[发明专利]粗粒土渗流直剪试验装置及方法

摘要

本发明属于岩土工程土工测试技术领域，并公开了一种粗粒土渗流直剪试验装置及方法，装置包括上剪切盒和下剪切盒、框架、垂直荷载加载部件、水平荷载加载部件，还包括渗透系统和测压系统，渗透系统包括进水装置、出水装置、和分别位于上下剪切盒两侧的进水口、出水口，进水装置与进水口、出水装置与出水口分别通过管道连接，测试时分别施加垂直和水平方向荷载，同时开启渗透、测压系统，垂直方向荷载P保持恒定，水平方向荷载施加方式采用应力式，渗透水压在剪切过程中为常水头。本发明可实现不同渗流大小和方向、管涌渗透破坏作用下粗粒土的直剪试验，获得天然地下水渗流或管涌渗透破坏状况下粗粒土抗剪性能。

主权项

一种粗粒土渗流直剪试验方法，其特征在于：提供一种粗粒土渗流直剪试验装置，包括上下叠放的上剪切盒和下剪切盒、框架、垂直荷载加载部件、水平荷载加载部件；所述框架包括反力柱，所述垂直荷载加载部件固连在框架上壁内侧，所述水平荷载加载部件固连在框架的一侧壁上；所述下剪切盒与框架底部之间设置有可沿剪切方向水平自由滑动的限位钢球，所述下剪切盒底部外侧和框架底部内侧沿剪切方向设置有对应的用于容纳限位钢球的钢珠槽，还包括渗透系统和测压系统，所述渗透系统包括进水装置、位于上下剪切盒一侧的进水口、出水装置、位于上下剪切盒另一侧的出水口，所述进水装置与进水口、出水装置与出水口分别通过管道连接；所述测压系统包括位于进、出水口的进水口流量计、进水口测压计、出水口流量计、出水口测压计及上剪切盒一侧下部和下剪切盒一侧上部的微型测压计；所述上、下剪切盒内部粗粒土试样用超弹材料整体密封；进行渗流作用下直剪试验时，在进、出水口和微型测压计管口加滤网及滤纸；进行管涌渗透破坏下直剪试验时，在进、出水口加滤网；所述粗粒土渗流直剪试验方法包括以下步骤：将粗粒土试样放置于上剪切盒和下剪切盒内；将渗透系统和测压系统与上、下剪切盒连接，通过垂直荷载加载部件和水平荷载加载部件分别施加垂直和水平方向荷载，同时开启渗透、测压系统；垂直方向荷载P保持恒定不变，水平方向荷载施加方式采用应力式，每一个加载周期水平剪切力F增加额定荷载，保持渗透水压在剪切过程中为常水头；测得试验数据轴向荷载P、水平剪切力F、剪切位移v、进水口渗流水压uw1、出水口渗流水压uw2、侧向的微型测压计读数uw；由以下公式可以得到渗流梯度i、渗流梯度水平分量ix、渗流梯度垂直分量iy，i=uw1-uw2rwl]]>ix=uw1-uw2rwlx]]>iy=uw1-uw2rwly]]>由以下公式可以得到渗透力j、渗透力水平分量jx、渗透力垂直分量jy，j=rwi=uw1-uw2l]]>jx=rwix=uw1-uw2lx]]>jy=rwiy=uw1-uw2ly]]>其中，uw1通过进水口测压计测得，uw2通过出水口测压计测得，uw1、uw2和uw的量纲为Pa，1Pa＝10‑6N/mm2；rw为水的容重，取值9.81×10‑6N/mm3；lx为进出水口间水平距离，ly为进出水口间垂直距离；l为进出水口间直线距离；其中，lx、ly、l的量纲为mm；由以下公式可得有效正应力σ'、有效剪应力τ'，σ′=PA+(γ′+jy)ly]]>τ′=FA+jxlx=FA+(uw1-uw2)]]>其中，P和F的量纲为N；γ'为粗粒土试样的浮容重、A为剪切面面积，γ'的量纲为N/mm3，A的量纲为mm2；由计算所得到的数据渗流梯度i、有效正应力σ'、有效剪应力τ'；通过上述步骤获得所述粗粒土渗流直剪试验的抗剪性能。