[发明专利]叠环式斜面剪切仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测试卫生填埋场复合衬垫系统界面特性的斜面剪切仪，属于环境岩土技术领域。

背景技术

随着经济发展和都市规模的扩大，城市固体废弃物的产出量逐年增加，在我国现阶段最有效的垃圾处理方法是深度填埋。填埋场的衬垫系统主要包括：土工膜、土工布、土工网、GCL衬垫等土工材料以及砂土，粘土。研究不同土工材料之间的力学特性，就必需对不同土工材料的组合进行直剪和单剪试验。直剪是指两层不同土工材料间的界面剪切试验，单剪是指三层及以上不同土工材料进行界面剪切试验，即按照填埋场实际衬垫铺设的上下顺序，在试验仪器中取同样的土工材料叠放顺序进行试验。

目前常见的土工材料力学特性测试仪器主要有：（1）斜板仪。斜板仪能进行斜面剪切试验，使用较为简单，能得到较大的相对位移，进而有利于残余强度值的取得，制造和使用费用低廉，但是其只适用于法向应力较小的情况，无法适用于高法向应力的情况。（2）改进直剪仪，改进了常规剪切仪的试样尺寸小、剪切位移小、存在尺寸效应等缺点，但是依然存在以下缺点：无法模拟多层土工材料界面剪切、更不能进行斜面剪切试验。（3）扭转剪切仪，扭转剪切仪可以在一个方向上产生无限大的位移，且剪切面积保持不变，能测得不同接触界面之间的残余剪切强度。其缺点有：试样尺寸一般较小，存在着明显的尺寸效应；扭剪仪是环向剪切，适合于各向均匀的土工材料之间的剪切，而对于土工布和土工网等材料，由于试样的生产和制备方向都不是环向的，因此存在剪切方向上的差异，必然导致试验结果存在较大误差，另外该扭转剪切仪无法适用斜面剪切。（4）浸水式大型直剪仪，两个剪切盒之间有钢珠可以减小摩擦力，主要用来测量大面积矩形试样的抗剪强度，由于浸水式大型直剪仪下部有一个水化试样的水池，试验基本都在水中进行，因此主要适用于饱和条件下土与土工合成材料之间的接触强度研究，但是其无法模拟多层土工材料的界面剪切。上述试验仪器仅能进行单一界面的剪切试验，无法同时做多界面的剪切试验。：试验界面单一固定，只能进行直剪试验，存在尺寸效应、不适于对多种土工材料进行测试、法向应力较小、无法模拟斜面剪切。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种不仅可以进行直剪试验，还可以进行单剪试验，避免尺寸效应且能对多种土工材料组成的复合衬垫系统进行斜面剪切的叠环式斜面剪切仪。

为实现以上的目的，本发明采用以下的技术方案：

叠环式斜面剪切仪，包括水平底座和设置在底座上的支架、支架上固定垂直液压油缸和水平液压油缸，水平液压油缸与垂直液压油缸均连接至液压控制系统；

其中垂直液压油缸的液压杆垂直朝下且连接上剪切盒的盖板，下剪切盒底部固定刚性底板，刚性底板与水平底座之间设置滚轴；

水平液压油缸的液压杆与传力铁块连接，传力铁块通过连杆连接至下剪切盒的导向板；

支架上安装支撑铁块，支撑铁块抵住上剪切盒沿着与下剪切盒的接触面下滑方向的外侧壁；

在下剪切盒与上剪切盒之间设置叠环组，叠环组各叠环的侧壁与水平位移传感器组的工作端连接；

水平位移传感器组、垂直液压油缸、水平液压油缸并联至数据采集分析系统；液压控制系统与数据采集分析系统均连接至主控台；

其特征在于，所述的上、下剪切盒的剪切面为非水平面。上下剪切盒剪切面的坡度为1:2-1:4。

上、下剪切盒均为外方内圆的结构，上、下剪切盒合并时，外部呈立方体，内部呈圆柱结构，叠环中心设置的圆与上下剪切盒内径相等，且上下剪切盒的侧壁、叠环组设置定位孔。

叠环组每个叠环的侧面垂直地焊接薄金属片。

叠环式斜面剪切仪对复合衬垫系统界面特性测试的方法，包括以下的步骤：基于权利要求1的叠环式斜面剪切仪对复合衬垫系统界面特性测试的方法，包括以下的步骤：

（1）、将不同的建筑材料分别填充至上、下剪切盒内并压实，将待测试的不同衬垫材料分别放置在不同的叠环上，将叠环组置于上、下剪切盒之间；

（2）、在上剪切盒加盖盖板，将支撑铁块与上剪切盒沿着与下剪切盒的剪切面下移方向的外侧壁接触；依次连接导向板、连杆、传力铁块；水平位移传感器组的传感器连接叠环组的每个叠环和下剪切盒；接通并检查数据采集分析系统和液压控制系统；