[发明专利]便携式土体原位剪切试验装置及其试验方法

说明书

本发明公开了一种便携式土体原位剪切试验装置及其试验方法，试验装置包括四部分：外部为主动施力系统，内部为被动剪切系统和电磁加载系统，下部为环刀系统。相较于传统的原位土体抗剪强度试验装置及试验方法，本发明安装携带方便，操作简单，适用性强，既适用于十字板剪切试验误差较大的成层土，也适用于多种场地、地形下的不同固结程度土壤剪切测试。采用该装置的试验方法可在不扰动原位土体力学性能的同时，模拟土体存在不同上部荷载时的土体抗剪强度，在原位土体的抗剪强度的测量方面有很高的推广价值。

技术领域

本发明涉及土体原位剪切试验技术领域，具体涉及一种便携式土体原位剪切试验装置及其试验方法。

背景技术

土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限强度，包括粘聚力（c） 和内摩擦角（Ф）是土的重要力学性质之一，也是计算路堑、渠道、路堤、土坝等斜坡稳定性以及支挡建筑物的土压力的重要参数。原位试验可以在土体原来所处位置，基本保持的天然结构，天然含水量以及天然应力状态下，测定土体的工程力学性质指标，可避免取样过程中应力释放的影响，获得试验结果更符合实际情况，因此，岩土工程师们普遍认为原位试验是获取真实的土体物理力学指标的试验方法。

土的抗剪强度指标需要用专门的仪器通过试验来确定。目前土体的剪切强度主要通过室内试验和原位试验来获取。室内试验包括土的直接剪切试验、三轴剪切试验等，但由于室内试验尺寸局限性而导致代表性差，以及经验准则的人为性，进而导致获得土体剪切强度指标离散性大，更重要的是土剪切试验的室内试验方法普遍时间较长，例如黏性土的一组三轴剪切试验一般要一周左右。直接剪切试验、三轴剪切试验、反复直剪强度试验和无侧限抗压强度试验方法，是土工试验测定的方法，往往针对的是比较坚实的土，均需在野外取样，其不足之处一是剪切试样改变了被测试土体的环境状态，二是表层土壤由于其多疏松，往往没办法取到剪切试样，所以无法测定成为常态。

土体的原位剪切试验主要有大型直剪试验和十字板剪切试验等，但目前，大型直剪试验具有试验昂贵，周期长，操作复杂等缺点。十字板剪切试验是一种现有的较常用的原位剪切试验，属于土体原位测试试验的一种。它是将十字板头由钻孔压入孔底软土中，以均匀的速度转动，通过一定的测量系统，测得其转动时所需之力矩，直至土体破坏，从而计算出土的抗剪强度。由十字板剪力试验测得之抗剪强度代表孔内土体的天然强度（不排水抗剪强度）。但目前，现有的原位土体抗剪强度试验设备仍有一定的局限性：

其一，现有大型原位试验往往具有试验昂贵，周期长，操作复杂的缺陷，适用范围小，往往适用于大型重要工程，因此不能随时、随地进行试验并得出结果。

其二，现有的十字板剪切试验进行试验时，由于圆柱侧面和顶面达到剪切破坏不是同时的，因此强度并不是真正的峰值，是一种平均抗剪强度，存在一定的误差，因此不能真实地反映出土体的真正抗剪强度。

其三，现有的十字板剪切试验的剪切面有三个，分别为上剪切面、侧剪切面、下剪切面，且这三个剪切面空间关联性较小，因此，在分层土体的抗剪强度试验中存在较大误差。

其四，现有的原位土体剪切强度试验只能测定土体在天然应力状态下的抗剪强度，不能模拟有上部荷载存在时土体的抗剪强度和变化情况，因此，具有一定的局限性。

发明内容

针对现有技术存在的缺点，本发明的目的在于提供一种造价低、携带方便、操作简单、试验时间短且试验结果准确的便携式土体原位剪切试验装置。