[發明專利]大型原位三軸剪切試驗裝置及其方法

在審

• 申請號: 201710818642.6
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN107449678A
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 郭長寶;王獻禮;張永雙;楊志華;吳瑞安;任三紹
• 申請（專利權）人: 中國地質科學院地質力學研究所
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所42001
• 代理人: 黃瑞棠

1.一種大型原位三軸剪切試驗裝置，其特征在于：

包括試樣（10）、圍壓系統（20）、垂向壓力系統（30）、反力系統（40）和自動數據采集系統（50）；

在圍壓系統（20）內設置有試樣（10），在圍壓系統（20）的上下方分別設置有垂向壓力系統（30）和反力系統（40），自動數據采集系統（50）的垂向位移計設置在試樣（10）內。

2.按權利要求1所述的一種大型原位三軸剪切試驗裝置，其特征在于：

試樣（10）是一種在開挖的探坑內選擇未經擾動且具有代表性的原位土體，制備成直徑：高度=1：2的圓柱體。

3.按權利要求1所述的一種大型原位三軸剪切試驗裝置，其特征在于：

所述的圍壓系統（20）包括壓力室（21）、水壓管（22）、液壓缸（23）、壓力計（24）和水壓囊（25）；

其位置和連接關系是：

從上到下，壓力室（21）由依次連接的壓力室上蓋（211）、壓力室壁（212）和壓力室底蓋（213）組成，壓力室底蓋（213）連接到固定底板（44）上；

液壓缸（23）、水壓管（22）和壓力室（21）依次連接，壓力計（24）設置在水壓管（22）上；

水壓囊（25）位于壓力室（21）內部，試樣（10）位于水壓囊（25）內部；

所述的水壓囊（25）是一種包裹試樣（10）并大小適配的塑膠圓筒袋。

4.按權利要求1所述的一種大型原位三軸剪切試驗裝置，其特征在于：

所述的垂向壓力系統（30）包括加壓千斤頂（31）、傳力桿（32）、垂向壓力板（33）和壓力傳感器（34）；

其位置和連接關系是：

從上到下，加壓千斤頂（31）、傳力桿（32）、力傳感器（34）、垂向壓力板（33）依次連接；垂向壓力板（33）放置在試樣（10）上，加壓千斤頂（31）固定在反力板（43）上。

5.按權利要求1所述的一種大型原位三軸剪切試驗裝置，其特征在于：

所述的反力系統（40）包括水平撐桿（41）、豎直撐桿（42）、反力板（43）、固定底板（44）和錨裝置（45）；

其位置和連接關系是：

豎直撐桿（42）上端連接水平撐桿（41），反力板（43）套設在水平撐桿（41）上，豎直撐桿（42）底部連接固定底板（44），地錨裝置（45）頂端與固定底板（44）連接。

6.按權利要求1所述的一種大型原位三軸剪切試驗裝置，其特征在于：

所述的自動數據采集系統（50）包括1、2、4、4、5垂向位移計（51、52、53、54、55）和數據采集箱（56），第1垂直位移計（51）安裝在傳力桿（32）上，第2、4、4、5垂直位移計（52、53、54、55）安置在固定底板（44）下部、貼近試樣（10）外側，均與數據采集箱（56）相連。

7.基于權利要求1-6所述大型原位三軸剪切試驗裝置的試驗方法，其特征在于包括以下步驟：

①在開挖的深坑內選擇未經擾動且具有代表性的原位土體，制備成直徑高度為1：2的圓柱體；

②制備地錨裝置，依次安裝反力系統、圍壓系統及垂直壓力系統設備，開啟數據采集流程；

③通過控制液壓缸使水壓囊與壓力室外壁之間充滿水，并按試驗設計要求施加圍壓；

④通過加壓千斤頂對土樣施加軸向壓力，通過控制施加圍壓持續時間及通過控制軸向壓力施加速度，來進行固結排水、固結不排水或不固結不排水剪切試驗；

⑤數據自動采集系統記錄各圍壓100kPa、200kPa和400kPa條件下，軸向壓力、位移隨時間的變化，計算抗剪強度及粘聚力c、內摩擦角φ值。