CN106198256B - 一种土体剪切带扩展过程观测方法 - Google Patents

一种土体剪切带扩展过程观测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种土体剪切带扩展过程观测方法,包括步骤:一、取样:采用取样环刀从待测试土体剪切带上多个不同深度处分别切取被测试土样;二、剪切试验及土体微观结构图像获取,获得待测试土体剪切带上多个不同深度处被测试土样的剪切测试结果;对被测试土样进行剪切试验及土体微观结构图像获取时,过程如下:取样环刀及土样夹持、剪切试验、固化液滴入、土样底部平切、土样支顶、土样顶部平切、剪切缝内土体试样取出、剪切缝内土体试样后续加工和电镜扫描;三、剪切测试结果排序。本发明设计合理且操作简便、使用效果好,能简便获取土体剪切带上不同深度处的剪切强度和剪切位置处的微观结构,以便对土体剪切带扩展过程进行简便、直观观测。

Description

一种土体剪切带扩展过程观测方法
技术领域
本发明属于岩土工程技术领域,尤其是涉及一种土体剪切带扩展过程观测方法。
背景技术
近年来,人类活动对自然环境的改造越发强烈。人类工程活动引发了许多地质灾害给人民的生命财产造成了巨大的伤害。其中,人类活动诱发的边坡失稳最为严重,而研究边坡失稳的重点就在于研究土体剪切带的变形和扩展过程。剪切带是指发育在岩石圈或土体中且具有剪切应变的强烈变形带,土体中发育的剪切带为土体剪切带。这一变形带可以是应变不连续的面状构造(断层),或者在露头尺度上见不到几何不连续性而呈连续应变的韧性剪切带。研究表明剪切带的形成与材料本身的软化特性密切相关。土体在内外地质作用下,外部形态或内部结构产生局部破裂,变形逐渐集中在相对狭窄的剪切带内,并进一步扩展形成连续贯通的滑裂面,最终形成滑坡。随着人们对滑坡失稳的深入了解,研究者们通过各种方法来对滑坡失稳过程中滑坡带(也称土体剪切带)的扩展过程进行研究。现如今,土体剪切带的变形问题已经成为岩土力学领域研究的一个重要课题。
目前,许多学者提出了的多种装置和方法对剪切带的扩展过程进行研究,但都不尽人意。如基于潜望镜的观测方法,该方法不能定量获得土体剪切带的厚度及变形等因素的变化;而基于全有机玻璃上剪切盒的数字照相技术与装置,只适用于小尺寸试样、低垂直和水平荷载的试验条件,再加上其测量系统采用量力环和百分表,精度较低,不能满足岩土工程中土石混合体等大型直剪试验的高精度要求;此外,大型循环剪切仪仅适用室内试验研究,并且在一定程度限制了对土石混合体这类粗粒土介质较薄的剪切带的全面分析等。
因而,现如今没有一种标准、规范且使用效果好的土体剪切带扩展过程观测方法。现有的土体剪切带扩展过程观测方法均不同程度地存在装置结构复杂、试验成本高、试验过程繁琐、可操作性差、使用效果较差等问题,最主要的是不能简便、快速且准确地对剪切带的土体微观结构进行分析,从而不能了解土体微观结构对土体剪切带宏观表现的影响规律,无法建立土体剪切带的土体微观结构特性与其宏观表现之间的联系。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种土体剪切带扩展过程观测方法,其方法步骤简单、设计合理且操作简便、使用效果好,能简便、快速获取被测试土体剪切带上不同深度处的剪切强度和剪切位置处的微观结构,以便对土体剪切带扩展过程进行简便、直观观测。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种土体剪切带扩展过程观测方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤一、取样:采用取样环刀从待测试土体剪切带上多个不同深度处分别切取被测试土样,并对各被测试土样的取土深度分别进行记录;
所述被测试土样为圆柱状且其上表面和下表面均为平面;
步骤二、剪切试验及土体微观结构图像获取:对步骤一中所取的待测试土体剪切带上多个不同深度处的被测试土样分别进行剪切试验及土体微观结构图像获取;其中,对任一个所述被测试土样进行剪切试验及土体微观结构图像获取时,过程如下:
步骤201、取样环刀及土样夹持:采用剪切夹具对内装被测试土样的取样环刀进行水平夹持;
