本發(fā)明涉及一種環(huán)剪試驗儀，具體涉及一種適用于豎向剪切面的環(huán)剪試驗儀，屬于土工試驗裝置技術領域。

背景技術：

直剪儀和單剪儀是較早應用于土體抗剪特性研究的土工試驗儀器。然而，這兩種儀器的局限性在于既不能實現(xiàn)較大位移的土體剪切試驗，也難以在試驗過程中保持剪切面積不變。直到環(huán)剪儀的問世，以上兩個難點才得以解決，同時還保證了試樣可在連續(xù)的位移條件下進行剪切。

環(huán)剪儀的研制開始于20世紀20年代。早期的環(huán)剪儀設計理念較為簡單，功能比較單一，一般主要用于研究土體在剪切面生成后的殘余強度性質；而后，科學技術的發(fā)展也帶動了環(huán)剪儀的不斷改進與完善，首先在試驗精度方面得到了很明顯的提高，此外，儀器的功能開始多樣化，從最開始只能進行簡單的土體強度研究逐漸擴展到可以進行土體剪切破壞過程的研究。在此期間，日本京都大學在環(huán)剪儀器的研發(fā)領域走在了世界前列。其中佐佐恭二教授等成功研制的高速環(huán)剪試驗儀，不僅可以實現(xiàn)計算機全程控制，而且還可通過現(xiàn)場地質條件的高度模擬(例如地震等動荷載環(huán)境，地下水環(huán)境等)來揭示滑坡過程中滑裂面發(fā)生的應力變化、孔隙水壓力變化以及可能的液化現(xiàn)象。最為重要的是，這種環(huán)剪儀實現(xiàn)了高速剪切(剪切速度可達300cm/s)，這一性能為高速遠程滑坡成因機理的研究提供了試驗基礎。

上述的這些環(huán)剪儀一般都是基于以下特點進行設計：剪切面的法向與剪切角速度矢量方向平行。然而，這一特點會引起如下問題：剪切過程中整個剪切面上角速度的一致，將引起沿半徑方向剪切面上的剪位移不同，從而導致剪應力分布不均。

為此，設計者通常將剪切環(huán)的厚度設計的足夠小，以此來減小內外環(huán)間的剪應力差距，并且采用試樣中心環(huán)處的剪位移及剪應力來代表整個接觸面上的位移和應力，從而忽略剪應力分布不均引起的誤差。如此一來，這種類型環(huán)剪儀的剪切面厚度受限于較小值，因而試驗樣中不允許有大顆粒存在，但是實際滑坡滑帶土內往往存在很多大粒徑的塊石，通過現(xiàn)有環(huán)剪儀進行環(huán)剪試驗難以模擬滑坡滑帶土的實際力學性質。

技術實現(xiàn)要素：

基于現(xiàn)有環(huán)剪儀存在的剪切面剪應力分布不均、剪切面厚度較小、試驗樣不允許有大顆粒存在的不足，本發(fā)明旨在提供一種適用于豎向剪切，即剪切面法向與剪切角速度矢量方向垂直的環(huán)剪試驗儀，可用于測試碎石土的峰值強度和殘余強度，進行土體應變軟化特性研究，同時適用于土在大剪切位移條件下的力學特性研究。

實現(xiàn)本發(fā)明目的所采用的技術方案為，一種適用于豎向剪切面的環(huán)剪試驗儀，至少包括剪切盒、升降系統(tǒng)、動力旋轉系統(tǒng)和框架，所述剪切盒包括轉動室和不動室兩部分，其中轉動室包括剪切盒外罩、環(huán)形底板和1塊以上豎直放置的剪切板，剪切板沿環(huán)形底板徑向均勻固定于環(huán)形底板上，剪切盒外罩罩扣于環(huán)形底板和剪切板上，所述剪切盒外罩的罩殼與環(huán)形底板通過設置于二者之間的導條和導槽裝配固定，剪切盒外罩的頂板為環(huán)板，其上開設有與剪切板數(shù)量相同的剪切板槽，供剪切板嵌入，剪切盒外罩的頂板與動力旋轉系統(tǒng)的旋轉力臂連接，傳遞扭矩；所述不動室包括橡皮墊圈、聯(lián)軸壓板和圓柱形支撐平臺，所述聯(lián)軸壓板對中嵌于剪切盒外罩頂板的中心孔中，并且由升降系統(tǒng)驅動進行法向力加載，所述圓柱形支撐平臺與框架固連，環(huán)形底板對中嵌套于圓柱形支撐平臺上，并且通過橡皮墊圈控制兩者之間縫隙的大小。

