[发明专利]用于土与结构物剪切特性研究的可视化试验装置和方法

权利要求书

1.一种用于土与结构物剪切特性研究的可视化试验装置，其特征在于：包括上剪切系统、下剪切系统、水平力施加装置、压力控制系统和数据采集系统；

下剪切系统包括：

底座，设置于一光学平台之上，底座和光学平台之间设置有液珠；

剪切盒，设置于底座上方，用于放置待测结构物；

上剪切系统包括：

玻璃圆筒，上下均开口，设置于待测结构物之上，玻璃圆筒和待测结构物之间设置有玻璃板；玻璃圆筒内部用于放置待测土，玻璃圆筒和待测土之间填充混合油；

压力控制系统包括：

液压系统，连接于玻璃圆筒外壁并接入一计算机中，用于改变玻璃圆筒内混合油的油压；

轴压系统，通过加载杆设置于待测土上端并接入一计算机中，用于改变待测土对于待测结构物的竖直压力；

水平力施加装置包括通过蜗杆连接于底座一端的电机，电机接入计算机；

数据采集系统包括：

激光器，在所述的底座一侧设置有侧板，所述侧板内侧竖直设置有滑槽，所述激光器滑动设置于滑槽内，所述激光器接入计算机；

水平位移量表，沿着水平力施加装置的施力方向设置，用于测量在水平力施加装置的作用下待测土相对于待测结构物的位移量，其一端连接玻璃圆筒侧壁，另一端连接于设置在光学平台上的立板。

2.根据权利要求1所述的用于土与结构物剪切特性研究的可视化试验装置，其特征在于：玻璃圆筒和玻璃板之间设置有石墨烯。

3.根据权利要求1所述的用于土与结构物剪切特性研究的可视化试验装置，其特征在于：所述待测土为柱体，所述待测土外包裹有用于隔离待测土和混合油的二氧化硅薄膜。

4.根据权利要求3所述的用于土与结构物剪切特性研究的可视化试验装置，其特征在于：所述加载杆下端设置有加载板，所述加载板的面积不小于待测土的横截面积。

5.根据权利要求1所述的用于土与结构物剪切特性研究的可视化试验装置，其特征在于：所述玻璃圆筒上端设置有上盖。

6.根据权利要求1所述的用于土与结构物剪切特性研究的可视化试验装置，其特征在于：所述剪切盒由有机玻璃制成。

7.一种用于土与结构物剪切特性研究的可视化试验方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一，在一个平整的实验室内布置一张的光学平台，并保持场地内光线均匀；光学平台上安放底座，所述光学平台与底座之间设有液珠，所述底座上部放置剪切盒；在底座侧板外壁连接水平力施加装置并接入计算机；

步骤二，制备类岩或类砼材料作为待测结构物，将待测结构物放入剪切盒并保持待测结构物上表面平整；

步骤三，将玻璃板放置在平整的待测结构物表面并在玻璃板上撒上石墨烯，然后将玻璃圆筒放置在撒有石墨烯的玻璃板上；

步骤四，制备透明土作为待测土，并在待测土外包裹二氧化硅薄膜，然后将待测土放在玻璃圆筒内；

步骤五，在玻璃圆筒内填充混合油，并用上盖封住；

步骤六，设置压力控制系统，将油压系统与玻璃圆筒连接，轴压系统的加载板置于待测土上端；油压系统和轴压系统均接入计算机；

步骤七，安装数据采集系统，在底座侧板的滑槽内安装激光器并接入计算机，在玻璃圆筒远离水平力施加装置一侧安装水平位移量表；

步骤八，在剪切盒正前方安装CCD相机并接入计算机，调节其高度和角度使CCD相机的镜头垂直对准剪切盒的外立面，保证其可视范围包含整个待测土；

步骤九，通过压力控制系统设置待测土的轴压和围压；

步骤十，通过水平力施加装置匀速推动底座，让待测土和待测结构物发生剪切，试验过程中密切注意水平位移量的变化，当观测到水平位移量表18读数为0.4mm时，停止试验；

步骤十一，试验结束后，通过计算机图像处理软件PIV对所获得的图片进行分析，得到了在预设置的围压和轴压作用下待测土与待测结构物剪切时接触面应力和位移的变化过程；

步骤十二，通过压力控制系统改变待测土的轴压和围压，然后重复步骤九和步骤十，得到在不同轴压和围压下，待测土与待测结构物剪切时接触面应力和位移的变化过程。