所述剪切夹具包括上夹具和位于所述上夹具正下方的下夹具,所述被测试土样夹持于所述上夹具和所述下夹具之间;所述上夹具由三个从左至右布设的上夹持块拼装而成,三个所述上夹持块由左至后分别为左上夹持块、中上夹持块和右上夹持块;所述下夹具包括位于左上夹持块下方的左下夹持块和位于右上夹持块下方的右下夹持块,所述左下夹持块和右下夹持块之间留有供被测试土样的中部土体向下移动的移动通道,所述中上夹持块的底部设置有能伸入至取样环刀内部的上部顶推凸台;
本步骤中,采用剪切夹具进行水平夹持时,使内装被测试土样的取样环刀水平夹持于所述上夹具和所述下夹具之间,并使被测试土样位于中上夹持块的正下方;此时,所述被测试土样的上表面呈水平布设,且被测试土样的上表面为待测试面;
步骤202、剪切试验:采用竖向加载装置且通过中上夹持块对步骤201中所述被测试土样施加竖向压力,使被测试土样发生剪切破坏,并计算得出被测试土样的剪切强度;所述竖向加载装置位于中上夹持块的正上方;
发生剪切破坏后,所述被测试土样的中部土体下移且其中部土体与左右两侧土体之间均形成一道剪切缝;
步骤203、固化液滴入:将预先配制好的固化液滴入步骤202中两道所述剪切缝的内侧上部,通过所述固化液对所述剪切缝内侧上部的土体进行固化,固化后的土体为剪切缝内固化土体;
所述固化液由环氧树脂、丙酮、乙二胺和邻苯二甲酸二丁酯按照100︰(130~170)︰(6~8)︰(1.8~2.2)的体积比均匀混合而成;
步骤204、土样底部平切:采样切割刀具且沿取样环刀的底面,对被测试土样底部进行平切;
步骤205、土样支顶:待所述剪切缝内侧上部的土体固化后,采用支顶工具将被测试土样沿取样环刀向上支顶,直至两道所述剪切缝的所述剪切缝内固化土体均移至取样环刀外侧;
步骤206、土样顶部平切:采样切割刀具且沿取样环刀的顶面,对被测试土样顶部进行平切;
步骤207、剪切缝内土体试样取出:从步骤206中切割下来的土体中,取出所述剪切缝内固化土体作为剪切缝内土体试样;
步骤208、剪切缝内土体试样后续加工:对步骤207中所述剪切缝内土体试样的待测试面进行切割、磨平和抛光处理,获得土体观测面;
步骤209、电镜扫描:采用扫描电镜对步骤208中所述土体观测面进行扫描,并获得所述土体观测面的电镜扫描图像;
本步骤中,电镜扫描完成后,获得该被测试土样的剪切测试结果,该被测试土样的剪切测试结果包括步骤202中计算得出的被测试土样的剪切强度和步骤209中获得的所述土体观测面的电镜扫描图像;
待所述待测试土体剪切带上多个不同深度处被测试土样的剪切试验及土体微观结构图像获取过程均完成后,获得所述待测试土体剪切带上多个不同深度处被测试土样的剪切测试结果;
步骤三、剪切测试结果排序:按照被测试土样的取土深度由上至下的顺序,从前至后对步骤二中获得的多个所述被测试土样的剪切测试结果进行排序,排序后的多个所述被测试土样的剪切测试结果为所述待测试土体剪切带上多个不同深度处的剪切测试结果,所述待测试土体剪切带上多个不同深度处的剪切测试结果组成所述待测试土体剪切带的扩展过程观测结果。
上述一种土体剪切带扩展过程观测方法,其特征是:步骤一中进行取样时,所述待测试土体剪切带上同一深度处所切取被测试土样的数量为一个或多个。
上述一种土体剪切带扩展过程观测方法,其特征是:步骤一中所述被测试土样中所述待测试面的数量为N个,其中N为正整数且N≥2;
步骤202中计算得出的被测试土样的剪切强度为步骤201中所述待测试面所处位置处被测试土样的剪切强度,步骤209中获得的所述土体观测面的电镜扫描图像为步骤201中所述待测试面所处位置处被测试土样的剪切缝内土体电镜扫描图像;
步骤206中土样顶部平切完成后,所述被测试土样的上表面为平面,且此时被测试土样的上表面为下一个所述待测试面;
步骤209中电镜扫描完成后,还需N-1次重复步骤201至步骤209,并按照步骤201至步骤209中所述的方法对被测试土样的下一个所述待测试面进行剪切试验及土体微观结构图像获取,直至完成被测试土样中N个所述待测试面的剪切试验及土体微观结构图像获取过程;
步骤二中该被测试土样的剪切测试结果包括被测试土样中N个所述待测试面的剪切测试结果,N个所述待测试面的剪切测试结果按照所述待测试面由上至下的顺序从前至后进行排序;每个所述待测试面的剪切测试结果均为对该待测试面进行剪切试验及土体微观结构图像获取过程中步骤202中计算得出的被测试土样的剪切强度和步骤209中获得的所述土体观测面的电镜扫描图像。