所述圓柱形支撐平臺的中心凸起，環(huán)形底板對中嵌套于該凸起部上，在環(huán)形底板與圓柱形支撐平臺的其余部分之間設有下盤滾珠，下盤滾珠與環(huán)形底板下表面接觸。

所述升降系統(tǒng)包括液壓升降機、變頻器和液壓升降臺，液壓升降機固定于框架上，通過變頻器驅動液壓升降臺升降，聯(lián)軸壓板與設置于液壓升降臺中心的豎軸固連。

所述液壓升降臺為三層倒塔型結構，液壓升降機與上層固連，中層下表面上安裝有導軌，底層臺面中心設有一豎軸，該豎軸與聯(lián)軸壓板固連。

所述動力旋轉系統(tǒng)安裝于液壓升降臺下部，包括電機、齒輪、空心齒輪軸、豎向軸承和上盤滾珠，所述空心齒輪軸套裝于液壓升降臺的豎軸上，豎向軸承裝配于二者之間，空心齒輪軸的下端與旋轉力臂固連，上盤滾珠安裝于空心齒輪軸頂面上并且與液壓升降臺的底層臺面相接觸，所述電機通過滑塊安裝于液壓升降臺中層的導軌上，齒輪安裝于電機輸出軸上、與空心齒輪軸嚙合。

所述框架包括底座和固定于底座兩側的兩根立柱，液壓升降機固定于兩根立柱上，液壓升降臺上層的左右兩端分別開有導孔，供框架的兩根立柱穿過。

還包括監(jiān)測控制系統(tǒng)，監(jiān)測控制系統(tǒng)包括控制器、信號傳輸電纜、角位移傳感器、轉動力矩傳感器和2個以上土壓力計，角位移傳感器安裝在旋轉力臂上，轉動力矩傳感器安裝于空心齒輪軸的中部齒圈上，各土壓力計均勻分布于剪切盒內的土樣中，角位移傳感器、轉動力矩傳感器和土壓力計均通過信號傳輸電纜接入控制器，升降系統(tǒng)的液壓升降機和動力旋轉系統(tǒng)的電機均由控制器控制運行。

所述框架的底座與圓柱形支撐平臺為一體結構，圓柱形支撐平臺的中部開有排水槽，排水槽的槽口表面鋪有一層毛布，槽內鋪設一塊濾水板，槽底與排水管連通。

所述框架底座的邊緣處開有環(huán)形槽，供剪切盒外罩的下端嵌入。

所述聯(lián)軸壓板的下表面上以及圓柱形支撐平臺的上表面上均沿徑向均勻設置2條以上凸條。

由上述技術方案可知，本發(fā)明提供的適用于豎向剪切面的環(huán)剪試驗儀，主體包括剪切盒、液壓升降系統(tǒng)、動力旋轉系統(tǒng)、框架和監(jiān)測控制系統(tǒng)五個功能部分，其中框架為其他功能部分的安裝提供安裝位，框架的左右兩側的立柱，主要用于傳遞液壓升降系統(tǒng)反施給它的作用力，采用大型號螺栓將框架固定在水泥地面上，使其在試驗過程中起到保護試驗設備以及提供支撐反力的作用；剪切盒用于進行土樣的環(huán)剪試驗，包括轉動室和不動室兩部分，剪切盒外罩是轉動傳遞構件，剪切盒外罩與環(huán)形底板通過設置于二者之間的導條和導槽裝配固定，圓柱形支撐平臺是框架底座的一部分，同時又是剪切盒的一個組成部分，主要起到支撐土樣并提供反向壓力的作用，圓柱形支撐平臺中部凸出的圓形平臺與聯(lián)軸壓板一起構成不動室的上下界面，圓柱形支撐平臺臺面上沿徑向等角度分布有多條梯形凸條，圓柱形支撐平臺四周凹陷構成環(huán)形槽，主要是為了滿足剪切盒外罩在試樣固結加載過程中有足夠的下降空間；當旋轉力臂傳遞豎向壓力時，剪切盒外罩可憑借內側壁豎向導條沿著環(huán)形底板上開設的導槽向下運移，剪切板可沿著剪切盒外罩頂端面剪切板槽上升，剪切板槽可允許剪切板沿著槽口通過，聯(lián)軸壓板可在液壓升降臺的控制下產(chǎn)生向下位移，逐級對土樣施加豎向壓力，因此可實現(xiàn)土樣的固結以及土壓力的傳遞，聯(lián)軸壓板底面上沿徑向等角度分布有多條倒梯形凸條，下壓時，聯(lián)軸壓板底面上以及圓柱形支撐平臺臺面上的凸條共同深深軋入土體，起到固定不動室內土樣的作用；當旋轉力臂提供轉動力矩時，剪切盒外罩跟著一起轉動，由于剪切盒外罩內側壁的導條卡住環(huán)形底板的導槽，以及剪切板卡住剪切盒外罩頂端面剪切板槽，因此環(huán)形底板沿著下盤滾珠被帶著一起轉動，轉動室形成，在環(huán)形底板上沿環(huán)形底板徑向均勻固定多塊剪切板，將環(huán)形底板對中嵌套于框架底座的圓柱形支撐平臺上，并在兩者之間設有一圈橡皮圈以控制兩者間縫隙的大小，同時環(huán)形底板之下布設有下盤滾珠以方便環(huán)形底板進行定軸轉動，如此，在轉動力矩作用下，環(huán)形底板帶動剪切板進行圓周運動所產(chǎn)生的內圓柱側面即為豎向剪切面。

