[发明专利]一种变体积组合式根系土力学测定装置及测定方法

权利要求书

1.一种变体积组合式根系土力学测定装置，其特征在于，包括：测定仪结构组件、伺服液压加载系统、根系土培育装置、测试传感元器件、控制与采集系统；

所述测定仪结构组件包括支座反力腔、加压顶盖(16)、剪切盒；所述支座反力腔是由四个挡板(1)、一个底板(2)和一个加固顶板(4)通过螺栓(3)固定组装而成的矩形盒体，其中一个挡板(1)内侧沿深度方向开设有三只凹槽，分别为：第一凹槽(22)、第二凹槽(23)与第三凹槽(24)，底板(2)内侧开设第五凹槽(26)，加固顶板(4)的中部开设孔道；所述加压顶盖(16)位于加固顶板(4)的下部、根系土培育装置(11)的土体上部，加压顶盖(16)顶部设有凹坑(17)，底部设有第四凹槽(25)；所述剪切盒由上剪切盒(8)、中剪切盒(9)、下剪切盒(10)及滚珠(12)组成，所述上剪切盒(8)、中剪切盒(9)、下剪切盒(10)分别为四个侧板利用钳制器(34)围合而成的矩形盒体，上剪切盒(8)侧板的底部、下剪切盒(10)侧板的顶部、中剪切盒(9)侧板的的顶部与底部均开设条状凹槽，滚珠(12)分别放置在中剪切盒(9)顶部的条状凹槽内和下剪切盒(10)顶部的条状凹槽内，使上剪切盒(8)、中剪切盒(9)、下剪切盒(10)之间的摩擦为滚动摩擦，两个水平支撑横臂(5)一端分别放置于所述第一凹槽(22)与第三凹槽(24)内，所述水平支撑横臂(5)的另一端连接剪切盒；

所述伺服液压加载系统包括法向加载系统(6)与水平加载系统(7)；所述法向加载系统(6)通过凹坑(17)将法向力传给加压顶盖(16)，进而将法向力传给根系土培育装置(11)的顶部土体，水平加载系统(7)放置在支座反力腔与剪切盒中间，水平加载系统(7)的加载面为中剪切盒(9)；

所述根系土培育装置(11)为矩形箱体，在水平横截面方向上，根系土培育装置(11)的外尺寸略大于剪切盒组件内尺寸，同时，根系土培育装置(11)与剪切盒组件的高度相同，根系土培育装置(11)由上、中、下三只有机玻璃容器以及支撑组件(19)组合而成，上侧有机玻璃容器的底部、中侧有机玻璃容器的顶部与底部、下侧有机玻璃容器的顶部的一定高度截面缩小，形成变截面——“颈缩”截面(27)，在根系土培育过程中，利用卡扣(20)在“颈缩”截面(27)固定放置好支撑组件(19)，进行试验测定时将所述根系土培育装置(11)拆除卡扣(20)后放置在剪切盒中，加压顶盖(16)放置在根系土培育装置(11)之上，保持与根系土培育装置(11)中的土体接触；

所述测试传感元器件包括压力传感器、土压力盒(15)、振弦式位移计(21)；所述压力传感器包括顶部压力传感器(13)和底部压力传感器(14)，所述顶部压力传感器(13)位于加压顶盖(16)底部第四凹槽(25)内与土体保持接触，所述底部压力传感器(14)位于所述底板(2)内侧第五凹槽(26)内与根系土培育装置(11)底部保持接触，所述顶部压力传感器(13)测试在法向加载系统(6)作用下的上剪切盒(8)土体的法向力，底部压力传感器(14)测试在法向加载系统(6)作用下的下剪切盒(10)土体的法向力；所述土压力盒(15)，共计四个，两个沿着上剪切盒(8)侧壁高度方向布置，另外两个沿着下剪切盒(10)侧壁高度方向布置，所述土压力盒(15)能够与根系土培育装置(11)土体保持接触；所述振弦式位移计(21)放置在挡板(1)内壁的第二凹槽(23)处；

所述控制与采集系统包括数显频率仪(29)和终端控制设备(30)；所述数显频率仪(29)与土压力盒(15)相连接，土压力盒(15)数据显示在数显频率仪(29)上，所述终端控制设备(30)连接伺服液压加载系统，能够控制伺服液压加载系统，控制法向加载系统(6)与水平加载系统(7)液压油泵的瞬时排量，实现对油泵输出的力和加载速率的精确控制，所述振弦式位移计(21)、顶部压力传感器(13)与底部压力传感器(14)的电信号通过信号转化器转化为模拟信号，进入终端控制设备(30)。

2.根据权利要求1所述的一种变体积组合式根系土力学测定装置，其特征在于，所述根系土培育装置(11)的上、下有机玻璃容器左侧壁的中部沿高度方向各开设有两只第一矩形孔(18)，所述上剪切盒(8)与下剪切盒(10)左侧壁的中部沿高度方向各开设有两只第二矩形孔(28)，所述第一矩形孔(18)与第二矩形孔(28)尺寸相同，由上至下的四只第一矩形孔(18)与四只第二矩形孔(28)分别处于同一侧且处于同一水平线上。