[发明专利]一种配有温控模块的可视化中型剪切仪及试验方法

说明书

本发明公开了一种配有温控模块的可视化中型剪切仪及试验方法，该装置包括冻土剪切模块和冻土电阻率测量模块；本发明中采用了温控模块、冻土剪切模块与冻土电阻率测量模块同环境工作的组合，在同一环境中先进行电阻率测试后进行剪切试验，解决了传统试验中电阻率测试试验与剪切试验环境分离，试件移动困难，试验整体时间过长的问题；采用了温控模块，为冻土电阻率测量模块提供了完整的温控环境，解决了传统电阻率测试仪只能在特定温度下进行使用或达到不同的设定温度的问题。同时，冻土剪切模块采用可视化剪切盒，配有图像采集模块，并内置土压力计，解决了传统直剪试验无法探究粗粒土颗粒在受剪时的局部受力状态与运移变形特性的问题。

技术领域

本发明涉及寒区土体剪切测量技术领域，并且更具体地，涉及一种配有温控模块的可视化中型剪切仪及试验方法。

背景技术

在我国，多年冻土和季节冻土的面积分别占过国土面积的21.5％和53.5％。随着社会经济的发展、旅游业和国防建设的发展，冻土地区也将必然成为生产生活的重要场所。冻土作为一种特殊土是一种多孔多项介质，由矿物颗粒、冰、水、气组成，其本身含有冰晶，热学性质很不稳定，如不采取合理的处理措施，既可能引起冻土区建筑物在运行中遭受冻害威胁，也有可能造成严重的经济浪费。

冻土中冰晶体逐渐融化成水，即冻土中未冻水含量在不断变化。冻结状态下由冰晶体填充的土颗粒间隙由于水分的渗流而逐渐减小，冻土土体发生固结下沉，土体物理力学参数如粘聚力和孔隙率等发生剧烈变化，土体结构性发生明显变化。此外冻土的冻胀融沉的程度取决于土中的含冰量以及未冻水的分布情况。因此冻土的未冻水含量作为冻土区工程中重要的物理参数，其科学准确的测试方法尤为重要。

常见的测量冻土中未冻水含量的方法主要有量热法、测热法，但其操作及计算较繁琐，而土电阻率的研究自上世纪开始至今已有了成熟的经验和结论，事实上温度对电阻率的影响是通过影响冻土中未冻水含量来体现的，冻土温度降低孔隙水含量不断降低，冻土的电阻率随着孔隙水含量的降低而呈上升的趋势。(王柯.电阻率法在冻土未冻水含量测试中的理论及试验研究[D].西安科技大学,2019.)

然而现有的电阻率测试仪大多是针对特定温度设计的，对于还原试样的真实情况存在偏差，无法直接测量不同温度下土体电阻率，且耗时耗力。

另外，由于岩土工程的破坏大多是由于剪切破坏引起的，所以准确、便捷地测定其剪切强度尤为重要。目前，传统的剪切仪在测量土体抗剪强度时，无法观察剪切过程中剪切盒内部土体的变化形态，存在“黑箱”问题，对试验的准确性、可信度及完整性造成一定影响。同时，要获得冻土的抗剪强度并不像常温土那样简单，需要在严格的温控条件下进行，因此迫切的需要一种更加便捷的方式。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种配有温控模块的可视化中型剪切仪及试验方法，其中，该装置使电阻率测试试验和剪切试验在同环境下进行；实现了在不同温度下进行电阻率测量试验；解决了冻土剪切试验中可视化的问题；解决了冻土剪切试验中无法测量局部土压力的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种配有温控模块的可视化中型剪切仪，包括全部置于温控模块的温控环境中的冻土剪切模块和部分置于温控模块的温控环境中的冻土电阻率测量模块，所述冻土剪切模块包括剪切试验仪和土压力计，所述剪切试验仪包括上剪切盒和下剪切盒，所述下剪切盒设置在底板上，所述底板下方连接有沿剪切方向铺设的滑轨，所述下剪切盒与提供水平剪切力的水平加载部件相连接，所述上剪切盒与提供法向压力的垂直加载部件相连接，所述土压力计埋设于所述上剪切盒和所述下剪切盒内的土层中；所述冻土电阻率测量模块包括电源箱、数字万用表、铜导线和铜电极板，所述上剪切盒内a、b两个侧面处均设置有所述铜电极板，所述铜导线一端与所述铜电极板连接，另一端与数字万用表和电源箱相连；数采组件与所述数字万用表连接导出电流值、电压值。

优选地，所述温控模块的温控环境中位于所述剪切试验仪的旁侧处设置有图像采集模块，所述上剪切盒和所述下剪切盒均具有可视面，所述图像采集模块用于记录可视面的剪切过程。