[发明专利]具有渗流压力控制的叠环式剪切仪及其使用方法

说明书

本发明公开了具有渗流压力控制的叠环式剪切仪，包括依次连接的渗流调节模块、剪切模块和测量模块，渗流调节模块包括通过软管连接的高压气瓶和封闭水箱，封闭水箱连接水源，测量模块包括电子称，电子称上放置盛水容器。本发明具有渗流压力控制的叠环剪切仪，解决了现有技术中存在的叠环式剪切仪不能给试样稳定的施加渗流水压的问题，通过直接将渗流水压施加在试样上，测得试样在不同剪切力、法向压力、渗流水压等受力状态下的应力‑应变与强度关系，具有简单、实用的优势。

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，具体涉及具有渗流压力控制的叠环式剪切仪，还涉及上述具有渗流压力控制的叠环式剪切仪的使用方法。

背景技术

土与结构的相互作用是岩土工程中普遍存在的力学问题，现有技术中已有大量剪切试验系统平台，剪切试验是研究接触面特性的重要手段，是揭示接触面变形规律的重要途经。通过剪切盒和数据采集分析系统，采集剪切试验过程中接触面剪切带的土砾变形和剪切带的厚度，得到接触面抗剪强度参数的变化规律和剪切过程中土砾颗粒运移特征,定量分析土砾颗粒在剪切过程中的位移变化规律，为接触面力学特性和构模型分析提供重要支撑。

目前测定试样粒径小于60mm的粗粒土土体的抗剪强度，多使用叠环式剪切试验机，叠环剪切试验机的剪盒为多层式结构，由叠在一起的钢板叠环组成，由此有多个剪切面发生，以寻找到最弱剪切面。叠环式剪切仪适用于测定粗粒土土体的不同抗剪强度，然而现有的叠环剪切仪无法给试样稳定地施加渗流水压，模拟相关接触面的真实工作状态。

发明内容

本发明的一个目的是提供具有渗流压力控制的叠环式剪切仪，解决了现有技术中存在的叠环式剪切仪不能给试样稳定的施加渗流水压的问题。

本发明的另一个目的是提供具有渗流压力控制的叠环式剪切仪的使用方法。

本发明所采用的一种技术是，具有渗流压力控制的叠环式剪切仪，包括剪切模块，剪切模块分别连接渗流控制模块和测量模块。

本发明的特点还在于，

剪切模块包括底座，底座上设置框架结构，框架结构内设置下剪切盒，下剪切盒与底座之间设置滚轴排，剪切盒呈长方体结构，下剪切盒上开设矩形凹槽，矩形凹槽内设置压力传感器，下剪切盒环绕矩形凹槽的上表面开设若干球形槽，球形槽内设置钢板叠环，钢板叠环上铺设滚针排，若干层滚针排与钢板叠环围绕矩形凹槽交错设置，最上层钢板叠环顶部设置上剪切盒，矩形凹槽上通过若干层滚针排与钢板叠环、上剪切盒形成压力室，压力室内铺设乳胶膜。

渗流控制模块包括封闭水箱，封闭水箱底部设置进水管，进水管连接下剪切盒底部通过乳胶膜进入压力室，封闭水箱通过气管连接高压气瓶，气管上设置第一阀门，封闭水箱通过水管连接水源，水管的出水口设置第二阀门，高压气瓶上设置压力表，封闭水箱上设置流速表。

测量模块包括盛水容器，盛水容器顶部设置出水管，出水管连接上剪切盒顶部通过乳胶膜进入压力室，出水管上设置第三阀门，盛水容器底部设置电子称，上剪切盒顶部内侧设置流速传感器，下剪切盒底部内侧设置孔隙水压力计。

框架结构顶部设置轴向油压系统，轴向油压系统包括轴向液压油缸，轴向液压油缸活塞杆连接压块，上剪切盒顶部设置凹槽，凹槽内设置橡胶圈，压块与凹槽相卡接挤压密封；框架结构底部一侧设置水平油压系统，水平油压系统包括水平液压油缸，水平液压油缸活塞杆连接下剪切盒侧壁。

压力传感器、流速传感器、孔隙水压力计、轴向油压系统、水平油压系统、压力表、流速表均电连接微机采集系统。

压力室与下剪切盒、上剪切盒相对位置设置密封橡胶垫。

本发明所采用的另一种技术是，具有渗流压力控制的叠环式剪切仪的使用方法，具体按照以下步骤进行实施：

步骤1，根据剪切实验原料，在下剪切盒上交错铺设所需滚针排与钢板叠环构成的压力室高度；