[發(fā)明專利]一種疊環(huán)剪切盒及基于疊環(huán)剪切盒的疊環(huán)式剪切試驗(yàn)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810100132.X
• 申請(qǐng)日: 2018-02-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108037023A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳志超;柳侃;葉龍珍;羅旋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福建省地質(zhì)工程勘察院
• 主分類號(hào): G01N3/24
• 分類號(hào): G01N3/24;G01N3/02
• 代理公司: 江蘇樓沈律師事務(wù)所 32254
• 代理人: 呂欣

本發(fā)明屬于巖土環(huán)剪測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種疊環(huán)剪切盒及基于疊環(huán)剪切盒的疊環(huán)式剪切試驗(yàn)，包括水浴機(jī)構(gòu)、試樣室機(jī)構(gòu)以及試樣固定機(jī)構(gòu)；水浴機(jī)構(gòu)包括水浴盒；試樣室機(jī)構(gòu)設(shè)于水浴盒中；水浴盒的底面在中心位置設(shè)有一凹槽、在以中心位置為圓心的一圓周上設(shè)有兩個(gè)及以上的凸起；水浴盒能在外部扭轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)；其能滿足不同高度巖土試驗(yàn)進(jìn)行無(wú)限變形的疊環(huán)式環(huán)形剪切，并且在環(huán)形剪切過(guò)程中保證試樣具有一定的自由性和連續(xù)性；也能用于研究不同材料接觸面變形規(guī)律、模擬復(fù)雜結(jié)構(gòu)土層滑坡長(zhǎng)距離變形以及軟弱層搜索。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于巖土環(huán)剪測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種疊環(huán)剪切盒及基于疊環(huán)剪切盒的疊環(huán)式剪切試驗(yàn)。

背景技術(shù)

土體的力學(xué)特征和受到外力時(shí)的變形狀態(tài)是巖土力學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)課題，也是巖土工程建設(shè)中最為關(guān)心的條件之一。為此人們開(kāi)發(fā)出直剪試驗(yàn)、三軸試驗(yàn)、單剪試驗(yàn)、環(huán)剪試驗(yàn)等多種儀器設(shè)備來(lái)探究上述內(nèi)容，并有著以材料力學(xué)為基礎(chǔ)的力學(xué)模型進(jìn)行分析，其最終目標(biāo)是盡可能模擬實(shí)際情況下土體的應(yīng)力應(yīng)變特征，從而獲得其強(qiáng)度參數(shù)。

但值得注意的是土體是有無(wú)數(shù)復(fù)雜顆粒組成，其剪切變形過(guò)程是極為復(fù)雜的。一般在剪切力作用下，土體內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變會(huì)發(fā)生重分布，應(yīng)力應(yīng)變會(huì)集中在局部區(qū)域，使局部區(qū)域發(fā)生變形和破壞，形成剪切帶。整個(gè)過(guò)程一般包括初期的彈塑性形變、中期的錯(cuò)動(dòng)滑移（破壞）以及長(zhǎng)距離滑移下的進(jìn)一步破碎發(fā)展。另外由于土體結(jié)構(gòu)本身的復(fù)雜性，還可能發(fā)生滾動(dòng)變形、排水以及受局部不均勻體影響產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)變集中。由于土體的這種復(fù)雜性，對(duì)于土體剪切變形過(guò)程的數(shù)學(xué)模型描述較難開(kāi)展，人們傾向于采用試驗(yàn)方法對(duì)其進(jìn)行模擬和研究。但現(xiàn)有的試驗(yàn)方法（直剪、三軸、單剪、環(huán)剪）雖具有一定理論支撐，但也均存在一定的局限性。

目前運(yùn)用最廣的是直剪試驗(yàn)和三軸試驗(yàn)。直剪儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要原理是通過(guò)上下剪切盒相對(duì)移動(dòng)，使土體沿預(yù)設(shè)剪切面剪切變形，通過(guò)獲取剪切過(guò)程中的豎向壓力和水平力關(guān)系得出抗剪強(qiáng)度參數(shù)。但直剪儀的試驗(yàn)盒為剛體，采用固定剪切面，這種方法帶來(lái)的主要問(wèn)題是：1、試樣在剪切破壞前，缺少?gòu)椥宰冃魏退苄宰冃坞A段，破壞后僅表現(xiàn)出滑動(dòng)位移，破壞區(qū)域?yàn)橐黄矫妫话愕耐馏w剪切破壞區(qū)域呈帶狀分布，土體具有一定的彈塑性變形，破壞前其變形是連續(xù)的；2、由于剪切盒限制了試樣的變形，致使剪切盒內(nèi)應(yīng)力分布不均，致使壓應(yīng)力與預(yù)設(shè)情況不同；3、采用固定剪切面容錯(cuò)率低，對(duì)試樣均勻性較為敏感，其成果易受剪切面附近的堅(jiān)硬塊體、缺陷等不均勻物質(zhì)影響；4、剪切過(guò)程由于上下試樣的錯(cuò)動(dòng)，使剪切面積發(fā)生變化，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果；5、直剪試驗(yàn)剪切距離較小，無(wú)法完成大位移剪切。三軸試驗(yàn)雖然對(duì)于剪切面的寬度和位置提供一定的自由度，但是其同樣具有易受剪切面附近的堅(jiān)硬塊體、缺陷等不均勻物質(zhì)影響以及剪切距離小的問(wèn)題。另外，三軸試驗(yàn)對(duì)制樣要求較高，容易因?yàn)闃悠返娜毕莓a(chǎn)生附加的拉張和鼓脹現(xiàn)象。

單剪試驗(yàn)獲是通過(guò)多層疊環(huán)代替了直剪試驗(yàn)的剪切盒，雖然一定程度上使土體變形趨于連續(xù)，產(chǎn)生類似剪切帶的剪切破壞區(qū)域。但受疊環(huán)約束作用，其本質(zhì)仍為直剪試驗(yàn)，一定程度上仍存直剪試驗(yàn)的問(wèn)題。另外，由于單剪儀試樣高度較大，上下推力產(chǎn)生較大的力偶，使疊環(huán)反翹或下滑，使試樣不同位置的應(yīng)力存在明顯不同，影響試驗(yàn)結(jié)果。