[发明专利]可视化土工直剪切装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及土工直剪切装置的技术领域，尤其涉及可视化土工直剪切装置及其方法。

背景技术

土体的破坏形式主要是由于剪切破坏引起的，因此准确测定土体的剪切强度参数在岩土工程中具有重要意义。

现有技术中，在试验室测定土体的抗剪强度参数，一般采用直剪仪进行剪切试验，在垂直压力下，对土体施加水平力进行剪切，以求得土体破坏时的剪应力，然后根据库仑定律确定土体的抗剪强度参数、内摩擦角以及凝聚力等参数。

但是，在自然界和实际工程中，遇到的土体通常是非饱和土体，非饱和土体的抗剪强度的理论研究也已有近半个多世纪的历史。对于饱和土体来说，土体强度受有效应力控制，而对非饱和土体来说，被公认的基质吸力对非饱和土体2变形和抗剪强度的贡献很大，基质吸力所产生的抗剪强度对于非饱和土体的稳定性有很大的影响，因此，研究何种因素影响非饱和土体的基质吸力变化，以及非饱和土体在剪切过程中吸力的变化，有着非常重要的意义。

天然土体颗粒材料具有剪胀性、压硬性和各向异性等特殊的力学性质，且这些力学性质都受控于土体内部的微细结构及其演化，因此，对土体宏观及微观参数进行量化，对于深入研究土体变形机制和力学特性尤为重要。但是，现时，常规的实验室直剪切试验只能测定土体的抗剪强度参数，也就是内摩擦角及凝聚力，其不能实时监测剪切过程基质吸力的变化，也不能直观量测剪切带附近土体的位移，也就是说，现时的直剪切试验不能对非饱和土体同时进行宏观和微观力学性能的联合测量。

发明内容

本发明的目的在于提供可视化土工直剪切装置，旨在解决现有技术中的直剪切试验不能同时对非饱和土体进行宏观及微观力学性能的联合测量的问题。

本发明是这样实现的，可视化土工直剪切装置，用于对非饱和土体进行直剪切试验，包括具有内腔的剪切盒以及加载机构；

所述剪切盒包括分别呈中空状的上剪切盒及下剪切盒，所述上剪切盒叠设于所述下剪切盒上，两者的内部之间形成所述内腔；

所述加载机构包括用于对所述内腔中的非饱和土体施加竖向作用力的竖向加载机构，以及分别给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载机构；

所述上剪切盒和/或下剪切盒的一侧壁采用透明材料制成，形成透明侧壁，所述透明侧壁标示有控制区域，所述剪切盒外设有用于拍摄与所述控制区域对应的非饱和土位移变化的摄像头；

所述剪切盒的侧壁设有吸力孔，所述吸力孔中插设有用于监测所述内腔中的非饱和土体吸力变化的吸力量测传感器。

本发明还提供了可视化土工直剪切方法，包括以下步骤：

1)、将中空状的上剪切盒叠设于中空状的下剪切盒上，所述上剪切盒与所述下剪切盒之间形成具有用于放置非饱和土体的内腔的剪切盒；

2)、往所述剪切盒的内腔分层放置非饱和土体，利用竖向加载机构对所述内腔中的非饱和土体施加竖向作用力，以使所述非饱和土体固结；

3)、将吸力量测传感器插设于所述剪切盒侧壁中的吸力孔，并等待所述吸力量测传感器的吸力数据平衡；

4)、利用水平加载机构给所述上剪切盒及下剪切盒施加方向相反的水平作用力，以使所述上剪切盒与下剪切盒于水平方向错位移动；

5)、利用摄像头监测所述剪切盒透明侧壁上控制区域处的非饱和土体的位移变化。

与现有技术相比，利用本发明中的直剪切装置，可以对放置在剪切盒中的非饱和土体进行直剪切，且在直剪切过程中，可以得到非饱和土体的抗剪强度，通过摄像头以及剪切盒的透明侧壁，可以观察到控制区域中非饱和土体的位移变化，通过吸力量测传感器，则可以得到非饱和土体在直剪切过程中的吸力变化，这样，该直剪切装置，可以实现对非饱和土体宏观以及微观力学性能的量测，其结构简单，操作也便捷。

附图说明

图1是本发明实施例提供的可视化土工直剪切装置的剖切示意图；

图2是本发明实施例提供的可视化土工直剪切装置的局部立体示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。

如图1～2所示，为本发明提供的较佳实施例。