液壓升降系統(tǒng)與框架相連，包括液壓升降機、變頻器和液壓升降臺，左右液壓升降機分別安裝在框架左右兩側的立柱上，變頻器用以調節(jié)液壓升降機的升降速率，液壓升降臺在主視圖上呈上中下三層倒塔形，上層為長方體厚平板，其左右兩端分別開有導孔，以供框架的兩根立柱從中穿過，同時上層兩端與固定在框架立柱上的液壓升降機相連，可使液壓升降臺在液壓升降機的驅動下升降；中層為一個尺寸相對上層較小的平板，與上層實為一體，中層下表面上安裝有導軌，供動力旋轉系統(tǒng)的電機沿導軌左右滑動；底層為一個加壓臺面，臺面正中焊有一豎軸，該豎軸與聯(lián)軸壓板相焊接，使其構成一個整體，起到向聯(lián)軸壓板傳遞豎向壓力的作用。

動力旋轉系統(tǒng)安裝于液壓升降臺下部，包括電機、齒輪、空心齒輪軸、豎向軸承和上盤滾珠，空心齒輪軸是一根中空的可以轉動的豎軸，其中部挖空使得前述的豎軸嵌套在其中，空心齒輪軸內部設有帶滾珠的豎向軸承，可使空心齒輪軸圍繞中心豎軸任意轉動，空心齒輪軸頂部端面上設置上盤滾珠，并與液壓升降臺底層位于豎軸外側的區(qū)域直接相抵，既可傳遞液壓升降臺施加的固結壓力，也可使空心齒輪軸繞豎軸自由旋轉；空心齒輪軸中部凸出的齒圈與左右兩部電機輸出軸上的齒輪相嚙合，并由其帶著轉動空心齒輪軸底部與四條均勻分布的旋轉力臂焊接，可將轉動力矩通過旋轉力臂傳遞給剪切盒；電機安裝在前文所述液壓升降臺中層的導軌之上，憑借輸出軸上的齒輪與前述空心齒輪軸上的齒圈相嚙合，電機可將的動力傳遞給空心齒輪軸，當試樣進行前期固結時，電機可沿著導軌滑向兩邊，使之與空心齒輪軸分離；當需要進行式樣剪切時，電機需重新沿著導軌向內滑動，使電機傳動軸上的齒輪與空心齒輪軸上的齒輪逐漸嚙合，而后開始剪切試驗。

考慮到土樣固結時內部水分需要排除，本發(fā)明在框架底座的圓柱形支撐平臺中設置排水槽，排水槽的槽口表面鋪有一層毛布，槽內鋪設一塊濾水板，過濾水中夾雜的土樣顆粒，槽底與排水管連通，主要在土樣固結和剪切過程中起到排水作用；排水管設置在框架底座內，與排水槽底部相連，用于控制試驗過程中的排水。