上述一种土体剪切带扩展过程观测方法,其特征是:步骤二中进行剪切试验及土体微观结构图像获取时,对步骤一中所取的待测试土体剪切带上m个不同深度处的被测试土样分别进行剪切试验及土体微观结构图像获取;其中,m为正整数且m≥5;
步骤三中剪切测试结果排序完成后,获得m×N个所述待测试面的剪切测试结果,m×N个所述待测试面的剪切测试结果按照所述待测试面由上至下的顺序从前至后进行排序;m×N个所述待测试面的剪切测试结果为所述待测试土体剪切带上m×N个不同深度处的剪切测试结果,所述待测试土体剪切带上m×N个不同深度处的剪切测试结果组成所述待测试土体剪切带的扩展过程观测结果。
上述一种土体剪切带扩展过程观测方法,其特征是:步骤三中剪切测试结果排序完成后,还需采用数据处理设备且调用三维重建模块,对所述待测试土体剪切带上m×N个不同深度处的剪切测试结果中的电镜扫描图像进行处理,获得所述待测试土体剪切带的三维空间模型。
上述一种土体剪切带扩展过程观测方法,其特征是:步骤一中取样完成后,还需根据取样环刀的取样深度,对各被测试土样的上表面在所述待测试土体剪切带上的深度分别进行确定;
N个所述待测试面由上至下布设且N个所述待测试面中位于最上部的所述待测试面为顶部待测试面,N个所述待测试面中除所述顶部待测试面之外的N-1个所述待测试面为均为下部待测试面;
对各被测试土样中任一个所述下部待测试面进行剪切试验及土体微观结构图像获取之前,均需根据该被测试土样上表面在所述待测试土体剪切带上的深度,并结合对位于该下部待测试面上方的各待测试面进行剪切试验及土体微观结构图像获取过程中步骤205中采用支顶工具将被测试土样沿取样环刀向上支顶的支顶高度,对该下部待测试面在所述待测试土体剪切带上的深度进行确定;该被测试土样中N个所述待测试面的剪切试验及土体微观结构图像获取过程均完成后,获得所述待测试土体剪切带上N个不同深度处的剪切强度,并获得所述待测试土体剪切带上N个不同深度处的剪切缝内土体电镜扫描图像。
上述一种土体剪切带扩展过程观测方法,其特征是:步骤209中进行电镜扫描时,还需采用能谱仪获取所述土体观测面的能谱图。
上述一种土体剪切带扩展过程观测方法,其特征是:步骤203中进行固化液滴入时,用滴管将所述固化液逐滴滴至所述剪切缝的内侧上部,直至所滴固化液完全覆盖所述剪切缝上部;步骤203中所述剪切缝内固化土体的高度为1m~5mm;
步骤205中采用支顶工具将被测试土样沿取样环刀向上支顶时,支顶高度不小于步骤203中所述剪切缝内固化土体的高度。
上述一种土体剪切带扩展过程观测方法,其特征是:步骤201中所述下夹具还包括位于左下夹持块和右下夹持块之间的中下夹持块,所述左下夹持块位于左上夹持块的正下方,所述右下夹持块位于右上夹持块正下方,所述中下夹持块位于中上夹持块的正下方;
所述左上夹持块、中上夹持块、右上夹持块、左下夹持块、所述中下夹持块和右下夹持块均呈水平布设;所述左上夹持块和右上夹持块的高度相同,所述中上夹持块的高度不小于左上夹持块的高度;所述左下夹持块、所述中下夹持块和右下夹持块的高度均相同,所述中下夹持块包括能在左下夹持块与右下夹持块之间上下移动的上部夹持块;
所述左上夹持块与左下夹持块之间、中上夹持块与上部夹持块之间以及右上夹持块和右下夹持块之间均通过竖向连接螺栓进行连接。
上述一种土体剪切带扩展过程观测方法,其特征是:步骤201中所述下夹具为垫块式夹具或凸台式夹具;
所述垫块式夹具还包括三个分别垫装在左下夹持块、所述中下夹持块和右下夹持块的上部且能伸入至取样环刀内部的垫块,三个所述垫块拼接形成一个圆饼状垫层,所述圆饼状垫层的直径与取样环刀的内径相同;
所述凸台式夹具中左下夹持块、所述中下夹持块和右下夹持块的上部分别设置一个能伸入至取样环刀内的下部顶推凸台,三个所述下部顶推凸台拼装组成一个对被测试土样进行向上支顶的圆柱形支顶台,所述圆柱形支顶台的直径与取样环刀的内径相同。
本发明与现有技术相比具有以下优点:
1、方法步骤简单、设计巧妙合理且实现简便,投入成本较低。
