粗粒土滲流直剪試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于巖土工程土工測試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種粗粒土直剪試驗(yàn)裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 剪切破壞是邊坡、地基、洞室等巖土工程主要的破壞形式之一，巖土體以及巖土體 與構(gòu)筑物接觸面的抗剪強(qiáng)度對巖土工程抗剪切破壞設(shè)計有重要影響。巖土體的剪切強(qiáng)度是 指巖土體承受最大剪切力的能力，常用剪切強(qiáng)度參數(shù)描述。在巖土工程領(lǐng)域，粗粒土作為一 種常見的天然地質(zhì)體，并作為建筑物及工程材料的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，主要擔(dān)負(fù)抗剪抗滑等 工程作用。粗粒土普遍具有顆粒粒徑不均勻、顆粒間粘接力小、單個顆粒強(qiáng)度大、抗剪強(qiáng)度 高、承載力大、壓縮性小等特點(diǎn)。研究表明，無論是天然的還是人工的粗粒土邊坡破壞、地基 失穩(wěn)甚至滑坡的形成，都與土的抗剪性能密切相關(guān)。粗粒土抗剪性能指標(biāo)的獲取可采用三 軸壓縮試驗(yàn)、環(huán)剪試驗(yàn)、直剪試驗(yàn)等土工試驗(yàn)方法。鑒于直剪試驗(yàn)測試簡單、經(jīng)濟(jì)、快速，學(xué) 術(shù)界和工程界仍廣泛采用該方法。
[0003] 如申請?zhí)枮?01310169011. 8的中國發(fā)明專利就公開了一種巖土直剪試驗(yàn)裝置及 方法，該巖土直剪試驗(yàn)裝置包括用于盛放巖土試樣且上下疊放的上剪切盒和下剪切盒、用 于承載上剪切盒和下剪切盒的基座、與上剪切盒內(nèi)側(cè)相配合的加載件、用于數(shù)據(jù)采集并提 供控制信號的控制與數(shù)據(jù)采集部件、設(shè)置于加載件上以提供豎向加載量的豎向加載部件以 及設(shè)置于下剪切盒側(cè)邊以提供橫向加載量的橫向加載部件，豎向加載部件和橫向加載部件 分別與控制與數(shù)據(jù)采集部件信號連接。該發(fā)明還提供了一種巖土直剪試驗(yàn)方法，將巖土放 置于上剪切盒和下剪切盒內(nèi)，調(diào)整豎向加載部件和橫向加載部件至加載位置，利用控制與 數(shù)據(jù)采集部件獲取的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得到巖土剪切強(qiáng)度。
[0004] 但是原位粗粒土往往處于復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，并受滲流等環(huán)境因素影響，抗剪性能 也會發(fā)生相應(yīng)變化。在降雨下滲、庫水漲落等存在地下水滲流作用下，土質(zhì)類邊坡經(jīng)常發(fā)生 滑坡、崩塌等自然災(zāi)害，進(jìn)而引起交通堵塞、庫區(qū)涌浪等次生災(zāi)害。其原因主要是：在地下水 滲流作用下，邊坡體內(nèi)部的抗剪性能指標(biāo)降低，或產(chǎn)生管涌等滲透破壞而導(dǎo)致整體失穩(wěn)和 破壞。目前的研究中并未有涉及粗粒土在不同滲流方向下甚至發(fā)生滲透破壞時的抗剪性能 測試技術(shù)或試驗(yàn)裝置。