此外，本發(fā)明還設置監(jiān)測控制系統(tǒng)，監(jiān)測控制系統(tǒng)可用于實現(xiàn)人機交互，試驗人員可通過控制器對試驗過程進行操作控制，同時通過控制器來儲存和反饋試驗中傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)包括控制器、信號傳輸電纜、角位移傳感器、轉動力矩傳感器和2個以上土壓力計；角位移傳感器安裝在旋轉力臂上，用于測量剪切過程中剪切盒轉動過的角度，該傳感器及時地將監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋給控制器，以便控制器儲存數(shù)據(jù)或及時做出相關指令對電機進行伺服控制；轉動力矩傳感器安裝于空心齒輪軸的中部齒圈上，用于監(jiān)測剪切過程中電機提供的轉動力矩，同時該傳感器可將數(shù)據(jù)及時反饋給控制器，以方便控制器儲存數(shù)據(jù)或及時做出相關指令對電機進行伺服控制；土壓力計分成四個豎排，每一豎排各有四個土壓力計，由上至下等間距分布，四個豎排呈圓柱形布設于剪切盒不動室的土樣內，位置靠近于設定好的圓柱形剪切面，土壓力計的測力面平行于剪切面，主要用于測量在試樣加載以及剪切過程中垂直于剪切面上的正壓力，土壓力計可通過信號傳輸電纜將測得的壓力數(shù)據(jù)實時地反饋給控制器，則控制器可以及時對液壓升降臺進行伺服控制以調節(jié)對試樣的加卸載，從而保證在試樣剪切過程中垂直剪切面上的正壓力保持不變。

與現(xiàn)有環(huán)剪儀相比，本發(fā)明提供的適用于豎向剪切面的環(huán)剪試驗儀的優(yōu)點在于：

1、本發(fā)明設計出了一種產(chǎn)生豎向圓柱形剪切面的試驗裝置，其剪切面的法向垂直于剪切角速度矢量方向。

2、本發(fā)明可以實現(xiàn)大位移剪切和保持剪切面積不變的同時，能夠確保剪切面上剪切位移和剪切應力分布均勻，豎向剪切面由多塊剪切板旋轉形成，以控制剪切過程中豎向剪切破壞面的均勻形成，可避免因剪切板過少或布設不均勻導致的剪動過程中剪切面土體破壞不均勻的現(xiàn)象。

3、本發(fā)明提供的適用于豎向剪切面的環(huán)剪試驗儀不同于以往的環(huán)剪試驗儀，本發(fā)明的環(huán)剪試驗儀對剪切面的寬度沒有要求，因此試樣的尺寸不受限制，可適用于大顆粒土石混合體的大型剪切試驗，更容易模擬滑坡滑帶土實際的力學性質。

4、本發(fā)明配套有計算機伺服控制系統(tǒng)，可以對液壓升降系統(tǒng)進行控制，可根據(jù)試驗需求實時地對試樣進行加卸載，并可通過計算機實時地接收監(jiān)測數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行儲存。

5、本發(fā)明的計算機伺服系統(tǒng)，可通過接收轉動力矩傳感器反饋回來的監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時對電機做出相關指令，實現(xiàn)力矩控制。

6、本發(fā)明的計算機伺服系統(tǒng)，可通過接收角位移傳感器反饋回來的監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時對電機做出相關指令，實現(xiàn)位移控制。

7、本發(fā)明的計算機伺服系統(tǒng)，可通過接收土壓力計反饋回來的監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時對液壓升降臺進行伺服控制以調節(jié)對試樣的加卸載，從而保證在試樣剪切過程中垂直剪切面上的那一級正壓力保持不變。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的適用于豎向剪切面的環(huán)剪試驗儀的結構圖。

圖2為圖1的aa向剖面圖。

圖3為圖1的bb向剖面圖。

圖4為圖1的cc向剖面圖。

圖5為環(huán)形底板與剪切板的連接結構圖。

其中，1-框架，2-液壓升降機，3-變頻器，4-齒輪，5-角位移傳感器，6-聯(lián)軸壓板，7-橡皮墊圈a，8-剪切盒外罩，9-土壓力計，10-土樣，11-底座，12-環(huán)形槽，13-排水管，14-水泥地面，15-圓柱形支撐平臺，16-下盤滾珠，17-環(huán)形底板，18-橡皮墊圈b，19-排水槽，20-控制器，21-旋轉力臂，22-豎軸，23-空心齒輪軸，24-轉動力矩傳感器，25-豎向軸承，26-立柱，27-導軌，28-電機，29-上盤滾珠，30-液壓升降臺，31-液壓升降臺上層，32-液壓升降臺中層，33-液壓升降臺底層，34-剪切板，35-剪切板槽，36-導槽，37-導條，38-齒圈，39-導孔，40-電機輸出軸，41-毛布，42-凸條，43-凸起部。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細具體說明，本發(fā)明的內容不局限于以下實施例。

