[发明专利]一种现场直剪流变试验方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种现场直剪流变试验方法，特别适用于隧道内硬土（或软岩）等地层，本还涉及实现该方法的装置。

背景技术

硬土和软岩作为土和岩石之间的过渡性介质，具有复杂岩土力学特性，它们往往表现出流变特性。随着基础设置的发展，涌现出大量的建在硬土或软岩上的隧道、桥基和路基。为了确保基础设施的安全使用，必须对硬土和软岩的流变特性进行研究，为设计和施工提供指导。现场试验的优点在于岩土受到扰动较小，容易保持其原有微观结构。目前，国内现场流变试验主要是在荷载板试验基础上进行的，美国ASTM规范里倡导在洞室内进行径向加载流变试验。然而，为大家所知的是，岩土多为受剪破坏，直剪试验更能直观反映岩土破坏机理，流变试验的难题在于如何提供稳定的压力。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种操作简单、因地制宜、充分利用现场资源、节省试验成本的现场直剪流变试验方法。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种实现该现场直剪流变试验方法的装置。

为了解决上述第一个技术问题，本发明提供的现场直剪流变试验方法，在现场选定一位置，切割制成尺寸大于50cm×50cm、小于150cm×150cm的土方柱，所述的土方柱的高度为边长的一半，至少在所述的土方柱的水平剪力加载侧面装上侧面刚性板，分别在所述的土方柱的水平剪力加载侧部和顶部预埋压力盒，并用细砂填平顶面和填塞侧面，在所述的土方柱的顶部盖上顶部焊有第一三角架的顶部刚性板，将水平杠杆搁在三角架上，所述的水平杠杆的一端作为旋转点，搁置在第一固定支架下，在所述的水平杠杆另一端吊挂第一钢筋笼，往所述的第一钢筋笼内逐级添加第一批砂袋，通过所述的水平杠杆将所述的第一批砂袋死载传至所述的土方柱上，采用第一百分表记录竖向压力作用下所述的土方柱的顶面的竖向位移，直到位移在所需压力作用下趋于稳定，开始施加水平剪力；立一个竖向杠杆在水平剪力加载的所述的侧面刚性板旁，竖向杠杆的旋转点在第二固定支架处，所述的竖向杠杆下端抵在所述的侧面刚性板的第二三角架上，在所述的竖向杠杆上端栓一钢索，所述的钢索穿过一滑轮，在所述的钢索上吊有第二钢筋笼，调整所述的钢索，使与所述的竖向杠杆上端相连的所述的钢索呈水平方向，保持竖向压力，在所述的第二钢筋笼内逐级添加第二批砂袋以施加水平剪力增加水平剪力直到剪断试样，通过第二百分表记录各级水平剪力下水平位移，直到趋于稳定；逐级添加水平剪力，直到土方柱被剪断，通过百分表测试每级水平剪力作用下的水平位移。

若所述的土方柱因为弱面存在不规则，则在所述的土方柱的四周扣上所述的侧面刚性板。

分别在所述的土方柱的水平剪力加载侧部和顶部预埋压力盒。

为了解决上述第二个技术问题，本发明提供的实现现场直剪流变试验方法的装置，包括能安装在土方柱四周的侧面刚性板，包括盖在土方柱的顶部且顶部焊有第一三角架的顶部刚性板，将水平杠杆搁在所述的第一三角架上，所述的水平杠杆的一端作为旋转点搁置在第一固定支架下，在所述的水平杠杆另一端吊挂有第一钢筋笼，所述的第一钢筋笼内添加有第一批砂袋，采用第一百分表记录竖向压力作用下所述的土方柱的顶面的竖向位移；一个竖向杠杆设在水平剪力加载的所述的侧面刚性板旁，所述的竖向杠杆的旋转点在第二固定支架处，所述的竖向杠杆下端抵在所述的侧面刚性板的第二三角架上，在所述的竖向杠杆上端栓一钢索，所述的钢索穿过一滑轮，在所述的钢索上吊有第二钢筋笼，在所述的第二钢筋笼内添加有第二批砂袋，设有第二百分表记录各级水平剪力下水平位移。

分别在所述的土方柱的水平剪力加载有侧部和顶部预埋压力盒。

采用上述技术方案的现场直剪流变试验方法及其装置，避开采用昂贵的稳压千斤顶，根据杠杆和滑轮原理，利用死载为直剪流变试验提供稳定的竖向压力和水平剪力。通过水平杠杆将砂袋死载传至土方柱上，提供稳定的竖向压力，由于杠杆原理，钢筋笼内砂袋重量（包括钢筋笼）只需为土方柱竖向荷载的1/l₁(令水平杠杆力臂比为l₁)。采用百分表记录竖向压力作用下方柱顶面的竖向位移，直到位移在所需压力作用下趋于稳定，开始施加水平剪力。竖向杠杆保持竖向压力，在钢筋笼内逐级添加砂袋以施加水平剪力增加水平剪力直到剪断试样，通过百分表记录各级水平剪力下水平位移，直到趋于稳定。同样地,钢筋笼内砂袋重量(包括钢筋笼)只需水平剪力的1/l₂(假设竖向杠杆力臂比为l₂)。本试验方案技术可行，操作简单，因地制宜，充分利用现场资源，节省试验成本。