[發明專利]可視化土工直剪切裝置及其方法

在審

• 申請號: 201410165113.7
• 申請日: 2014-04-23
• 公開（公告）號: CN103969132A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 陸釗;左人宇;陳曉亮;陳銳;林雪輝;高健康;左文榮
• 申請（專利權）人: 深圳市工勘巖土集團有限公司
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及土工直剪切裝置的技術領域，尤其涉及可視化土工直剪切裝置及其方法。

背景技術

土體的破壞形式主要是由于剪切破壞引起的，因此準確測定土體的剪切強度參數在巖土工程中具有重要意義。

現有技術中，在試驗室測定土體的抗剪強度參數，一般采用直剪儀進行剪切試驗，在垂直壓力下，對土體施加水平力進行剪切，以求得土體破壞時的剪應力，然后根據庫侖定律確定土體的抗剪強度參數、內摩擦角以及凝聚力等參數。

但是，在自然界和實際工程中，遇到的土體通常是非飽和土體，非飽和土體的抗剪強度的理論研究也已有近半個多世紀的歷史。對于飽和土體來說，土體強度受有效應力控制，而對非飽和土體來說，被公認的基質吸力對非飽和土體2變形和抗剪強度的貢獻很大，基質吸力所產生的抗剪強度對于非飽和土體的穩定性有很大的影響，因此，研究何種因素影響非飽和土體的基質吸力變化，以及非飽和土體在剪切過程中吸力的變化，有著非常重要的意義。

天然土體顆粒材料具有剪脹性、壓硬性和各向異性等特殊的力學性質，且這些力學性質都受控于土體內部的微細結構及其演化，因此，對土體宏觀及微觀參數進行量化，對于深入研究土體變形機制和力學特性尤為重要。但是，現時，常規的實驗室直剪切試驗只能測定土體的抗剪強度參數，也就是內摩擦角及凝聚力，其不能實時監測剪切過程基質吸力的變化，也不能直觀量測剪切帶附近土體的位移，也就是說，現時的直剪切試驗不能對非飽和土體同時進行宏觀和微觀力學性能的聯合測量。

發明內容

本發明的目的在于提供可視化土工直剪切裝置，旨在解決現有技術中的直剪切試驗不能同時對非飽和土體進行宏觀及微觀力學性能的聯合測量的問題。

本發明是這樣實現的，可視化土工直剪切裝置，用于對非飽和土體進行直剪切試驗，包括具有內腔的剪切盒以及加載機構；

所述剪切盒包括分別呈中空狀的上剪切盒及下剪切盒，所述上剪切盒疊設于所述下剪切盒上，兩者的內部之間形成所述內腔；

所述加載機構包括用于對所述內腔中的非飽和土體施加豎向作用力的豎向加載機構，以及分別給所述上剪切盒及下剪切盒施加方向相反水平作用力的水平加載機構；

所述上剪切盒和/或下剪切盒的一側壁采用透明材料制成，形成透明側壁，所述透明側壁標示有控制區域，所述剪切盒外設有用于拍攝與所述控制區域對應的非飽和土位移變化的攝像頭；

所述剪切盒的側壁設有吸力孔，所述吸力孔中插設有用于監測所述內腔中的非飽和土體吸力變化的吸力量測傳感器。

本發明還提供了可視化土工直剪切方法，包括以下步驟：

1)、將中空狀的上剪切盒疊設于中空狀的下剪切盒上，所述上剪切盒與所述下剪切盒之間形成具有用于放置非飽和土體的內腔的剪切盒；

2)、往所述剪切盒的內腔分層放置非飽和土體，利用豎向加載機構對所述內腔中的非飽和土體施加豎向作用力，以使所述非飽和土體固結；

3)、將吸力量測傳感器插設于所述剪切盒側壁中的吸力孔，并等待所述吸力量測傳感器的吸力數據平衡；

4)、利用水平加載機構給所述上剪切盒及下剪切盒施加方向相反的水平作用力，以使所述上剪切盒與下剪切盒于水平方向錯位移動；

5)、利用攝像頭監測所述剪切盒透明側壁上控制區域處的非飽和土體的位移變化。

與現有技術相比，利用本發明中的直剪切裝置，可以對放置在剪切盒中的非飽和土體進行直剪切，且在直剪切過程中，可以得到非飽和土體的抗剪強度，通過攝像頭以及剪切盒的透明側壁，可以觀察到控制區域中非飽和土體的位移變化，通過吸力量測傳感器，則可以得到非飽和土體在直剪切過程中的吸力變化，這樣，該直剪切裝置，可以實現對非飽和土體宏觀以及微觀力學性能的量測，其結構簡單，操作也便捷。

附圖說明

圖1是本發明實施例提供的可視化土工直剪切裝置的剖切示意圖；

圖2是本發明實施例提供的可視化土工直剪切裝置的局部立體示意圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

以下結合具體實施例對本發明的實現進行詳細的描述。

如圖1～2所示，為本發明提供的較佳實施例。