[发明专利]一种考虑渗流-应力-化学耦合的岩土体剪切流变仪

说明书

本发明提供一种考虑渗流‑应力‑化学耦合的岩土体剪切流变仪，包括试验台、剪切盒组件、加载组件和位移‑应力监测组件；剪切盒单元可放置大尺寸的试样，通过水泵提供具有一定渗透压的化学液体，通过热空气循环单元对试样进行烘干处理，实现不同渗透压化学液体的渗流及试样的干湿循环；利用砝码进行法向压力的加载，利用刚性弹簧进行切向压力的加载，利用激振器作用于弹簧从而对切向应力产生扰动，通过控制直线位移机构保持刚性弹簧的变形量以保证切向应力的稳定；位移‑应力监测组件配合相应的数据采集系统，监测下剪切盒位移和试样所受拉力；本发明可研究岩土体受动力扰动、地下水、化学腐蚀、干湿循环以及应力单独或共同作用的长期稳定性问题。

技术领域

本发明涉及一种岩土体剪切流变仪，具体涉及一种考虑渗流-应力-化学耦合的岩土体剪切流变仪，属于岩土工程技术领域。

背景技术

自然界滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害的发生多是因剪切破坏引起的，由于各类岩土体均具有不同程度地流变效应，岩土体剪切流变特性的研究是进行重大工程设计及地质灾害分析时必须要考虑的重要因素。在水利、交通、矿山等领域的施工中，爆破、强夯等是进行坡形改造、地基处理、矿石开采等工作的必要程序，其产生的动力扰动会对岩土体的流变效应产生明显的影响；水是影响岩土体变形、强度特性的重要因素，而水中往往有复杂的化学成分，会不断侵蚀岩土体内部结构，对其产生劣化。因此，对于各类工程长期稳定性的研究，渗流-应力-化学场耦合下岩土体的剪切流变特性不可忽视。

目前国内外对于多场耦合下岩土体剪切流变特性的研究多基于三轴试验仪器，但往往试验仪器昂贵，操作复杂，且目前鲜有考虑多场耦合影响的剪切流变试验设备。对于动荷载扰动下岩土体流变性质的研究主要采用三轴卸荷流变试验的方式，对于降雨影响下岩土体流变性质的研究主要采用先对试样进行干湿循环处理再进行流变试验的方式，但这些模拟方式显然与实际中降雨与爆破荷载的作用方式不符。此外，土体的剪切流变仪仍采用杠杆机构施加荷载的方式，加载过程中杠杆发生倾斜会使荷载产生较大的损失；试样均为小尺寸的圆形试样，在试验过程中会有明显的应力集中现象，对试验结果产生影响。如何准确研究渗流-应力-化学场耦合作用下岩土体的剪切流变性质是该领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种考虑渗流-应力-化学耦合的岩土体剪切流变试验装置，可在剪切流变的试验过程中对试样进行不同频率和强度的动力扰动，向试样提供具有一定渗透压和特定成分的化学液体，并可对试样进行干湿循环处理，研究岩土体受动力扰动、地下水、化学腐蚀、干湿循环以及应力单独或共同作用的长期稳定性问题。

实现本发明目的所采用的技术方案为，一种考虑渗流-应力-化学耦合的岩土体剪切流变仪，至少包括试验台以及安装于试验台上的剪切盒组件、加载组件和位移-应力监测组件，所述剪切盒组件包括由上剪切盒、下剪切盒和滑移块构成的剪切盒单元，由密封盒、排气管、进气管、风机、电热丝和热风盒构成的热空气循环单元，以及由水槽、水泵、水管和底部为透水石的贮水箱构成的渗流单元，剪切盒单元整体封装于密封盒中；上剪切盒与下剪切盒上下叠放且开口相对，滑移块位于上剪切盒和下剪切盒之间，所述滑移块由刚性滚珠和滑动槽构成，刚性滚珠嵌于滑动槽中并且与上剪切盒的盒口接触；密封盒与热风盒通过排气管和进气管连通，风机和电热丝均安装于热风盒中；水槽、水管和贮水箱依次连通，水泵安装于水管上，贮水箱构成上剪切盒的盒底，透水石与剪切盒内腔中的试样直接接触；所述加载组件包括法向加载装置、刚性弹簧、激振器和直线位移机构，法向加载装置作用于贮水箱，刚性弹簧的一端与激振器连接、另一端作用于下剪切盒，激振器通过直线位移机构驱动进行直线移动。

所述位移-应力监测组件由拉线型位移传感器、应变式拉应力传感器以及相配套的数据采集系统构成，其中拉线型位移传感器与下剪切盒相连，应变式拉应力传感器连接刚性弹簧与下剪切盒。

所述加载组件包括法向加载装置以及由刚性弹簧、刚性连杆、激振器和直线位移机构构成的切向加载装置，刚性弹簧通过刚性连杆作用于下剪切盒，应变式拉应力传感器连接刚性弹簧与刚性连杆。