2、所采用的剪切夹具结构简单且加工制作简便,投入成本较低。同时,该剪切夹具拆装方便,轻便小巧,并且易于批量化生产,能重复多次使用。剪切夹具包括上夹具和下夹具,上夹具由三个从左至右布设的上夹持块拼装而成,三个上夹持块由左至后分别为左上夹持块、中上夹持块和右上夹持块;下夹具包括左下夹持块和右下夹持块,左下夹持块和右下夹持块之间留有供被测试土样的中部土体向下移动的移动通道。
3、所采用的剪切夹具由有机玻璃或树脂材料加工成型,能直观观测土体剪切过程。并且,所采用的剪切夹具由多个夹持块拼接而成,使用方式灵活,组配简便且替换方便,同时拆卸后能简便存储,占用空间小。
4、所采用的剪切夹具对被测试土样的规格不限,将被测试土样连同取样环刀同步进行夹持,能适用于多种规格被测试土样的剪切试验过程,结构简单、安装方便且投入成本低,使用过程中操作简便且实用价值高,无污染,对周围环境影响小,并且试验时压力由竖向加载装置的测力装置直接读出,简便、准确,并且能有效解决松散土体抗剪切强度难以测量的问题,推广应用前景广泛。
5、所采用的剪切夹具与位于其上方的竖向加载装置组成剪切试验装置,使用操作简便且使用效果好,通过上夹具和下夹具直接夹持内装被测试土样的取样环刀,试验之前无需对被测试土样做任何处理,能简便、快速完成土样剪切试验。
6、所采用的剪切试验装置测试效率高且测试结果准确,测试过程易于控制。
7、实现方便、可操作性强且试验成本较低、使用效果好,试验方式灵活,根据实际需要,能对同一个被测试土样进行一次或多次剪切试验,相应能获得被测试土样不同高度处的剪切试验结果,结合多次剪切试验结果能得出被测试土样由上至下的剪切扩展过程;综合多个不同深度处被测试土样的剪切测试结果,创造性地提出一种剪切带扩展过程观测方法,实现简便且使用效果好。一次剪切试验过程,主要包括取样环刀及土样夹持、剪切试验、固化液滴入、土样底部平切、土样支顶、土样顶部平切、剪切缝内土体试样取出、剪切缝内土体试样后续加工和电镜扫描九个步骤,实现简便且使用效果好,剪切试验过程易于控制。
8、采用剪切试验装置进行剪切试验后形成两道剪切缝,再采用固化液对剪切缝内土体进行固化,实现简便且使用效果好,不会损坏土样内部结构,并且固化后获得的剪切缝内土体试样能真实反映剪切缝内土体的实际结构。
9、所采用的剪切试验方法能简便、快速获取被测试土体剪切带上不同深度处的剪切强度和剪切位置处的微观结构,能在宏观条件下观察并分析被测试土体剪切带的不同深度下的土体微观结构,分析结果准确有据,并且能用于土体剪切带扩展过程模拟。采用本发明能测定土体剪切带不同深度处的剪切强度,并能研究土体剪切带不同深度处的的土体微观结构,从而能得出土体剪切带的扩展过程,并能对土体剪切带扩展过程中微观结构的变化情况进行准确、快速研究。因而,采用本发明能简便、快速且准确地对剪切带的土体微观结构进行分析,从而能了解颗粒层次的土体微观结构对土体剪切带宏观表现的影响规律,并相应建立土体剪切带的土体微观结构特性与其宏观表现之间的联系,并能准确得出土体剪切带的形成规律。
10、使用效果好且实用价值高,剪切带的土体结构松软,从环刀中取土是易发生扰动或破坏,而采用本发明能有效避免该问题实现原状土的测试,采用本发明不仅实现了原状松软土的抗剪测试,同时能研究土体剪切带扩展过程,并且成本低,易实现,可操作性强。
11、适用范围广,能有效适用至黄土、软土、滑带土等土体剪切带的扩展过程观测。
综上所述,本发明方法步骤简单、设计合理且操作简便、使用效果好,能简便、快速获取被测试土体剪切带上不同深度处的剪切强度和剪切位置处的微观结构,以便对土体剪切带扩展过程进行简便、直观观测,不仅能简便、快速完成土体剪切带的土样剪切试验过程,并能对土体微观结构进行准确分析。
下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的方法流程框图。
图1-1为本发明对被测试土样进行剪切试验及土体微观结构图像获取时的方法流程框图。
图1-2为本发明对被测试土样进行剪切试验时的试验状态示意图。
图2为本发明实施例1中剪切夹具的使用状态参考图。
图2-1为本发明中上夹持块的结构示意图。
图2-2为图2-1的左视图。
图3为图2的A-A剖视图。
图4为本发明采用竖向加载装置对被测试土样的下一个待测试面进行下压前的试验状态参考图。
图5为本发明实施例2中剪切夹具的使用状态参考图。
图6为本发明实施例3中剪切夹具的使用状态参考图。
