[发明专利]一种滑坡抗剪强度及其剪切带变形测试方法

摘要

一种滑坡抗剪强度及其剪切带变形测试方法，其特征是采用一种试验装置进行滑坡抗剪强度及其剪切带变形测试，该装置包括反力架(1)，加载框架(2)，第一伺服电机(3)，第二伺服电机(4)，载样台(5)，上剪切盒(6)，下剪切盒(7)，轨道车(8)，垂直加载轴(19)，水平加载轴(20)，加压板(21)，侧限柱(22)，传力杆(23)，连接端头(24)，水平滑轨(29)，上盒试样(38)，下盒试样(39)，插销眼(40)等。该装置制造简单、测量精度高，满足不同垂直应力加载条件下水平直剪试验要求，可用于土木工程遇到的滑坡堆积体碎石土、粗粒土等各种岩土体的抗剪强度及其剪切带变形特征量测与参数获取。

主权项

一种滑坡抗剪强度及其剪切带变形测试方法，其特征是采用一种试验装置进行滑坡抗剪强度及其剪切带变形测试，该装置包括反力架(1)，加载框架(2)，第一伺服电机(3)，第二伺服电机(4)，载样台(5)，上剪切盒(6)，下剪切盒(7)，轨道车(8)，垂直位移计(9)，第一水平位移计(10)，第二水平位移计(11)，第三水平位移计(12)，第四水平位移计(13)，第五水平位移计(14)，第六水平位移计(15)，第七水平位移计(16)，第八水平位移计(17)，第九水平位移计(18)，垂直加载轴(19)，水平加载轴(20)，加压板(21)，侧限柱(22)，传力杆(23)，连接端头(24)，第一千斤顶(25)，第二千斤顶(26)，第一支撑底座(27)，第二支撑底座(28)，水平滑轨(29)，第一层环(30)，第二层环(31)，第三层环(32)，第四层环(33)，第五层环(34)，第六层环(35)，第七层环(36)，第八层环(37)，上盒试样(38)，下盒试样(39)，插销眼(40)；第一伺服电机(3)连接垂直加载轴(19)，垂直加载轴(19)提供垂直压力，位于加压板(21)上面，加压板(21)连接垂直位移计(9)，加压板(21)位于上盒试样(38)的顶面，上剪切盒(6)由侧限柱(22)固定，上剪切盒(6)连接第一层环(30)，第一层环(30)连接第二层环(31)，第二层环(31)连接第三层环(32)，第三层环(32)连接第四层环(33)，第四层环(33)连接第五层环(34)，第五层环(34)连接第六层环(35)，第六层环(35)连接第七层环(36)，第七层环(36)连接第八层环(37)，第八层环(37)位于下剪切盒(7)之上，下剪切盒(7)内装有下盒试样(39)，下剪切盒(7)连接轨道车(8)，轨道车(8)可沿水平滑轨(29)移动到载样台(5)之上，水平滑轨(29)与加载框架(2)连接，第一千斤顶(25)连接第一支撑底座(27)，第二千斤顶(26)连接第二支撑底座(28)，下剪切盒(7)连接传力杆(23)和第九水平位移计(18)，连接端头(24)与水平加载轴(20)对准，水平加载轴(20)连接第二伺服电机(4)，第一层环(30)连接第一水平位移计(10)，第二层环(31)连接第二水平位移计(11)，第三层环(32)连接第三水平位移计(12)，第四层环(33)连接第四水平位移计(13)，第五层环(34)连接第五水平位移计(14)，第六层环(35)连接第六水平位移计(15)，第七层环(36)连接第七水平位移计(16)，第八层环(37)连接第八水平位移计(17)；上剪切盒(6)尺寸为长500mm，连接侧限柱(22)一侧的上剪切盒(6)的盒壁高为140mm，下剪切盒(7)尺寸为长500mm宽500mm盒壁高300mm，第一层环(30)至第八层环(37)高度均为20mm；上剪切盒(6)、下剪切盒(7)、第一层环(30)至第八层环(37)均采用质量轻强度高的合金材料，且进行阳极电镀防腐处理；上剪切盒(6)、下剪切盒(7)、第一层环(30)至第八层环(37)的内壁四个角均为圆形设计，圆角半径为30mm～60mm；第一伺服电机(3)和第二伺服电机(4)通过反力架(1)施加力，反力架(1)和加载框架(2)以及加压板(21)均采用高强度不锈钢材料，加压板(21)与上剪切盒(6)间的缝隙间隔为2mm～4mm；水平滑轨(29)为高强度不锈钢材料，且表面均涂有特富龙材料；第一伺服电机(3)和第二伺服电机(4)均可以进行快进快退操作，也可以进行匀速应变加载和应力加载，应变剪切速率为0.02～5.00mm/min，最大出力可达1000kN，出力测量精度可达0.5％FS，应力剪切速率为100～600kN/min；垂直位移计(9)的最大量程为150mm，测量精度可达1mm，第一水平位移计(10)至第八水平位移计(17)的最大量程均为170mm，测量精度均可达1mm；第一层环(30)至第八层环(37)之间使用直线导向轴承，层环之间可以滚动，减小摩擦阻力；上剪切盒(6)、下剪切盒(7)与第一层环(30)至第八层环(37)间使用插销固定于插销眼(40)内，便于装样，采用该装