柱的导向孔；

压环，设置在环形槽I内，其顶部连接在压柱的下端部；

下盒，其包括：柱体II，其中部开设有安装孔II，其顶部绕安装孔II设置有环形件II，绕环形件II中心开设有环形槽II，所述环形槽II能套装设置在环形件I上；

内动环和外动环，内动环的内圈套装在环形槽II对应的内壁上，外动环外圈套装设置在环形槽II对应的内壁上；其中，内动环和外动环均为叠环结构，叠环结构包括：多个沿外动环中心线方向依次叠加在一起的环体；

多个滚珠，均布设置在每两个相邻的环体的接触面上。

优选地，还包括两个环形的垫板，两个垫板对应设置在内动环、外动环的顶部，且垫板和环形槽II的内壁固定。

优选地，垫板的宽度大于环体的宽度。

优选地，所述滚珠和环体之间的空隙内填充有黄油。

优选地，还包括环板，所述环板设置在环形槽II的内底面，所述环板的顶部设置有磨砂面。

优选地，所述环板顶部均布设置有多个凸起条

优选地，所述环形件I和环形槽II的两个内壁之间均设置有密封件。

本发明还一种具有旋转滚珠叠环式剪切盒的环剪仪，包括剪切盒，所述剪切盒的上盒通过压柱封套和环剪仪的压柱可拆卸连接；下盒的柱体II底部和环剪仪的转台连接。

优选地，所述剪切盒的环板上均布开设有多个通孔。

优选地，还包括水路检测结构，所述水路检测结构包括水箱，所述水箱通过注水管道I和下盒的环板上的多个通孔连通，所述注水管道I上设置有开关阀和压力表，所述压柱的一侧连接有管道II，所述管道II上设置有溢流阀，管道II的一端穿设到压柱内与压柱内从下底面开设的竖直的孔连通。

本发明的有益效果：

1、本发明提供的一种旋转滚珠叠环式剪切盒及具有该剪切盒的环剪仪，能大规模使用。

2、本发明提供的一种旋转滚珠叠环式剪切盒及具有该剪切盒的环剪仪，通过设置滚珠叠环式剪切盒，在剪切盒的下盒内设置外动环和内动环，由于外动环和内动环均为叠环结构，叠环间各均布设置有滚珠，滚珠与叠环间空隙由黄油填充，阻止了空气与水进入，当环剪仪加载试验进行时，转台带动下盒转动，下盒的叠环结构的环体随之转动，因此，滚珠叠环的设计克服了试验过程中剪切盒侧壁与试样侧壁间的侧向摩擦力，提高了试验精度，实用性强，值得推广。

附图说明

图1为本发明环剪仪的结构示意图；

图2为本发明滚珠叠环式剪切盒的结构示意图；

图3为本发明环板的结构示意图。

图4为本发明滚珠叠环式剪切盒下盒结构的俯视图；

图5为本发明滚珠叠环式剪切盒上盒结构的剖视图；

图6为本发明滚珠叠环式剪切盒上盒结构的俯视图；

图7为本发明滚珠叠环式剪切盒下盒结构的剖视图。

附图标记说明：

1、气缸；2、活塞杆；3、支撑板；4、加载梁；5、扭矩传感器；6、传力柱；7、导向筒；8、固定板；9、立柱；10、固定梁；11、剪切盒；12、溢流阀；13、水箱；14、开关阀；15、压力表；16、转台；17、工作台；18、滚条；19、主动链轮；20、控制柜；21、旋转电机；22、从动链轮；23、环形试样；110、柱体I；111、压柱封套；112、压柱；113、螺钉；114、角度位移传感器；115、密封件；116、压环；117、外动环；118、内动环、119、环板；120、滚珠、121、垫板、122、柱体II。