图7为图6的A-A剖视图。
图7-1为本发明左下夹持块的结构示意图。
图7-2为图7-1的左视图。
图7-3为本发明上部夹持块的结构示意图。
图7-4为图7-3的左视图。
图7-5为本发明右下夹持块的结构示意图。
图7-6为图7-5的左视图。
图8-1为实施例3中本发明采用竖向加载装置对被测试土样进行下压后的试验状态参考图。
图8-2为实施例3中本发明采用竖向加载装置对被测试土样的下一个待测试面进行下压前的试验状态参考图。
图8-3为实施例3中本发明采用竖向加载装置对被测试土样的下一个待测试面进行下压后的试验状态参考图。
附图标记说明:
1—被测试土样; 2—取样环刀; 3—左上夹持块;
4—中上夹持块; 4-1—上部顶推凸台; 5—右上夹持块;
6—左下夹持块; 7—上部夹持块; 8—右下夹持块;
9—垫装块; 10—竖向连接螺栓; 11—液压千斤顶;
12—限位套; 13—垫块; 14—下部顶推凸台。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的一种土体剪切带扩展过程观测方法,包括以下步骤:
步骤一、取样:采用取样环刀2从待测试土体剪切带上多个不同深度处分别切取被测试土样1,并对各被测试土样1的取土深度分别进行记录;
所述被测试土样1为圆柱状且其上表面和下表面均为平面;
步骤二、剪切试验及土体微观结构图像获取:对步骤一中所取的待测试土体剪切带上多个不同深度处的被测试土样1分别进行剪切试验及土体微观结构图像获取;其中,如图1-1所示,对任一个所述被测试土样1进行剪切试验及土体微观结构图像获取时,过程如下:
步骤201、取样环刀及土样夹持:采用剪切夹具对内装被测试土样1的取样环刀2进行水平夹持;
如图1-2、图2、图2-1、图2-2和图3所示,所述剪切夹具包括上夹具和位于所述上夹具正下方的下夹具,所述被测试土样1夹持于所述上夹具和所述下夹具之间;所述上夹具由三个从左至右布设的上夹持块拼装而成,三个所述上夹持块由左至后分别为左上夹持块3、中上夹持块4和右上夹持块5;所述下夹具包括位于左上夹持块3下方的左下夹持块6和位于右上夹持块5下方的右下夹持块8,所述左下夹持块6和右下夹持块8之间留有供被测试土样1的中部土体向下移动的移动通道,所述中上夹持块4的底部设置有能伸入至取样环刀2内部的上部顶推凸台4-1;
本步骤中,采用剪切夹具进行水平夹持时,使内装被测试土样1的取样环刀2水平夹持于所述上夹具和所述下夹具之间,并使被测试土样1位于中上夹持块4的正下方;此时,所述被测试土样1的上表面呈水平布设,且被测试土样1的上表面为待测试面;
步骤202、剪切试验:采用竖向加载装置且通过中上夹持块4对步骤201中所述被测试土样1施加竖向压力,使被测试土样1发生剪切破坏,并计算得出被测试土样1的剪切强度;所述竖向加载装置位于中上夹持块4的正上方;
发生剪切破坏后,所述被测试土样1的中部土体下移且其中部土体与左右两侧土体之间均形成一道剪切缝;
步骤203、固化液滴入:将预先配制好的固化液滴入步骤202中两道所述剪切缝的内侧上部,通过所述固化液对所述剪切缝内侧上部的土体进行固化,固化后的土体为剪切缝内固化土体;
所述固化液由环氧树脂、丙酮、乙二胺和邻苯二甲酸二丁酯按照100︰150︰7︰2的体积比均匀混合而成;
步骤204、土样底部平切:采样切割刀具且沿取样环刀2的底面,对被测试土样1底部进行平切;
步骤205、土样支顶:待所述剪切缝内侧上部的土体固化后,采用支顶工具将被测试土样1沿取样环刀2向上支顶,直至两道所述剪切缝的所述剪切缝内固化土体均移至取样环刀2外侧;
步骤206、土样顶部平切:采样切割刀具且沿取样环刀2的顶面,对被测试土样1顶部进行平切;
步骤207、剪切缝内土体试样取出:从步骤206中切割下来的土体中,取出所述剪切缝内固化土体作为剪切缝内土体试样;
步骤208、剪切缝内土体试样后续加工:对步骤207中所述剪切缝内土体试样的待测试面进行切割、磨平和抛光处理,获得土体观测面;
步骤209、电镜扫描:采用扫描电镜对步骤208中所述土体观测面进行扫描,并获得所述土体观测面的电镜扫描图像;
本步骤中,电镜扫描完成后,获得该被测试土样1的剪切测试结果,该被测试土样1的剪切测试结果包括步骤202中计算得出的被测试土样1的剪切强度和步骤209中获得的所述土体观测面的电镜扫描图像;
