[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

说明书

本发明公开了一种变体积组合式根系土力学测定装置及测定方法，测定装置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；本发明通过将根系土培育装置与组合式剪切盒在加载条件下协同剪切的方式，解决了根系土在力学测定时形成试样困难与采集试样易扰动的问题，通过导轨调节剪切盒截面与可改变剪切盒数量的方式，解决了乔木、灌木、草本等不同体积大小的根系土力学测定需求，通过一个剪切盒组件包含两个或多个剪切面的方式，解决了相同环境条件下根系土与无根系土的力学测定，力学测定装置测定的数据可为生态护坡安全评价提供依据。

技术领域

本发明涉及岩土工程生态护坡技术领域，具体涉及一种变体积组合式根系土力学测定装置及测定方法。

背景技术

生态护坡是一项涉及岩土工程、植物、生态、土壤等多学科于一体的复合课题，体现了可持续发展的科学理念，具有稳定边坡、美化景观、改善环境、长期有效、兼容性良好等一系列优点，有着巨大的研究价值和应用前景。研究发现，生态护坡主要对土壤力学性能与土壤物化性质两大方面有改善加强作用。其中，直剪试验能直观地测试根土复合体的抗剪强度，以评价植物根系的固土护坡能力。

由于植物根系分布复杂等原因，目前还没有较好的测试方法。在目前的根土复合体抗剪强度测试中，多采用现场剪切试验和以三轴试验或直剪试验为主的室内剪切试验。现场测试成本高，耗费人力物力，同时由于不同植物类别(如：草本、灌木、乔木等)的根系发达程度不同，同一植物类别下的不同植物的根系特征也各不相同，若按照室内剪切试验处理成规范所需尺寸，无法准确测试真实的根土复合体力学性能，室内试验同时存在形成试样困难与采集试样易扰动的问题。因此，传统的根系抗剪强度测试具有较高的局限性。

中国专利申请CN204389316U公开了一种层叠式根土复合体大型直剪仪，是由数节剪切盒依次叠加相组合，包括有底座、数节剪切盒、反力架和千斤顶，最下端的剪切盒固定在底座上。但需要将植物根系穿过底板的通孔进行试验，仍存在操作繁琐且不符合实际的根系生长延伸或分布的问题。

发明内容

针对传统测试根土复合体力学性能存在形成试样困难与采集试样易扰动以及考虑植物根系沿深度与水平方向生长的根系特征不同，力学特性差异较大的问题，为实现植被培育与根系土剪切的两种功能，本发明提供了一种变体积组合式根系土力学测定装置及测定方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种变体积组合式根系土力学测定装置，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、剪切盒；所述支座反力腔是由四个挡板、一个底板和一个加固顶板通过螺栓固定组装而成的矩形盒体，其中一个挡板内侧沿深度方向开设有三只凹槽，分别为：第一凹槽、第二凹槽与第三凹槽，底板内侧开设第五凹槽，加固顶板的中部开设孔道；所述加压顶盖位于加固顶板的下部、根系土培育装置的土体上部，加压顶盖顶部设有凹坑，底部设有第四凹槽；所述剪切盒由上剪切盒、中剪切盒、下剪切盒及滚珠组成，所述上剪切盒、中剪切盒、下剪切盒分别为四个侧板利用钳制器围合而成的矩形盒体，上剪切盒侧板的底部、下剪切盒侧板的顶部、中剪切盒侧板的的顶部与底部均开设条状凹槽，滚珠分别放置在中剪切盒顶部的条状凹槽内和下剪切盒顶部的条状凹槽内，使上剪切盒、中剪切盒、下剪切盒之间的摩擦为滚动摩擦，两个水平支撑横臂一端分别放置于所述第一凹槽与第三凹槽内，所述水平支撑横臂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与水平加载系统；所述法向加载系统通过凹坑将法向力传给加压顶盖，进而将法向力传给根系土培育装置的顶部土体，水平加载系统放置在支座反力腔与剪切盒中间，水平加载系统的加载面为中剪切盒；