本發(fā)明提供的適用于豎向剪切面的環(huán)剪試驗儀，其結構如圖1所示，包括剪切盒、升降系統(tǒng)、動力旋轉系統(tǒng)、監(jiān)測控制系統(tǒng)和框架1；

所述框架1支撐整個試驗結構，包括底座11和固定于底座11兩側的兩根立柱26，底座11的中部開有排水槽19，排水槽19的槽口表面鋪有一層毛布41，槽內鋪設一塊濾水板，槽底與排水管13連通，用于控制試驗過程中的排水；框架1底座11的邊緣處開有環(huán)形槽12，供剪切盒外罩8的下端嵌入；采用大型號螺栓將框架1固定在水泥地面14上，使其在試驗過程中起到保護試驗設備以及提供支撐反力的作用；

參見圖3和圖4，所述剪切盒包括轉動室和不動室兩部分，其中轉動室包括剪切盒外罩8、環(huán)形底板17和4塊豎直放置的剪切板34，如圖5所示，4塊剪切板34沿環(huán)形底板17徑向等間距焊接于環(huán)形底板17上，且其寬度等于環(huán)形底板17的寬度，剪切盒外罩8罩扣于環(huán)形底板17和剪切板34上，在剪切盒外罩8的罩殼內表面上沿徑向均勻設置4條沿豎向布置的導條37，環(huán)形底板17的邊沿沿徑向均勻開設4個與導條37橫截面形狀相匹配的導槽36，導槽36位于相鄰2塊剪切板34之間，剪切盒外罩8與環(huán)形底板17通過該導條37與導槽36的配合進行裝配固定，由此，環(huán)形底板17、剪切板34與剪切盒外罩8組成一個整體，共同轉動，剪切盒外罩8的頂板為環(huán)板，其上開設有與剪切板數(shù)量相同且位置相對應的剪切板槽35，供剪切板34嵌入，并允許剪切板34沿著槽口通過，剪切盒外罩8的頂板與動力旋轉系統(tǒng)的4根旋轉力臂21焊接，4根旋轉力臂21的焊接位置與導條37或導槽36的位置一一對應，且兩兩共直徑，傳遞動力旋轉系統(tǒng)加載的扭矩；所述不動室包括聯(lián)軸壓板6、橡皮墊圈a7、橡皮墊圈b18和圓柱形支撐平臺15，圓柱形支撐平臺15實際上為框架底座11的一部分，框架底座11的中心向上隆起即構成該圓柱形支撐平臺15，圓柱形支撐平臺15的中心凸起，環(huán)形底板17對中嵌套于該凸起部43上，并且通過橡皮墊圈b18控制兩者之間縫隙的大小，在環(huán)形底板17與圓柱形支撐平臺15的其余部分之間設有下盤滾珠16，下盤滾珠16與環(huán)形底板17下表面接觸，所述聯(lián)軸壓板6對中嵌于剪切盒外罩8頂板的中心孔中，其下表面上以及圓柱形支撐平臺15的凸起部43的上表面上均沿徑向均勻設置2條以上凸條42，聯(lián)軸壓板6由升降系統(tǒng)驅動進行法向力加載，可在升降系統(tǒng)的控制下產(chǎn)生向下位移，逐級對土樣10施加豎向壓力，與此同時，聯(lián)軸壓板6以及凸起部43上的凸條42深深軋入土體，起到固定不動室內土樣10的作用；

所述升降系統(tǒng)包括兩組液壓升降機2、變頻器3和液壓升降臺30，兩組液壓升降機2分別固定于框架1的兩根立柱26上，驅動液壓升降臺30，所述液壓升降臺30為三層倒塔型結構，液壓升降機2與液壓升降臺上層31固連，液壓升降臺上層31的左右兩端分別開有導孔39，供框架1的兩根立柱26穿過，液壓升降臺的中層32下表面上對稱安裝有兩根導軌27，液壓升降臺的底層33臺面中心設有一豎軸22，該豎軸22與聯(lián)軸壓板6固連，傳遞壓力；

