[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

说明书

本发明的一种用于土与结构物剪切特性研究的可视化试验装置和方法，包括上剪切系统、下剪切系统、水平力施加装置和数据采集系统。所述上剪系统由透明土、玻璃圆筒、油压系统、轴压系统等组成，所述玻璃圆筒上部设有上盖，所述轴压系统和透明土间放置加载杆和加载板；所述下剪切系统由类岩或类砼材料、剪切盒、底座等组成；所述水平力施加系统由电机、推进蜗杆、水平位移量等表组成，所述手轮通过推进蜗杆对底座施加水平推力，所述光学平台与剪切盒之间设有液珠；所述数据采集系统由激光器、CCD相机、计算机组成。本发明解决了土与结构物剪切破坏时接触面应力、位移不可见的难题，实现了土与结构物剪切破坏时接触面可视化观测的目的。

技术领域

本发明属于岩土工程试验领域，尤其涉及一种用于土与结构物剪切特性研究的可视化试验装置和方法。

背景技术

土与结构的接触面作为岩土工程稳定性的重要因素之一，其剪切力学特性一直是行业内关注的重点。直接剪切试验时测定预定剪破面上抗剪强度最简便和最常用的方法。直剪试验的设备构造简单，试样的制备和安装方便，且操作容易掌握，至今仍为科研和工程单位所广泛采用。试验过程中所采用的试样厚度小，固结较快，可节省试验时间。此外，由于剪切盒7是刚性的，能够准确量测在剪切过程中的体积变化。但直剪仪还存在一些缺点，由于上下剪切盒7的错动，剪切过程中试样的有效面积逐渐减小，使试验中的应力分布不均匀，主应力反向发生变化等，这在剪切变形较大时更为突出。

在本发明前，中国申请发明专利“一种岩石节理试样直接剪切试验盒”（申请号201710197024.4），公布了一种由底座、上剪切盒、下剪切盒、法向加载垫块、轴承架、导向管等组成的岩石节理试样直接剪切试验盒，该技术方案不仅能保证试样节理剪切过程中下剪切盒在剪切方向上自由运动，还能有效解决上剪切盒向上发生翻转的问题，使得剪切过程与真实情况更加符合。但该发明技术没能很好地模拟实际中岩土体所处的应力状态，并且由于土与结构的不透明性，难以对剪切过程中土与结构物接触面应力、位移变化过程进行可视化观测，因此存在一定的局限性。

饱和透明材料是由物理力学性质与天然土颗粒或混凝土相似的透明颗粒材料混和具有相同折射率的液体制备而成，因固、液两相折射率相同而呈现透明状，并且其物理力学性质与天然土或混凝土相似；饱和透明材料因其具备透明可视性好、制备容易、与土或混凝土的性质相似等优点在土木工程试验领域得到了广泛的应用。因此，利用饱和透明土材料，提出一种可用于土与结构物接触面剪切特性研究可视化的试验装置就显得尤为必要了。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种用于土与结构物剪切特性研究的可视化试验装置和方法，解决了土与结构物剪切破坏时接触面应力、位移不可见的难题，实现了土与结构物剪切破坏时接触面可视化观测的目的。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种用于土与结构物剪切特性研究的可视化试验装置，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；