因此，開發(fā)出一種可以更準(zhǔn)確的獲取天然滲流或滲透破壞狀態(tài)下粗 粒土的抗剪性能指標(biāo)的直剪試驗(yàn)裝置，為巖土工程中的結(jié)構(gòu)設(shè)計、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測等提供更 加準(zhǔn)確可靠的參數(shù)建議，是目前亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實(shí)用新型的目的在于提供一種粗粒土滲流直剪試驗(yàn)裝置，測量粗粒土在不同滲 流方向下甚至發(fā)生滲透破壞時的抗剪性能，為工程結(jié)構(gòu)設(shè)計、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測等提供更加準(zhǔn) 確可靠的參數(shù)建議。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：粗粒土滲流直剪試驗(yàn)裝置， 包括上下疊放的上剪切盒和下剪切盒、框架、垂直荷載加載部件、水平荷載加載部件；所述 框架包括反力柱，所述垂直荷載加載部件固連在框架上壁內(nèi)側(cè)，所述水平荷載加載部件固 連在框架的一側(cè)壁上；所述下剪切盒與框架底部之間設(shè)置有可沿剪切方向水平自由滑動的 限位鋼球，所述下剪切盒底部外側(cè)和框架底部內(nèi)側(cè)沿剪切方向設(shè)置有對應(yīng)的用于容納限位 鋼球的鋼珠槽，起到形成剪切開縫并限制剪切方向的作用，還包括滲透系統(tǒng)和測壓系統(tǒng)，所 述滲透系統(tǒng)包括進(jìn)水裝置、位于上下剪切盒一側(cè)的進(jìn)水口、出水裝置、位于上下剪切盒另一 側(cè)的出水口，所述進(jìn)水裝置與進(jìn)水口、出水裝置與出水口分別通過管道連接；所述測壓系統(tǒng) 包括位于進(jìn)、出水口的進(jìn)水口流量計、進(jìn)水口測壓計、出水口流量計、出水口測壓計及上剪 切盒一側(cè)下部和下剪切盒一側(cè)上部的微型測壓計；所述上、下剪切盒內(nèi)部粗粒土試樣用超 彈材料整體密封；進(jìn)行滲流作用下直剪試驗(yàn)時，在進(jìn)、出水口和微型測壓計管口加濾網(wǎng)及濾 紙；進(jìn)行管涌滲透破壞下直剪試驗(yàn)時，在進(jìn)、出水口加濾網(wǎng)。
[0007] 優(yōu)選的，所述的進(jìn)水口與出水口位置互換，進(jìn)水口作為出水口，出水口作為進(jìn)水 □ 〇
[0008] 優(yōu)選的，所述的進(jìn)水口和出水口在上、下剪切盒側(cè)面分別為豎直排列的兩排，可以 實(shí)現(xiàn)滲流方向的改變。
[0009] 優(yōu)選的，所述上剪切盒和下剪切盒的橫截面為內(nèi)邊長400mmX400mm的正方形，滿 足最大粗粒土粒徑為40mm的試樣進(jìn)行試驗(yàn)。
[0010] 使用本實(shí)用新型的粗粒土直剪試驗(yàn)裝置進(jìn)行粗粒土直剪試驗(yàn)，包括以下步驟：
[0011] 將粗粒土試樣放置于上剪切盒和下剪切盒內(nèi)；
[0012] 將滲透系統(tǒng)和測壓系統(tǒng)與上、下剪切盒連接，通過垂直荷載加載部件和水平荷載 加載部件分別施加垂直和水平方向荷載，同時開啟滲透、測壓系統(tǒng)；
[0013] 垂直方向荷載P保持恒定不變，水平方向荷載施加方式采用應(yīng)力式，每一個加載 周期水平剪切力F增加額定荷載，保持滲透水壓在剪切過程中為常水頭；
[0014] 測得試驗(yàn)數(shù)據(jù)軸向荷載P、水平剪切力F、剪切位移V、進(jìn)水口滲流水壓uwl、出水口 滲流水壓uw2、側(cè)向的微型測壓計讀數(shù)uw。
