[发明专利]一种测定孔隙水特征的环剪装置及测试方法

说明书

本发明提供一种测定孔隙水特征的环剪装置及测试方法，包括计算机系统、磁体系统、谱仪系统、环剪系统和空气压缩机，所述计算机系统分别与谱仪系统和环剪系统电连接，实现对谱仪系统和环剪系统的运行控制、状态监测、信号处理和图像显示；磁体系统与谱仪系统电连接；磁体系统呈空心结构，固定在环剪系统的剪切盒底座上，对土样施加核磁共振必要的磁场；空气压缩机与环剪系统管道连接，提供气压力。本发明可在土样剪切过程中全程实时非介入式测定土体各部分孔隙水分布和迁移的变化特征，为土的剪切强度机理解释提供新的试验工具和方法，整个装置数字化、自动化程度高、测定速度快和可靠性高。

技术领域

本发明涉及土木试验领域，具体涉及一种测定孔隙水特征的环剪装置及测试方法。

背景技术

现有环剪仪具有可实现大剪切位移、试验过程中保持剪切面积不变、试样可在连续的位移条件下剪切；可动态控制垂直应力、剪切速率和剪切力等条件；能模拟滑坡的大位移条件等优点而被广泛应用于土体强度特征研究中。

对于土的剪切强度特征机理解释中，孔隙水特征是分析时考虑的一个重要因素。目前环剪仪多只在剪切盒下部安装一个孔压传感器来测知剪切过程中土样中孔隙水压力的变化，进而通过孔隙水压力变化特征来尝试解释其强度特征的机理。另外还有从孔隙水的分布和迁移特征的角度来做一些机理解释的假说，但几乎没有具体试验数据来支撑这些假说，也没有相应环剪仪可测知剪切时土样各处孔隙水的分布及迁移特征。而且剪切盒与土样的不透明致使剪切时土样各部分形态变化无法直接观测。如何非介入式测定土样在剪切过程中孔隙水分布和迁移的具体情况，为剪切强度特征的机理解释提供可靠数据，一直困扰着科研人员。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种测定孔隙水特征的环剪装置及测试方法，可在土样剪切过程中全程实时非介入式测定土体各部分孔隙水分布和迁移的变化特征，为土的剪切强度机理解释提供了新的试验工具和方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种测定孔隙水特征的环剪装置，包括以下部件：

计算机系统，计算机系统与环剪系统侧面的环剪接口模块电连接，计算机系统与谱仪系统的谱仪前接口模块电连接；

磁体系统 ，磁体系统包括磁体接口模块、外保护壳、射频脉冲体线圈、三维梯度线圈、室温匀场线圈、永磁体、自屏蔽线圈和内保护壳，各部分依次连接固定，外保护壳外侧设有磁体接口模块；

谱仪系统，谱仪系统包括谱仪前接口模块、射频场发生控制模块、信号接收控制模块、梯度场发生控制模块和谱仪后接口模块，谱仪系统的谱仪后接口模块与磁体系统外侧的磁体接口模块电连接；

环剪系统，环剪系统包括上剪切盒、下剪切盒、剪切盒基座、基础底座和旋转升降中轴，剪切盒基座上侧设有磁体系统，磁体系统的外保护壳与环剪系统的剪切盒基座固定连接。

优选方案中，所述环剪系统的基础底座上侧设有剪切盒基座，剪切盒基座机械固定在基础底座上，剪切盒基座内设有孔隙水压传感器；剪切盒基座上侧设有下剪切盒，下剪切盒通过第二螺母固定在剪切盒基座上；基础底座中间设有旋转升降中轴，旋转升降中轴穿过剪切盒基座的中心，顶端通过第三螺母与上剪切盒固定连接；环剪系统外侧通过管道与空气压缩机连接。

优选方案中，所述磁体系统为空心结构，环剪系统的上剪切盒、下剪切盒和旋转升降中轴位于磁体系统的内保护壳内。

优选方案中，所述谱仪系统的射频场发生控制模块输入端连接谱仪前接口模块，输出端连接谱仪后接口模块；信号接收控制模块输入端连接谱仪后接口模块，输出端连接谱仪前接口模块；梯度场发生控制模块输入端连接谱仪前接口模块，输出端连接谱仪后接口模块；谱仪前接口模块和谱仪后接口模块集成谱仪系统相应传输导线接口，信号均通过接口模块输入输出谱仪系统。