待所述待测试土体剪切带上多个不同深度处被测试土样1的剪切试验及土体微观结构图像获取过程均完成后,获得所述待测试土体剪切带上多个不同深度处被测试土样1的剪切测试结果;
步骤三、剪切测试结果排序:按照被测试土样1的取土深度由上至下的顺序,从前至后对步骤二中获得的多个所述被测试土样1的剪切测试结果进行排序,排序后的多个所述被测试土样1的剪切测试结果为所述待测试土体剪切带上多个不同深度处的剪切测试结果,所述待测试土体剪切带上多个不同深度处的剪切测试结果组成所述待测试土体剪切带的扩展过程观测结果。
这样,通过所述待测试土体剪切带上多个不同深度处的剪切测试结果,能直接对所述待测试土体剪切带的扩展过程进行观测,实现简便且观测效果直观、准确,能真实模拟土体剪切带的扩展过程。实际操作过程中,按照本发明对不同时间所述待测试土体剪切带的被测试土样1进行剪切试验及土体微观结构图像获取,能进一步准确了解待测试土体剪切带的变形和扩展过程。
其中,所述剪切缝内土体试样的待测试面为其上表面。因而,步骤208中进行剪切缝内土体试样后续加工,对所述剪切缝内土体试样的上表面进行切割、磨平和抛光处理。
本实施例中,步骤一中进行取样时,所述待测试土体剪切带上同一深度处所切取被测试土样1的数量为一个或多个。
本实施例中,步骤一中所述被测试土样1中所述待测试面的数量为N个,其中N为正整数且N≥2;
步骤202中计算得出的被测试土样1的剪切强度为步骤201中所述待测试面所处位置处被测试土样1的剪切强度,步骤209中获得的所述土体观测面的电镜扫描图像为步骤201中所述待测试面所处位置处被测试土样1的剪切缝内土体电镜扫描图像;
步骤206中土样顶部平切完成后,所述被测试土样1的上表面为平面,且此时被测试土样1的上表面为下一个所述待测试面;
步骤209中电镜扫描完成后,还需N-1次重复步骤201至步骤209,并按照步骤201至步骤209中所述的方法对被测试土样1的下一个所述待测试面进行剪切试验及土体微观结构图像获取,直至完成被测试土样1中N个所述待测试面的剪切试验及土体微观结构图像获取过程;
步骤二中该被测试土样1的剪切测试结果包括被测试土样1中N个所述待测试面的剪切测试结果,N个所述待测试面的剪切测试结果按照所述待测试面由上至下的顺序从前至后进行排序;每个所述待测试面的剪切测试结果均为对该待测试面进行剪切试验及土体微观结构图像获取过程中步骤202中计算得出的被测试土样1的剪切强度和步骤209中获得的所述土体观测面的电镜扫描图像。
本实施例中,步骤二中进行剪切试验及土体微观结构图像获取时,对步骤一中所取的待测试土体剪切带上m个不同深度处的被测试土样1分别进行剪切试验及土体微观结构图像获取;其中,m为正整数且m≥5;
步骤三中剪切测试结果排序完成后,获得m×N个所述待测试面的剪切测试结果,m×N个所述待测试面的剪切测试结果按照所述待测试面由上至下的顺序从前至后进行排序;m×N个所述待测试面的剪切测试结果为所述待测试土体剪切带上m×N个不同深度处的剪切测试结果,所述待测试土体剪切带上m×N个不同深度处的剪切测试结果组成所述待测试土体剪切带的扩展过程观测结果。
实际使用时,可根据具体需要,对m的取值大小进行相应调整,其中m的数量越大,测试结果越准确。
本实施例中,步骤三中剪切测试结果排序完成后,还需采用数据处理设备且调用三维重建模块,对所述待测试土体剪切带上m×N个不同深度处的剪切测试结果中的电镜扫描图像进行处理,获得所述待测试土体剪切带的三维空间模型。
这样,通过对所述待测试土体剪切带的三维空间模型能对被测试剪切带在外力作用下的变形和扩展过程进行直观、准确观测。
本实施例中,步骤一中取样完成后,还需根据取样环刀2的取样深度,对各被测试土样1的上表面在所述待测试土体剪切带上的深度分别进行确定;
N个所述待测试面由上至下布设且N个所述待测试面中位于最上部的所述待测试面为顶部待测试面,N个所述待测试面中除所述顶部待测试面之外的N-1个所述待测试面为均为下部待测试面;