參見圖2和圖3，所述動力旋轉系統(tǒng)安裝于液壓升降臺30下部，包括兩個電機28、兩個齒輪4、空心齒輪軸23、豎向軸承25和上盤滾珠29，所述空心齒輪軸23套裝于液壓升降臺30的豎軸22上，豎向軸承25裝配于二者之間，可使空心齒輪軸23圍繞豎軸22任意轉動，空心齒輪軸23的下端與旋轉力臂21固連，上盤滾珠29安裝于空心齒輪軸23頂面上并且與液壓升降臺的底層33臺面相接觸，所述電機28通過滑塊安裝于液壓升降臺30中層32的導軌27上，可沿導軌左右滑動，齒輪4安裝于電機的輸出軸40上，并且與空心齒輪軸23的中部齒圈38嚙合；

所述監(jiān)測控制系統(tǒng)包括控制器20、信號傳輸電纜、角位移傳感器5、轉動力矩傳感器24和16個土壓力計9，角位移傳感器5安裝在旋轉力臂21上，用于測量試驗中剪過的角度，轉動力矩傳感器24安裝于空心齒輪軸23的齒圈38上，用于監(jiān)測剪切過程中電機提供的轉動力，16個土壓力計9分為4個豎排，每一豎排各有四個土壓力計，由上至下等間距分布，四個豎排呈圓柱形布設于剪切盒不動室的土樣10內，位置靠近于設定好的圓柱形剪切面，角位移傳感器5、轉動力矩傳感器24和土壓力計9均通過信號傳輸電纜接入控制器20，控制器20同時通過信號傳輸電纜對液壓升降機2、電機4進行指令性操作。

采用本發(fā)明進行大型環(huán)剪試驗的基本過程如下：

一、試樣加載

首先需要操作計算機，使左右兩部電機沿著導軌分別滑向兩邊，然后繼續(xù)操作計算機，控制液壓升降機帶動緩緩下降。此時升降臺帶著聯(lián)軸壓板和剪切盒外罩一起緩緩下降。當剪切盒外罩下邊緣與試樣即將接近時，需要對準盒金屬外罩內壁的半圓形導條與試樣邊緣被軋出來的導槽(此試樣導槽與環(huán)形底板外邊緣等距離開有的4個導槽對應)，對準之后，繼續(xù)緩慢下降，直至金屬外罩頂端面和聯(lián)軸壓板完全與試樣頂面接觸(由于長條形剪切板槽的空間位置恰與四塊剪切板相對應，因此，剪切板恰好抵在長條形剪切板槽上)。之后，可通過操控液壓升降機，憑借旋轉力臂和中心豎軸傳遞豎向壓力，對試樣進行加載(此時，剪切盒外罩可憑借內側壁豎向導條沿著環(huán)形底板上開設的導槽向下運移，剪切板可沿著剪切盒外罩頂端面剪切板槽上升，剪切板槽可允許剪切板沿著槽口通過)。此時需要土壓力計實時地監(jiān)測垂直于剪切面上的那一級試驗壓力，并通過信號傳輸電纜及時地將監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋給計算機。通過計算機對液壓系統(tǒng)的伺服控制功能，實時調節(jié)液壓升降機，使得土壓力計測得的數(shù)值保持在剪切試驗所需的壓力荷載上。

二、剪切試驗

通過上一步驟的加載，使得垂直于剪切面上的壓力保持在剪切試驗所需的壓力荷載上以后，就可以開始剪切試驗。首先，通過計算機上操作，將左右兩部電機沿著導軌分別向內滑動，使得電機輸出軸齒輪與空心齒輪軸的齒圈相嚙合。然后啟動電機，將電機的動力傳遞給空心齒輪軸，空心齒輪軸帶動旋轉力臂和金屬外罩開始剪動。剪切過程中，角位移傳感器和力矩傳感器開始監(jiān)測數(shù)據(jù)，并及時反饋給計算機，以方便計算機保存或及時做出相關指令對電機進行伺服控制。土壓力計在整個剪切過程中都在實時地監(jiān)測垂直于剪切面上的試驗壓力，并及時反饋給計算機，以求計算機對液壓系統(tǒng)進行伺服控制，保證試驗中垂直于剪切面上的試驗壓力保持試驗用值不發(fā)生變化。

本發(fā)明的創(chuàng)新在于提供了一種適用于豎向剪切面的環(huán)剪試驗儀，因其能夠確保剪切面上剪切位移和剪切應力分布均勻，因而豎向剪切面的厚度不受限制，使得大顆粒物存在的大型剪切試驗得以實現(xiàn)。顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變形而不脫離本發(fā)明的范圍和精神。但是倘若這些改動和變形屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變形在內。