[發(fā)明專利]一種土體剪切帶擴展過程觀測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610458904.8
• 申請日: 2016-06-22
• 公開（公告）號: CN106198256B
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李曉軍;李昊
• 申請（專利權(quán)）人: 西安科技大學(xué)
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/04;G01N3/06
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務(wù)所61213
• 代理人: 景麗娜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種土體剪切帶擴展過程觀測方法。

背景技術(shù)

近年來，人類活動對自然環(huán)境的改造越發(fā)強烈。人類工程活動引發(fā)了許多地質(zhì)災(zāi)害給人民的生命財產(chǎn)造成了巨大的傷害。其中，人類活動誘發(fā)的邊坡失穩(wěn)最為嚴重，而研究邊坡失穩(wěn)的重點就在于研究土體剪切帶的變形和擴展過程。剪切帶是指發(fā)育在巖石圈或土體中且具有剪切應(yīng)變的強烈變形帶，土體中發(fā)育的剪切帶為土體剪切帶。這一變形帶可以是應(yīng)變不連續(xù)的面狀構(gòu)造(斷層)，或者在露頭尺度上見不到幾何不連續(xù)性而呈連續(xù)應(yīng)變的韌性剪切帶。研究表明剪切帶的形成與材料本身的軟化特性密切相關(guān)。土體在內(nèi)外地質(zhì)作用下，外部形態(tài)或內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生局部破裂，變形逐漸集中在相對狹窄的剪切帶內(nèi)，并進一步擴展形成連續(xù)貫通的滑裂面，最終形成滑坡。隨著人們對滑坡失穩(wěn)的深入了解，研究者們通過各種方法來對滑坡失穩(wěn)過程中滑坡帶(也稱土體剪切帶)的擴展過程進行研究。現(xiàn)如今，土體剪切帶的變形問題已經(jīng)成為巖土力學(xué)領(lǐng)域研究的一個重要課題。

目前，許多學(xué)者提出了的多種裝置和方法對剪切帶的擴展過程進行研究，但都不盡人意。如基于潛望鏡的觀測方法，該方法不能定量獲得土體剪切帶的厚度及變形等因素的變化；而基于全有機玻璃上剪切盒的數(shù)字照相技術(shù)與裝置，只適用于小尺寸試樣、低垂直和水平荷載的試驗條件，再加上其測量系統(tǒng)采用量力環(huán)和百分表，精度較低，不能滿足巖土工程中土石混合體等大型直剪試驗的高精度要求；此外，大型循環(huán)剪切儀僅適用室內(nèi)試驗研究，并且在一定程度限制了對土石混合體這類粗粒土介質(zhì)較薄的剪切帶的全面分析等。

因而，現(xiàn)如今沒有一種標準、規(guī)范且使用效果好的土體剪切帶擴展過程觀測方法。現(xiàn)有的土體剪切帶擴展過程觀測方法均不同程度地存在裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、試驗成本高、試驗過程繁瑣、可操作性差、使用效果較差等問題，最主要的是不能簡便、快速且準確地對剪切帶的土體微觀結(jié)構(gòu)進行分析，從而不能了解土體微觀結(jié)構(gòu)對土體剪切帶宏觀表現(xiàn)的影響規(guī)律，無法建立土體剪切帶的土體微觀結(jié)構(gòu)特性與其宏觀表現(xiàn)之間的聯(lián)系。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種土體剪切帶擴展過程觀測方法，其方法步驟簡單、設(shè)計合理且操作簡便、使用效果好，能簡便、快速獲取被測試土體剪切帶上不同深度處的剪切強度和剪切位置處的微觀結(jié)構(gòu)，以便對土體剪切帶擴展過程進行簡便、直觀觀測。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種土體剪切帶擴展過程觀測方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、取樣：采用取樣環(huán)刀從待測試土體剪切帶上多個不同深度處分別切取被測試土樣，并對各被測試土樣的取土深度分別進行記錄；

所述被測試土樣為圓柱狀且其上表面和下表面均為平面；

步驟二、剪切試驗及土體微觀結(jié)構(gòu)圖像獲取：對步驟一中所取的待測試土體剪切帶上多個不同深度處的被測試土樣分別進行剪切試驗及土體微觀結(jié)構(gòu)圖像獲取；其中，對任一個所述被測試土樣進行剪切試驗及土體微觀結(jié)構(gòu)圖像獲取時，過程如下：

步驟201、取樣環(huán)刀及土樣夾持：采用剪切夾具對內(nèi)裝被測試土樣的取樣環(huán)刀進行水平夾持；

所述剪切夾具包括上夾具和位于所述上夾具正下方的下夾具，所述被測試土樣夾持于所述上夾具和所述下夾具之間；所述上夾具由三個從左至右布設(shè)的上夾持塊拼裝而成，三個所述上夾持塊由左至后分別為左上夾持塊、中上夾持塊和右上夾持塊；所述下夾具包括位于左上夾持塊下方的左下夾持塊和位于右上夾持塊下方的右下夾持塊，所述左下夾持塊和右下夾持塊之間留有供被測試土樣的中部土體向下移動的移動通道，所述中上夾持塊的底部設(shè)置有能伸入至取樣環(huán)刀內(nèi)部的上部頂推凸臺；

本步驟中，采用剪切夾具進行水平夾持時，使內(nèi)裝被測試土樣的取樣環(huán)刀水平夾持于所述上夾具和所述下夾具之間，并使被測試土樣位于中上夾持塊的正下方；此時，所述被測試土樣的上表面呈水平布設(shè)，且被測試土樣的上表面為待測試面；

步驟202、剪切試驗：采用豎向加載裝置且通過中上夾持塊對步驟201中所述被測試土樣施加豎向壓力，使被測試土樣發(fā)生剪切破壞，并計算得出被測試土樣的剪切強度；所述豎向加載裝置位于中上夾持塊的正上方；

發(fā)生剪切破壞后，所述被測試土樣的中部土體下移且其中部土體與左右兩側(cè)土體之間均形成一道剪切縫；

步驟203、固化液滴入：將預(yù)先配制好的固化液滴入步驟202中兩道所述剪切縫的內(nèi)側(cè)上部，通過所述固化液對所述剪切縫內(nèi)側(cè)上部的土體進行固化，固化后的土體為剪切縫內(nèi)固化土體；