[0015] 進(jìn)一步的，由以下公式可以得到滲流梯度i、滲流梯度水平分量ix、滲流梯度垂直 分量iy，
w·：>'
[0019] 由以下公式可以得到滲透力j、滲透力水平分量jx、滲透力垂直分量jy，
[0020]
[0021]
[0022]
[0023] 其中，uwl通過進(jìn)水口測壓計測得，uw2通過出水口測壓計測得；，uwl、uw2和uj]量 綱為Pa，IPa=10 6N/mm2;rw為水的容重，取值9. 81X10 6N/mm3;
[0024] lx為進(jìn)出水口間水平距離，1y為進(jìn)出水口間垂直距離；1為進(jìn)出水口間直線距離； 其中，lx、ly、1的量綱為mm;
[0025] 由以下公式可得有效正應(yīng)力σ'、有效剪應(yīng)力τ'，
[0026]
[0027]
[0028] 其中，Ρ和F的量綱為Ν;γ'為粗粒土試樣的浮容重、Α為剪切面面積，γ'的量 綱為N/mm3,Α的量綱為mm2;由計算所得到的數(shù)據(jù)滲流梯度i、有效正應(yīng)力〇 '、有效剪應(yīng)力τ 通過上述步驟獲得所述粗粒土滲流直剪試驗(yàn)的抗剪性能。
[0029] 本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型在上、下剪切盒兩側(cè)面沿水平方向開孔，可 以實(shí)現(xiàn)改變滲流方向的試驗(yàn)?zāi)康模恢贿M(jìn)行不同方向滲流下粗粒土直剪試驗(yàn)測試時，在進(jìn)、出 水口和微型測壓計管口處加濾網(wǎng)以及濾紙保證粗粒土中的細(xì)顆粒不會隨水流被沖入管中； 考慮管涌滲透破壞作用時，僅在進(jìn)、出水口處加濾網(wǎng)，濾網(wǎng)的孔徑根據(jù)粗粒土顆粒尺寸確 定，保證粗粒土中的細(xì)顆粒能夠隨水流被沖入管中，進(jìn)而達(dá)到滲透破壞，從而實(shí)現(xiàn)研究管涌 滲透破壞作用下粗粒土的抗剪性能。在粗粒土滲流直接剪切試驗(yàn)中應(yīng)用本實(shí)用新型，可以 實(shí)現(xiàn)不同滲流大小和方向、或管涌滲透破壞作用下粗粒土的直剪試驗(yàn)，獲得更能反映天然 地下水滲流或管涌滲透破壞狀況下粗粒土抗剪性能。
【附圖說明】
[0030] 圖1是本實(shí)用新型粗粒土直剪試驗(yàn)裝置示意圖；
[0031] 圖2是本實(shí)用新型剪切盒盒體平面示意圖；
[0032] 圖3是圖1中Β處局部放大圖；
[0033] 圖4是本實(shí)用新型的試驗(yàn)過程流程圖；
[0034] 圖5是本實(shí)用新型中粗粒土試樣受力分析圖。
[0035] 圖中標(biāo)記為：1-上剪切盒，2-下剪切盒，3-框架，4-垂直荷載加載部件，5-水平荷 載加載部件，6-進(jìn)水裝置，61-進(jìn)水口，62-進(jìn)水口流量計，63-進(jìn)水口測壓計，7-出水裝置， 71-出水口，72-出水口流量計，73-出水口測壓計，8-管道，81-濾紙，82-濾網(wǎng)，83-管身外 螺紋，9-微型測壓計，10-反力柱，11-限位鋼球，12-鋼珠槽，13-垂直方向荷載Ρ，14-水平 剪切力F，15-剪切面，16-滲流梯度i，17-滲流梯度水平分量ix，18-滲流梯度垂直分量iy， 19-抗剪強(qiáng)度T。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
[0037] 如圖1、圖2、圖3所示的本實(shí)用新型提供的粗粒土直剪試驗(yàn)裝置，包括用于盛放粗 粒土試樣的上下疊放的上剪切盒1和下剪切盒2、用于承載上剪切盒1和下剪切盒2的框 架3、提供豎向