具体实施方式

下面结合附图1和附图3，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

实施例1

如图2-图7所示，本发明实施例提供了一种旋转滚珠叠环式剪切盒及具有该剪切盒的环剪仪，包括：如图2、5、6所示，上盒，其包括：柱体I110，其中部开设有安装孔I，其底部绕安装孔I设置有环形件I，绕环形件I中心开设有环形槽I，所述环形槽I内底部均布开设有多个用于穿设压柱112的导向孔；压环116，设置在环形槽I内，其顶部连接在压柱112的下端部；如图2、4、7所示下盒，其包括：柱体II122，其中部开设有安装孔II，其顶部绕安装孔II设置有环形件II，绕环形件II中心开设有环形槽II，所述环形槽II能套装设置在环形件I上；内动环118和外动环117，内动环118的内圈套装在环形槽II对应的内壁上，外动环117外圈套装设置在环形槽II对应的内壁上；其中，内动环118和外动环117均为叠环结构，叠环结构包括：多个沿外动环117中心线方向依次叠加在一起的环体；多个滚珠120，均布设置在每两个相邻的环体的接触面上，其中内动环118和外动环117之间形成了容纳环形试样23的环形空隙。

实施例2

在实施例1的基础上，为了克服了拆装环形试样23过程中，叠环的环体和滚珠120掉落的问题，本装置还包括两个环形的垫板121，两个垫板121对应设置在内动环118、外动环117的顶部，且垫板121和环形槽II的内壁固定。

其中，垫板121的宽度大于环体的宽度。

实施例3

在实施例1的基础上，为了进一步减小环形试样23与下盒的环形槽II的内壁的摩擦力，所述滚珠120和环体之间的空隙内填充有黄油。

实施例4

在实施例1的基础上，本装置还包括环板119，所述环板119设置在环形槽II的内底面，所述环板119的顶部设置有磨砂面；其中，所述环板119顶部均布设置有多个凸起条。目的是在环形试样23置于环板119上时，其上的凸起条会嵌入土样，从而起到固定环形试样23的作用。

其中，所述环形件I和环形槽II的两个内壁之间均设置有密封件115，密封件115选用O形橡胶圈。

如图1所示，本发明还公开一种具有旋转滚珠叠环式剪切盒的环剪仪，包括剪切盒，所述剪切盒的上盒通过螺钉113将压柱封套111和环剪仪的压柱112可拆卸连接；下盒的柱体II122底部和环剪仪的转台16连接。

其中，所述剪切盒的环板119上均布开设有多个通孔。

其中，还包括水路检测结构，所述水路检测结构包括水箱13，所述水箱13通过注水管道I和下盒的环板119上的多个通孔连通，所述注水管道I上设置有开关阀14和压力表15，所述压柱112的一侧连接有管道II，所述管道II上设置有溢流阀24，管道II的一端穿设到压柱112内与压柱112内从下底面开设的竖直的孔连通。

其中，环剪仪还包括控制柜20，所述控制柜20顶部设置有工作台17，转台16设置在工作台17的顶部，转台16上方通过立柱9架设支撑板3，所述支撑板3上设置有用于给压柱112加载向下的压力的竖向加载装置，控制柜20上设置有驱动转台16转动的驱动装置，驱动装置选用旋转电机21，旋转电机21位于控制柜20内，旋转电机21的输出端连接有主动链轮19，转主动链轮19通过滚条18带动从动链轮22转动，动链轮22转动，通过蜗杆蜗轮机构从而带动转台16转动。

其中，环剪仪还包括竖向加载装置，其包括：竖直向下设置的气缸1，气缸1的输出端连接有水平在设置的加载梁4，加载梁4的两端的底部连接有竖直设置的传力柱6，传力柱6的下端连接有水平设置的固定梁10，固定梁10和压柱112的顶部连接，扭矩传感器5通过固定板8架设在两个立柱9之间，传力柱6穿设在固定板8上，固定板8底部的中心设置有扭矩传感器5，由扭矩传感器5测量扭矩，将测量的扭矩值发送给外接计算机设备记录数据。

