[发明专利]一种研究根-土复合体强度特性的透明试验系统

说明书

本发明涉及一种研究根‑土复合体强度特性的透明试验系统。所述实验系统中的可视化直剪仪内部设置根‑土复合体；所述根‑土复合体为混有植物根系的透明土；可视化直剪仪设置在激光发射器的输出光路上，可视化直剪仪用于对植物根系进行剪切；成像装置与可视化直剪仪均与计算机连接；成像装置用于拍摄剪切过程中植物根系的图像和透明土的散斑场图像；计算机用于根据植物根系的图像和透明土的散斑场图像得到位移场集合，再根据位移场集合得到应变场集合，并分析位移场和应变场分别与根‑土复合体剪应力‑位移曲线之间的关联关系。本发明可以深入研究根‑土复合体强度特性的形成机理，探索根‑土复合体剪切过程中的根‑土相互作用过程。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，特别是涉及一种研究根-土复合体强度特性的透明试验系统。

背景技术

在国内外土木工程建设日益重视绿色生态发展的背景下，植被护坡技术近年来受到了学术界和工程界广泛的关注。但在植被护坡的工程实践上，对于根-土复合体强度特性的认识还不够充分。其认识大多数停留在植物根系含量、植物根系角度对根-土复合体强度特性的影响，关于植物根系的形态、变形和破坏模式对根-土复合体强度特性影响的研究较少。故研究植物根系的形态、变形和破坏模式对根-土复合体强度特性的影响，是植被护坡这一绿色生态技术推广应用的迫切需要。

室内大型直剪试验是研究根-土复合体强度特性的主要手段之一。由于室内大型直剪试验仪器、土体的不透明性，在对根-土复合体进行剪切时，无法直接观测到剪切过程中根、土的变形过程与相互关系，无法深入理解根-土复合体强度特性的形成机理。

发明内容

本发明的目的是提供一种研究根-土复合体强度特性的透明试验系统，可以深入研究根-土复合体强度特性，探索根-土复合体剪切过程中的根-土相互作用过程。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种研究根-土复合体强度特性的透明试验系统，包括：

可视化直剪仪、成像装置、激光发射器和计算机；所述可视化直剪仪内部设置根-土复合体；所述根-土复合体为混有植物根系的透明土；所述可视化直剪仪设置在所述激光发射器的输出光路上，所述可视化直剪仪用于对所述根-土复合体进行剪切；所述成像装置与所述可视化直剪仪均与所述计算机连接；所述成像装置用于拍摄剪切过程中所述植物根系的图像和所述透明土的散斑场图像；所述计算机用于根据所述植物根系的图像和所述透明土的散斑场图像得到位移场集合，所述位移场集合包括：植物根系的位移场、透明土的位移场和植物根系与透明土之间的相对位移场，所述计算机还用于根据所述位移场集合得到应变场集合，所述应变场集合包括植物根系的应变场、透明土的应变场和植物根系与透明土之间的相对应变场，所述计算机还用于根据所述应变场集合、所述位移场集合和根-土复合体剪应力-位移曲线得到位移场集合和应变场集合分别与所述根-土复合体剪应力-位移曲线之间的关联关系。

可选的，所述可视化直剪仪包括：透明剪切盒、反力架、垂直加载装置和水平加载装置；

所述反力架包括：刚性连接的立柱、第一反力板、第一有机玻璃底板和反力墙；所述立柱的一端与所述第一反力板刚性连接；所述立柱的另一端与所述第一有机玻璃底板刚性连接；所述反力墙设置在所述第一有机玻璃底板上；所述立柱用于支撑所述第一反力板；

所述透明剪切盒设置在所述第一有机玻璃底板上，且所述透明剪切盒内设置根-土复合体；所述水平加载装置的一端与所述透明剪切盒连接，所述水平加载装置的另一端与所述反力墙连接，所述水平加载装置用于带动所述透明剪切盒对所述根-土复合体进行剪切；所述垂直加载装置设置在所述透明剪切盒内的根-土复合体上，所述垂直加载装置的顶部与所述第一反力板接触设置；所述垂直加载装置用于向所述根-土复合体施加垂直方向的压力；所述垂直加载装置和所述水平加载装置均与所述计算机连接。