[发明专利]一种竖向直接剪切试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及岩土力学、岩土工程领域的试验与测试部分，具体涉及一种竖向直接剪切试验装置，适用于具有胶结强度的均质土试样、土石混合体试样的岩土基本力学参数的测试以及滑面渗水作用下的岩土力学参数的测试，尤其是可实现渗水条件下试样剪切面强度指标的测试；此外，亦可用于岩石、混凝土的裂隙面渗流测试。

背景技术

岩土工程领域中，岩土体的剪切破坏是一种常见的破坏形式，而在剪切面形成后，剪切面的强度指标及力学特性则是计算稳定性的重要指标。直接剪切试验是获取岩土基本力学参数的主要技术手段与方法。实践中，当岩土介质具有一定的胶结强度时，岩体本身渗透性较小，当岩土体中有剪切面形成时，水的存在对剪切面强度弱化作用则十分明显，因此，剪切面上水的渗透影响下的岩土体抗剪强度对岩土体稳定性至关重要。

但常见的岩土直接剪切试验均为水平向施加剪切力，垂直向施加正应力，且由于自重作用难以考虑剪切面渗水作用。

如果采用浸水饱和试件进行剪切，则岩体介质的力学性能又均发生变化，不能仅反映滑面渗水作用的影响。

特别地，由颗粒介质胶结而成的土石混合介质，颗粒差异性、剪切面的复杂性对剪切面抗剪强度影响较大，现行试验规程中对该类介质抗剪强度试验尚无规定，因此，研制考虑滑面渗透性的直接剪切试验方法有较好的工程实践价值。

发明内容

本发明提供一种竖向直接剪切试验装置，本发明能够实现考虑试样剪切面上存在渗透水的抗剪强度的测试。

本发明采用如下技术方案：

一种竖向直接剪切试验装置，包括：底座、注水管和排水管，在底座上设有压力室，在压力室上设有剪切室上盖，在压力室内设有橡皮膜套，橡皮膜套的下端设在底座上且橡皮膜套的下端与底座密封连接，在橡皮膜套内设有上剪切盒和下剪切盒，上剪切盒和下剪切盒分别位于橡皮膜套的上、下端，并由橡皮膜套、上剪切盒和下剪切盒围成试样腔，上剪切盒和下剪切盒采用剪切组件，所述剪切组件包括基底，在基底分别设有剪切块和变形块，并且，剪切块的与变形块相对的平面和试样的剪切面共面，在剪切块的与变形块相对的平面上设有水槽，所述水槽向基底延伸并贯通基底，形成通水孔，所述注水管与上剪切盒中的通水孔连接，所述排水管与下剪切盒中的通水孔连接，在上剪切盒上设有顶帽，在顶帽设有竖向加载轴且竖向加载轴延伸穿过上盖，在压力室与橡皮膜套之间充有压力油。

本发明可以进一步采用以下技术措施：

竖向直接剪切试验装置所述变形块由泡沫块和阻止试样腔内试验试样嵌入泡沫块中的刚衬垫组合而成，所述刚衬垫设在变形块的临腔面侧。

竖向直接剪切试验装置在压力室上连接有用于提供渗流水的注水系统和测量渗流量的排水系统以及用于保持压力室压力的伺服系统。

与现有直接剪切试验相比，该装置具有以下优点：

本发明核心是在常规三轴压缩试验设备上增添一套特殊装置，使原三轴试验轴向力转化为剪切力，围压转化为剪切试验正压力，从而实现了试样竖直向的直接剪切试验功能；同时，通过在该装置中设置通水孔实现了剪切面上渗流水的施加，可测试渗流水对介质抗剪强度的影响，亦可用于岩石、混凝土的裂隙面渗流测试。

（1）该剪切装置中剪切块和变形块刚度的差异性使原三轴试验轴向力转化为剪切力，伺服围压转化为剪切试验正压力，实现了试样竖直向的直接剪切试验功能，且剪切加载、正压力、渗流水施加方便；

（2）该装置中预设处于剪切面内的通水孔和水槽实现了考虑试样剪切面上存在渗透水的抗剪强度的测试，克服了水平向剪切试验中试样含水因自重作用保水性差的缺陷；

（3）该装置可用于测量具有胶结强度的均质土、土石混合体的岩土基本力学参数，亦可用于岩石、混凝土裂隙面的渗流测试；

（4）该装置结构紧凑，制作方便。

附图说明

图1是竖向剪切装置结构示意图；

图2是上剪切盒组成示意图；

图3是下剪切盒组成示意图；

图4是上剪切盒主视图；

图5是上剪切盒左视图；

图6是上剪切盒右视图；

图7是假三轴上剪切盒俯视图；

图8真三轴上剪切盒俯视图；

图9是下剪切盒主视图；

图10是下剪切盒左视图；

图11是下剪切盒右视图；

图12是假三轴下剪切盒俯视图；

图13是真三轴下剪切盒俯视图。

图中：

10—三轴试验压力室，