[发明专利]考虑泥皮形成条件和界面法向位移的直剪试验装置及方法

说明书

本发明涉及一种考虑泥皮形成条件和界面法向位移的直剪试验装置，包括泥皮制样机构和剪切试验机构，泥皮制样机构包括剪切盒和设置在剪切盒一侧的储水槽，剪切盒包括剪切盒底座、固定在剪切盒底座上的剪切盒套筒、固定在剪切盒套筒上的泥浆护筒和固定在泥浆护筒上的泥浆护筒上盖，所述剪切盒套筒的底端与剪切盒底座之间安装有弹簧，剪切盒底座内设有与剪切盒套筒内部连通的进水孔通过水管与储水槽的底部相连。本发明实现了带泥皮试样制作和直剪试验一体化，可对不同压差条件下泥浆浸染土样的制作及界面剪切试验中法向位移的控制，且泥浆浸染土样的制作在剪切盒套筒中完成，这样避免了土样的扰动，更加接近工程实际，有效提高了试验结果的可靠性。

技术领域

本发明涉及土工试验技术研究领域，特别涉及一种考虑泥皮形成条件和界面法向位移的直剪试验装置及使用方法。

背景技术

水库大坝是国家重要的一项基础设施，常用来防洪、灌溉及水利发电等，据报道近些年我国各地建造的水库大坝超过87000个，其中95％是土石坝。而在我国西部地区河流纵横，水电资源丰富，但众多河流都存在超厚覆盖层，为了达到防渗的目的，通常在覆盖层坝基筑建混凝土防渗墙心墙，而防渗墙作为水库大坝的重要组成部分，其与土体界面间的力学性能研究也成为岩土工程中的重要课题之一，特别是含泥皮的防渗墙与超厚覆盖层间界面。关于土与结构界面间的相互作用研究，目前主要集中在界面剪切试验和界面拉拔试验两个方面，而界面剪切试验是最能直观反映工程实际特性的一种手段。传统关于界面剪切特性的试验研究，大多停留在界面粗糙度与含水率、试样尺度、荷载大小与速率的影响，没有考虑界面的形成过程，且大都未考虑法向位移的影响。但实际工程中，特别是超厚覆盖层土质坝基，由于覆盖层土体多为砂土或砂砾石，较为疏松，孔隙率大，高水压差作用下泥浆会对土体进行浸染并在混凝土防渗墙与土体界面间形成泥皮，且泥皮也存在较大的法向变形，这样会严重影响混凝土防渗墙与土体界面力学特性。因此，亟需提出一种集含泥皮土样制备与考虑界面法向变形于一体的试验装置，特别是一种考虑泥皮形成条件和界面法向位移的直剪试验装置。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种考虑泥皮形成条件和界面法向位移的直剪试验装置及使用方法，其实现了泥皮试样制作和直剪试验一体化。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种考虑泥皮形成条件和界面法向位移的直剪试验装置，包括泥皮制样机构和剪切试验机构，所述泥皮制样机构包括剪切盒和设置在剪切盒一侧的储水槽，所述剪切盒包括剪切盒底座、固定在剪切盒底座上的剪切盒套筒、固定在剪切盒套筒上的泥浆护筒、固定在泥浆护筒上的泥浆护筒上盖，剪切盒套筒的侧壁上设有透明的窗口，所述剪切盒套筒的底端与剪切盒底座之间安装有弹簧，所述剪切盒底座内设有与剪切盒套筒内部连通的进水孔，进水孔的进口处设有进水阀，进水阀通过气插接头连接有进水管，进水管与储水槽的底部相连，所述泥浆护筒上盖上设有进浆口和排气口，进浆口处设有泥浆控制阀，泥浆控制阀上外接泥浆注射装置，排气口处安装有排气阀，所述剪切试验机构包括固定在剪切盒底座上的传力架、制成的泥皮、浸染土体、用于覆盖在剪切盒套筒上方的混凝土板和直剪仪，传力架与直剪仪的水平加载装置相连，剪切盒底座滑动安装在直剪仪的滑动导轨上，剪切试验时，拆下泥浆护筒上盖和泥浆护筒，将混凝土板覆盖在剪切盒套筒和泥皮上，直剪仪的竖向荷载加载装置作用于混凝土板上表面中间位置。

所述剪切盒底座、剪切盒套筒、泥浆护筒和泥浆护筒上盖通过螺杆和螺帽固定在一起，其中螺杆一端固定在剪切盒底座上，泥浆护筒上盖上开设有与螺杆相对应的穿孔，螺杆另一端穿过穿孔后紧固螺帽进而将剪切盒底座、剪切盒套筒、泥浆护筒和泥浆护筒上盖固定在一起。

所述剪切盒套筒为筒状四方体，剪切盒底座为凸形状，剪切盒套筒的四边底端通过弹簧与剪切盒底座连接，剪切盒底座的凸起部的侧壁上开设有第一螺孔，剪切盒套筒的侧壁上开设有第一螺孔相对应的第二螺孔，第一螺孔和第二螺孔内安装有螺钉，制样时剪切盒套筒通过螺钉、第一螺孔和第二螺孔固定在剪切盒底座上，剪切盒套筒的内壁与剪切盒底座的凸起部的外壁之间设有止水垫片，所述剪切盒套筒内由下之上依次放置有透水石、滤纸、土体，泥浆护筒内放置有泥浆。