对各被测试土样1中任一个所述下部待测试面进行剪切试验及土体微观结构图像获取之前,均需根据该被测试土样1上表面在所述待测试土体剪切带上的深度,并结合对位于该下部待测试面上方的各待测试面进行剪切试验及土体微观结构图像获取过程中步骤205中采用支顶工具将被测试土样1沿取样环刀2向上支顶的支顶高度,对该下部待测试面在所述待测试土体剪切带上的深度进行确定;该被测试土样1中N个所述待测试面的剪切试验及土体微观结构图像获取过程均完成后,获得所述待测试土体剪切带上N个不同深度处的剪切强度,并获得所述待测试土体剪切带上N个不同深度处的剪切缝内土体电镜扫描图像。
其中,所述待测试土体剪切带上N个不同深度处的剪切缝内土体电镜扫描图像分别为N个所述待测试面的剪切试验及土体微观结构图像获取过程中获得的所述土体观测面的电镜扫描图像。
本实施例中,N=3~8。
实际使用时,可根据具体需要,对N的取值大小进行相应调整。
本实施例中,步骤209中进行电镜扫描时,还需采用能谱仪获取所述土体观测面的能谱图。这样,根据所述土体观测面的能谱图,能对该土体观测面的电镜扫描图像中各土体颗粒的材质进行确定。同时,根据该土体观测面的电镜扫描图像,能观测该土体观测面上各土体颗粒的形状以及土体颗粒间隙。
本实施例中,步骤203中进行固化液滴入时,用滴管将所述固化液逐滴滴至所述剪切缝的内侧上部,直至所滴固化液完全覆盖所述剪切缝上部;步骤203中所述剪切缝内固化土体的高度为1m~5mm;
步骤205中采用支顶工具将被测试土样1沿取样环刀2向上支顶时,支顶高度不小于步骤203中所述剪切缝内固化土体的高度。
本实施例中,步骤203中所述剪切缝内固化土体的高度为1m~5mm;
步骤205中采用支顶工具将被测试土样1沿取样环刀2向上支顶时,支顶高度不小于步骤203中所述剪切缝内固化土体的高度。
实际使用时,步骤205中采用支顶工具将被测试土样1沿取样环刀2向上支顶时,支顶高度为3m~6mm。
本实施例中,支顶高度为5mm。
本实施例中,步骤201中所述左上夹持块3和右上夹持块5的结构和尺寸均相同且二者呈对称布设,所述左下夹持块6和右下夹持块8的结构和尺寸均相同且二者呈对称布设。
并且,所述上部顶推凸台4-1的宽度与中上夹持块4的宽度相同且其厚度不小于所述竖向加载装置对被测试土样1竖向下压高度。所述上部顶推凸台4-1的前后侧壁分别与取样环刀2的前后内壁紧贴。
本实施例中,所述竖向加载装置为呈竖直向布设的液压千斤顶11或液压油缸。
实际使用时,所述竖向加载装置也可以采用其它类型的加载装置。
本实施例中,所述上夹具和所述下夹具均为长方体夹具。并且,所述上夹具的长度和宽度均与所述下夹具相同。
实际使用时,所述上夹具和所述下夹具的宽度均不于取样环刀2的内径,所述中上夹持块4的宽度小于取样环刀2的内径。
本实施例中,所述上夹具和所述下夹具的宽度均大于取样环刀2的内径,所述中上夹持块4的宽度小于取样环刀2的内径。
并且,所述中上夹持块4的宽度为取样环刀2的内径的本实施例中,所述中上夹持块4的宽度为取样环刀2的内径的实际使用时,可根据具体需要,对中上夹持块4的宽度进行相应调整。
本实施例中,所述被测试土样1的高度与取样环刀2的高度相同且二者的高度均为20mm。并且,所述被测试土样1的直径与取样环刀2的内径相同。
其中,所述取样环刀2的直径为61.8mm。
本实施例中,步骤201中所述下夹具还包括位于左下夹持块6和右下夹持块8之间的中下夹持块,所述左下夹持块6位于左上夹持块3的正下方,所述右下夹持块8位于右上夹持块5正下方,所述中下夹持块位于中上夹持块4的正下方;
所述左上夹持块3、中上夹持块4、右上夹持块5、左下夹持块6、所述中下夹持块和右下夹持块8均呈水平布设;所述左上夹持块3和右上夹持块5的高度相同,所述中上夹持块4的高度不小于左上夹持块3的高度;所述左下夹持块6、所述中下夹持块和右下夹持块8的高度均相同,所述中下夹持块包括能在左下夹持块6与右下夹持块8之间上下移动的上部夹持块7;
所述左上夹持块3与左下夹持块6之间、中上夹持块4与上部夹持块7之间以及右上夹持块5和右下夹持块8之间均通过竖向连接螺栓10进行连接。
本实施例中,所述左上夹持块3与左下夹持块6之间、中上夹持块4与上部夹持块7之间以及右上夹持块5和右下夹持块8之间均通过前后两个所述竖向连接螺栓10进行连接。前后两个所述竖向连接螺栓10分别位于取样环刀2的前后两侧。
并且,所述左上夹持块3、左下夹持块6、中上夹持块4、上部夹持块7、右上夹持块5和右下夹持块8的前后两侧均开有一个供竖向连接螺栓10安装的螺栓安装孔。