置进行滑坡抗剪强度及其剪切带变形测试的方法如下：①按照一定含水量、含石量与密度要求，称取相应质量的土体、碎石和水，将土体、碎石、水三者混合均匀，成为混合料，分成均匀的三份备用；②将轨道车(8)移至载样台(5)上，将上剪切盒(6)经由第一层环(30)至第八层环(37)对齐下剪切盒(7)，并把插销插入插销眼(40)内，将第一份混合料装入下剪切盒(7)中，将加压板(21)置于混合料上，将轨道车(8)移至垂直加载轴(19)正下方，启动第一千斤顶(25)和第二千斤顶(26)，将第一支撑底座(27)和第二支撑底座(28)分别与加载框架(2)接触，使轨道车(8)悬空，开动第一伺服电机(3)，使垂直加载轴(19)接触加压板(21)顶帽，按要求施加垂直压力F1，待垂直位移计(9)显示达到要求的密度时对应的位移值，停止加载；③开动第一伺服电机(3)，卸载使垂直加载轴(19)离开加压板(21)顶帽，启动第一千斤顶(25)和第二千斤顶(26)，将第一支撑底座(27)和第二支撑底座(28)分别与加载框架(2)脱离，使轨道车(8)与水平滑轨(29)接触，将轨道车(8)移至载样台(5)上，取出加压板(21)，将混合料拉毛，装入第二份混合料，将加压板(21)置于混合料上，将轨道车(8)移至垂直加载轴(19)正下方，启动第一千斤顶(25)和第二千斤顶(26)，将第一支撑底座(27)和第二支撑底座(28)分别与加载框架(2)接触，使轨道车(8)悬空，开动第一伺服电机(3)，使垂直加载轴(19)接触加压板(21)顶帽，按要求施加垂直压力F1，待垂直位移计(9)显示达到要求的密度时对应的位移值，停止加载；④开动第一伺服电机(3)，卸载使垂直加载轴(19)离开加压板(21)顶帽，启动第一千斤顶(25)和第二千斤顶(26)，将第一支撑底座(27)和第二支撑底座(28)分别与加载框架(2)脱离，使轨道车(8)与水平滑轨(29)接触，将轨道车(8)移至载样台(5)上，取出加压板(21)，将混合料拉毛，装入第三份混合料，将加压板(21)置于混合料上，将轨道车(8)移至垂直加载轴(19)正下方，启动第一千斤顶(25)和第二千斤顶(26)，将第一支撑底座(27)和第二支撑底座(28)分别与加载框架(2)接触，使轨道车(8)悬空，开动第一伺服电机(3)，使垂直加载轴(19)接触加压板(21)顶帽，按要求施加垂直压力F1，待垂直位移计(9)显示达到要求的密度时对应的位移值，保持垂直压力F1不变；⑤将侧限柱(22)和上剪切盒(6)连接，使上剪切盒(6)固定，启动第二伺服电机(4)，使水平加载轴(20)与连接端头(24)相连，将插销从插销眼(40)中拔出，按要求的等应变速率通过传力杆(23)施加推力T1，保持上剪切盒(6)水平方向固定，使下剪切盒(7)向远离第二伺服电机(4)方向移动，下盒试样(39)受剪，分别带动第一层环(30)至第八层环(37)发生水平位移，同时采用第一水平位移计(10)测量第一层环(30)的水平位移S1，采用第二水平位移计(11)测量第二层环(31)的水平位移S2，采用第三水平位移计(12)测量第三层环(32)的水平位移S3，采用第四水平位移计(13)测量第四层环(33)的水平位移S4，采用第五水平位移计(14)测量第五层环(34)的水平位移S5，采用第六水平位移计(15)测量第六层环(35)的水平位移S6，采用第七水平位移计(16)测量第七层环(36)的水平位移S7，采用第八水平位移计(17)测量第八层环(37)的水平位移S8，用第九水平位移计(18)测量下剪切盒(7)的水平位移S；⑥待水平位移S增大到75mm时停止试验，获得上盒试样(38)与下盒试样(39)接触面处正压力F1及接触面处剪切力T1，取T1的最大值Tmax1，并获得第一水平位移计(10)至第八水平位移计(17)的位移值，绘制第一层环(30)至第八层环(37)随剪切时间发生的位移曲线；⑦通过垂直加载轴(19)使第一伺服电机(3)卸载，第二伺服电机(4)通过水平加载轴(20)施加拉力拉动下剪切盒(7)移动，使得上剪切盒(6)通过第一层环(30)至第八层环(37)与下剪切盒(7)重合，卸除上剪切盒(6)与侧限柱(22)的连接，启动第一千斤顶(25)和第二千斤顶(26)，将第一支撑底座(27)和第二支撑底座(28)分别与加载框架(2)脱离，使轨道车(8)与水平滑轨(29)接触，将轨道车(8)通过水平滑轨(29)移动至载样台(5)上，卸除全部混合料；⑧改变垂直压力为F2，重复步骤②‑⑦，获得F2、Tmax2以及第一层环(30)至第八层环(37)随剪切时间发生的位移曲线；⑨再次改变垂直压力为F3，重复步骤②‑⑦，获得F3与Tmax3以及第一层环(30)至第八层环(37)随剪切时间发生的位移曲线；⑩将F1与Tmax1、F2与Tmax2、F3与Tmax3通过上盒试样(38)与下盒试样(39)的接触面积换算成应力，绘制摩尔库伦线，获取滑坡抗剪强度及剪切带变形。