本实用新型涉及一种土工试验仪器，特别涉及一种大型可视化循环直剪仪。
背景技术：
目前直剪试验广泛应用于岩土工程中确定岩土体的抗剪强度指标与研究不同材料接触面剪切特性，有操作简单、迅速准确的特点。
大型直剪仪相比于小型直剪仪，可以对粗粒径土样的强度指标进行准确测定，通过采用大尺寸土样也在一定程度上改善了土体边界受力条件，所以大型直剪仪得到的强度指标也更加准确。
中国专利cn102607966a公开的循环荷载作用大型接触面特性直剪仪，采用上下剪切盒尺寸不等的设计，在下剪切盒侧壁添加刚性块使上下剪切面面积相等。适用于研究土体之间、土工合成料之间以及土体-土工合成料之间的等剪切面或变剪切面试验，但该设备不能够实现高围压的施加，而且箱体不透明，不能够直观地监测到试样内部的剪切破坏现象。中国专利cn207570895u公开的一种室内大型直剪仪，采用下剪切盒固定，上剪切盒水平移动使试样变形更加均匀，在剪切盒竖向和侧向采用两个油压千斤顶，通过油泵连接液压千斤顶施加竖向压力和水平推力，可用于大粒径的土样进行强度测定以及不同级配土接触面间指标测定，也可以用于路基检测。而该装置同样地不能够实现高围压的施加，不能够直观监测到试样内容的剪切破坏现象，而且不能够实现循环加载。
技术实现要素：
本实用新型针对上述现有技术的不足，提供一种大型可视化循环直剪仪，可同时实现单向或循环剪切，使直剪试验过程可视化，实现高围压的施加，并且基本消除剪切盒之间的摩擦力。
本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：
本实用新型提供一种大型可视化循环直剪仪，包括剪切盒、水平加载装置、竖向加压装置；
剪切盒分上剪切盒和下剪切盒，下剪切盒固定不动，上剪切盒水平运动实现剪切；
水平加载装置包括水平支座、作动器和反力墙；其中，作动器固定安装在水平支座上，作动器头部与上剪切盒通过法兰连接，作动器轴线通过上剪切盒的中心，反力墙设置在作动器尾部；作动器上自带力与位移传感器实现力与位移的自动监测；
竖向加压装置包括设置在上剪切盒顶部的外接有高压气瓶的加压气囊以及设置在加压气囊顶部的反力系统。
作为本实用新型的进一步优化方案，所述下剪切盒焊接在一块底板上，底板的四周设置有若干螺栓，螺栓穿过底板插入地面从而固定住底板与下剪切盒。
作为本实用新型的进一步优化方案，所述上剪切盒底部、下剪切盒顶部设有限位凹槽；若干滚珠设置于上下剪切盒的限位凹槽中。
作为本实用新型的进一步优化方案，所述剪切盒与剪切方向平行的两个侧面中的一个侧面的材料为透明有机玻璃，其余各面为高强度钢板。
作为本实用新型的进一步优化方案，所述反力系统包括设置在加压气囊顶部的承压钢板、设置在承压钢板顶部的反力钢板和设置在剪切盒两侧的边立柱，反力钢板与边立柱连接形成稳固的反力架；反力钢板与承压钢板之间设有若干组滚动滑轮。
作为本实用新型的进一步优化方案，所述边立柱上还设置有能对滚动滑轮进行限位的定位垫片。
作为本实用新型的进一步优化方案，所述底板处设置有若干限位孔用以固定边立柱。
本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1.剪切盒平行于剪切方向的一面采用有机玻璃制成，实现剪切过程的可视化，便于观察剪切过程中材料内部的颗粒错动现象；
2.下剪切盒顶部设置有限位凹槽和滚珠，有效消除了剪切盒之间的摩擦力；
3.作动器可实现水平方向的单向或循环加载，并且可自动监测力与位移的试验数据，试验操作简单、效率高；
4.竖向加压系统采用外接有高压气瓶的加压气囊，压力分布均匀且加卸载，而且可以实现高围压的施加。
附图说明
图1显示了本实用新型一种大型可视化循环直剪仪的主视图；
图2显示了本实用新型的剪切盒、底板及竖向加压装置的侧视图；
图3显示了本实用新型剪切盒及底板的俯视图。
其中：1.限位螺栓；2.底板；3.下剪切盒；4.滚珠；5.承压钢板；6.边立柱；7.反力钢板；8.定位垫片；9.滚动滑轮；10.加压气囊；11.上剪切盒；12.法兰连接；13.作动器；14.水平支座；15.反力墙；16.有机玻璃面；17.高强度钢板面。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