工作原理

检测水路通道及孔压：试验开始前应检查环剪仪中的水回路的密封性、贯通性。将水箱13放置高于溢流阀12处，打开下盒上连接的注水管道I的开关阀14和压柱112的管道II的溢流阀12，通过水箱13开始从注水管道开关阀14注水，由于下盒与上盒内侧、上盒外侧间O形橡胶圈和压柱112与压柱封套111间O形橡胶圈的密封作用，以及上盒与压柱封套111接触面涂抹黄油的密封性，下盒、内动环118、外动环117、上盒、压环116、压柱112以及压柱封套111等构件组成了密封的环境，因此，若水回路贯通，注入的水将经环板119下部空腔沿通孔均匀上溢，通过环形试样23后只从压柱112竖直的孔从管道II处溢出，随后关闭溢流阀12，水压传感器23量测的水压有稳定读数，说明水路通道畅通及孔压系统正常，将水箱13放置于低于注水管道开关阀14的位置处，开启溢流阀12，将剪切盒内的水完全排出。

装载试样：试验初期需进行环形试样23的装载，气缸1工作带动活塞杆2伸长，活塞杆2带动加载梁4上升，加载梁4带动传力柱6从而带动固定梁10上升，进而带动压柱112上升，随即带动上盒和压环116升起，叠环结构由垫板121通过内六角螺栓固定在下盒的环形槽II的内壁上，如图在这里可以在环形槽II的上部开设一个槽，从而形成一个台阶，通过六角螺栓将垫板121固定在下盒内的台阶上，这样便限制了叠环的脱落，克服了拆装环形试样23过程中叠环的环体和滚珠120掉落的问题，保证叠环密封，防止滚珠120掉落导致叠环和滚珠120阻尼的改变对试验造成的干扰；之后在环形剪切盒中放入环形试样23，且环形试样23下方垫有可透水的环板119，且其上均匀布设置的凸起条，当环形试样23置于其上时，凸起条会嵌入土样，从而起到固定环形试样23的作用。

饱和试样：环形试样23装载完毕后，将水箱13放置高于溢流阀12处，打开下盒通孔外注水管道上的开关阀14和压柱112通孔外接口管道溢流阀12，通过水箱13开始对环形试样23注水饱和，因下盒与上盒间的O形橡胶圈和压柱112与压柱封套111间O形橡胶圈的密封作用，环形试样23饱和完成后，多余注入的水将只从压柱112通孔外连接的管道溢出，随即关闭注水管道开关阀14及溢流阀12。

进行试验：支撑板3上的气缸1工作，带动加载梁4向下运动，此时传力柱6和扭矩传感器5的固定板8以及压柱112整体向下运动直至与环形试样23上表面接触，气缸1的活塞杆2继续向下运动便可改变施加在环形试样23上的竖向加载力；驱动装置驱动转台16转动，转台16上的固定的下盒转动，叠环在下盒和环形土样之间，环形土样下表面与环板119一起转动，由于压环116接触环形土样上表面，环形土样上表面不转动，从而试样发生扭转，叠环会随着试样的扭转发生转动，叠环和下盒之间有滚珠减小侧向摩擦阻力当下盒带动环板119转动时，上盒外设有刻度盘、角位移传感器114等，外接计算机设备，试验开始前，角位移传感器114归零，开始后转动一定角度，便可经角位移传感器114将数据传送给计算机设备，从而实时存储试验数据，扭矩值可直接通过扭矩传感器5读出，由计算机设备记录数据。

取出试样：试验测试结束后，将水箱13放置于低于注水管道开关阀14的位置处，开启溢流阀12，排出剪切盒内的水，等水完全排出后，控制气缸1工作带动活塞杆2向上运动，从而带动加载梁4向上运动，此时传力柱6和扭矩传感器上座8以及压柱112整体向上运动，即可取出环形试样23。

综上所述，本发明实施例提供的一种旋转滚珠叠环式剪切盒及具有该剪切盒的环剪仪，通过设置滚珠叠环式剪切盒，在剪切盒的下盒内设置外动环和内动环，由于外动环和内动环均为叠环结构，叠环间各均布设置有滚珠，滚珠与叠环间空隙由黄油填充，可阻止空气与水进入，当环剪仪加载试验进行时，转台带动下盒转动，下盒内的叠环结构随之转动，因此，叠环结构在试验过程中克服了剪切盒下盒的侧壁与环形试样间的侧向摩擦力，提高了试验精度，实用性强，值得推广。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。