[发明专利]测定边坡植株根-土复合体力学特性的试验系统及方法

权利要求书

1.测定边坡植株根-土复合体力学特性的试验系统，其特征在于包括围绕某一植株保护性挖掘，使植株所在土垒位于中心的工字型试验土坑、垂直加载组、水平梯级加载-受力组、剪切位移测量组，工字型其中一翼的土坑中靠近植株土垒预留有一堵土墙(7)，定义此坑为后坑，相对的一翼为前坑；所述垂直加载组由横跨植株土垒和两侧地表面，并预留出供植株穿过的空隙的垂直加载板(1)、用于支撑垂直加载板对称设置在两侧地表面上和植株土垒上的三组支撑柱(2)、堆放在植株土垒正上方垂直加载板上的堆载物(3)组成，用于对植株土垒施加法向应力；所述水平梯级加载-受力组包括多层剪切盒(5)、多层土压力盒(4)、多块垫板(6)、竖向拉杆(8)及滑轮(11)，所述剪切盒沿着植株土垒安装在不同高度，多层土压力盒分别安装在土墙和每个剪切盒之间，土墙背面对应植株土垒位置和宽度沿土墙高度贴墙固定多个平行的横向垫板(6)，所述竖向拉杆对应植株土垒中心，紧贴垫板埋设在后坑中，且高度高于土墙；所述滑轮固定在前坑的前端地表挖掘的土坑中，滑轮配套有拉索(10)和砝码(12)，拉索一端绕过滑轮连接砝码，另一端固定在拉杆顶端，用于对多层剪切盒施加水平推力，拉索上安装有拉力传感器及其数据采集仪(15)；所述剪切位移测量组由埋设在前坑中两侧的两根固定立柱(16)、安装在立柱上对应每层剪切盒前缘的悬挑标尺或LVDT位移传感器(14)，用于每层剪切盒的水平剪切位移监测。

2.根据权利要求1所述测定边坡植株根-土复合体力学特性的试验系统，其特征在于所述每层剪切盒为矩形框体，每层框体四壁由若干竖向且平行的框条间隔一定距离拼成格栅式，预留出供植株根系穿过的空隙。

3.根据权利要求1所述测定边坡植株根-土复合体力学特性的试验系统，其特征在于所述垂直加载板为两块一边缘带有半圆形空缺的钢板，每块横跨植株土垒和地表面，且空缺边缘相对放置拼成一空心圆，预留出供植株穿过的空隙。

4.根据权利要求1所述测定边坡植株根-土复合体力学特性的试验系统，其特征在于垂直加载板的三组支撑柱主要由土袋垒成，试验坑两侧地表面上的土袋支撑柱的最上层用装满水的塑料瓶代替土袋，以便在试验开始时两侧对称地将装满水的塑料瓶拧开放出水使加载板和两边的土袋支撑柱脱离，从而使得堆载的重力全部通过垂直加载板作用在植株土垒的土体上，施加法向应力。

5.根据权利要求1所述测定边坡植株根-土复合体力学特性的试验系统，其特征在于土墙里不同深度埋设有吸力传感器(17)和含水率传感器(18)，用于受力或降雨前后土体的吸力和含水率分布和变化规律的测定。

6.根据权利要求1所述测定边坡植株根-土复合体力学特性的试验系统，其特征在于竖向拉杆下端埋入土体中一定深度并锚固，并通过设置在拉杆和土坑侧壁之间的固底千斤顶(9)顶住，以增强其抵抗受拉后的锚固能力。

7.基于权利要求1所述试验系统的梯级水平荷载下根-土复合体的剪切实验方法，其特征在于，布置好所述试验系统；将试验坑两侧地表面上垂直加载板的2组支撑柱上层的塑料瓶拧开放出水，使垂直加载板和土袋支撑柱脱离受力，从而使得堆载的重力全部通过垂直加载板作用在植株土垒的土体上，施加法向应力；在滑轮上拉索一端逐级加载上砝码，砝码的重力转变为拉索对竖向拉杆的拉力，从而逐级对多层剪切盒施加梯级水平推力，推动各层的剪切盒移动，水平推力通过土压力盒记录，位移变化通过每层剪切盒前缘的悬挑标尺或LVDT位移传感器测量，竖向荷载保持不变，绘制多层测点的水平荷载-剪切位移或者换算的各层剪应力和剪切位移的关系曲线，以研究根-土复合体的抗剪受力和变形特性，以及不同空间分布的根系改善土体延性的能力。

8.根据权利要求7所述梯级水平荷载下根-土复合体的剪切实验方法，其特征在于，开挖试坑时，围绕植株土垒安装多层叠合的剪切盒，对应每层剪切盒在其靠近土墙的受力侧安装土压力盒，在其它三个不受力侧，根据植株根系分布布置剪切盒格栅式边壁，调整间距使根系穿过格栅空隙，使得试验过程不必剪断剪切盒周围的根系，从而保护植株。