如图1和图2所示，一种大型可视化循环直剪仪，包括剪切盒、水平加载装置、竖向加压装置。剪切盒分上剪切盒11和下剪切盒3，下剪切盒3固定不动，上剪切盒11水平运动实现剪切。水平加载装置包括水平支座14、作动器13和反力墙15，作动器13固定安装在水平支座14上，作动器13头部与上剪切盒11通过法兰连接12，作动器13轴线通过上剪切盒11的中心，反力墙15设置在作动器13尾部；作动器13上自带力与位移传感器实现力与位移的自动监测。竖向加压装置包括设置在上剪切盒11顶部的外接有高压气瓶的加压气囊10以及设置在加压气囊10顶部的反力系统。剪切动力由作动器13提供。
如图3所示在本实施例中剪切盒的可视化面16的材料优选为有机玻璃，其余各面17为钢材或其他高强度材料。
上述加压气囊10尺寸与上剪切盒11内壁尺寸相同，无缝放置在上剪切盒11顶部。
上述下剪切盒3焊接在一块底板2上，底板2的四周设置有若干限位螺栓1，限位螺栓1穿过底板2插入地面从而固定住底板2与下剪切盒3。底板2优选为厚度1cm的铝合金板，四周用三角加筋板进行加固。
上剪切盒11底部、下剪切盒3顶部设有限位凹槽；若干滚珠设置于上下剪切盒的限位凹槽中。
反力系统优选包括承压钢板5、反力钢板7和边立柱6，边立柱6插入底板2上的限位孔中，与底板2焊接相连；边立柱6再与反力钢板7连接，形成稳固的反力架；反力钢板7与承压钢板5之间有若干组滚动滑轮9。边立柱6上还设置有能对滚动滑轮9进行限位的定位垫片8。
上述承压钢板5的顶部设置有与剪切方向平行的滑轮槽，滚动滑轮能够沿着滑轮槽自由滑动，在试验过程中，承压钢板5因滚动滑轮的滚动而随着土体运动，使竖向受压均匀不变。
通过高压气瓶对加压气囊10加压，加压气囊10通过其顶部的反力系统将气压传递至土体中，通过对加压气囊中气体加压载荷的控制，从而能够对土体施加有效的竖向压力。
剪切动力的来源优选为安装在水平平台14上的作动器13，作动器13尾部设置一堵反力墙15，可以实现单向或循环剪切。
上剪切盒11与作动器13的连接方式优选为如图1中的法兰连接12：在上剪切盒11靠近作动器的侧面中心处焊接一块钢板，再由钢板上焊接引出一根钢管，钢管与作动器头部通过法兰连接在一起。
以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本实用新型的保护范围。
1.一种大型可视化循环直剪仪，其特征在于，包括剪切盒、水平加载装置、竖向加压装置；
剪切盒分上剪切盒和下剪切盒，下剪切盒固定不动，上剪切盒水平运动实现剪切；
水平加载装置包括水平支座、作动器和反力墙；其中，作动器固定安装在水平支座上，作动器头部与上剪切盒通过法兰连接，作动器轴线通过上剪切盒的中心，反力墙设置在作动器尾部；作动器上自带力与位移传感器实现力与位移的自动监测；
竖向加压装置包括设置在上剪切盒顶部的外接有高压气瓶的加压气囊以及设置在加压气囊顶部的反力系统。
2.根据权利要求1所述的一种大型可视化循环直剪仪，其特征在于，所述下剪切盒焊接在一块底板上，底板的四周设置有若干螺栓，螺栓穿过底板插入地面从而固定住底板与下剪切盒。
3.根据权利要求1所述的一种大型可视化循环直剪仪，其特征在于，所述上剪切盒底部、下剪切盒顶部设有限位凹槽；若干滚珠设置于上下剪切盒的限位凹槽中。
4.根据权利要求1所述的一种大型可视化循环直剪仪，其特征在于，所述剪切盒与剪切方向平行的两个侧面中的一个侧面的材料为透明有机玻璃，其余各面为高强度钢板。
5.根据权利要求1所述的一种大型可视化循环直剪仪，其特征在于，所述反力系统包括：设置在加压气囊顶部的承压钢板、设置在承压钢板顶部的反力钢板和设置在剪切盒两侧的边立柱，反力钢板与边立柱连接形成稳固的反力架；反力钢板与承压钢板之间设有若干组滚动滑轮。
6.根据权利要求5所述的一种大型可视化循环直剪仪，其特征在于，所述边立柱上还设置有能对滚动滑轮进行限位的定位垫片。
7.根据权利要求2所述的一种大型可视化循环直剪仪，其特征在于，所述底板处设置有若干限位孔。
技术总结