实际使用时,所述中上夹持块4能在左上夹持块3与右上夹持块5之间进行上下移动。
本实施例中,所述中上夹持块4的高度大于左上夹持块3的高度,所述中上夹持块4的高度比左上夹持块3的高度大Hmm,其中H=2~8。
本实施例中,所述中下夹持块还包括垫装于上部夹持块7正下方的垫装块9。
并且,所述左下夹持块6和右下夹持块8的高度相同,所述上部夹持块7的高度小于左下夹持块6的高度,且上部夹持块7和垫装块9的高度之和与左下夹持块6的高度相同。
本实施例中,所述左上夹持块3、中上夹持块4、右上夹持块5、左下夹持块6、所述中下夹持块和右下夹持块8均为长方体;所述左上夹持块3、中上夹持块4和右上夹持块5的底面均为水平面,所述左下夹持块6、所述中下夹持块和右下夹持块8的顶面均为水平面。
实际加工时,所述左上夹持块3和左下夹持块6的宽度相同,所述中上夹持块4和所述中下夹持块的宽度相同,且右上夹持块5和右下夹持块8的宽度相同。
本实施例中,所述左上夹持块3、中上夹持块4、右上夹持块5、左下夹持块6、所述中下夹持块和右下夹持块8的长度和宽度均相同。并且,所述上部夹持块7和垫装块9的长度、宽度和高度均相同。
本实施例中,所述上夹具的底部开有供取样环刀2上部卡装的圆形卡装槽,所述下夹具的顶部开有供取样环刀2底部卡装的圆形卡装槽。
并且,所述圆形卡装槽的直径与被测试土样1的直径相同。
实际加工时,所述左上夹持块3、中上夹持块4、右上夹持块5、左下夹持块6、上部夹持块7、右下夹持块8和垫装块9均为透明的有机玻璃块。
本实施例中,步骤205中所述支顶工具为顶推千斤顶或顶推油缸。
本实施例中,步骤207中进行剪切缝内土体试样取出时,需从步骤205中两道所述剪切缝内分别取出所述剪切缝内土体试样;并且,从每道所述剪切缝内取出所述剪切缝内土体试样时,均从该剪切缝内取出一块或多块所述剪切缝内固化土体作为所述剪切缝内土体试样。
并且,步骤207中剪切缝内土体试样取出后,还需对所述剪切缝内土体试样进行烘干或风干。
本实施例中,采用烘箱对所述剪切缝内土体试样进行烘干。实际使用时,也可以采用自然风干方式。
烘干结束之前,需每隔8min~12min对所述剪切缝内土体试样进行一次称量,直到与上一次称量结果相比连续三次称量所述所述剪切缝内土体试样的质量变化均不超过0.02g时,烘干过程结束。
本实施例中,采用烘箱对所述剪切缝内土体试样烘烤一小时后,每隔10分钟取出称量,直到三次称量质量变化不超过0.02g,便完成所述剪切缝内土体试样的干燥处理过程。所述所述剪切缝内土体试样经干燥处理后,能将内部残余水分排出,便于快速完成所述剪切缝内土体试样的内部固化过程。同时,能有效保持所述剪切缝内土体试样的内部固体结构和孔隙不被破坏。
本实施例中,步骤202中进行剪切试验之前,先将垫装块9水平抽出,使上部夹持块7下部悬空。
步骤201中取样环刀及土样夹持完成后,将内部夹持有取样环刀2和被测试土样1的所述剪切夹具水平放置于水平工作台上,所述竖向加载装置位于所述水平工作台上。
本实施例中,步骤202中对被测试土样1的剪切强度进行计算时,根据公式进行计算。
公式(1)中,F为步骤202中所述被测试土样1所能承受的最大竖向压力,A为步骤202中对步骤201中所述被测试土样1施加竖向压力过程中被测试土样1的剪切面积。其中,A为中上夹持块4与被测试土样1之间的接触面积。
本实施例中,步骤203中进行固化液滴入时,用滴管将所述固化液逐滴滴至所述剪切缝的内侧上部,直至所滴固化液完全覆盖所述剪切缝上部。所述固化液的配制过程简便且使用效果好,具有粘度较小、热固性能好等优点。
实际使用时,可根据具体需要,对所述固化液中环氧树脂、丙酮、乙二胺和邻苯二甲酸二丁酯的体积比进行相应调整。
本实施例中,步骤203中进行固化液滴入之前,先将所述上夹具从被测试土样1上移开。
本实施例中,步骤203中固化液滴入完成后且步骤204进行土样底部平切之前,需静置直至所述剪切缝内侧上部的土体完全固化。
并且,在常温条件下静置,常温条件下为20℃~30℃温度条件下。
实际使用时,所述固化液中的所述环氧树脂均为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、多官能度酚醛环氧树脂、线性酚醛环氧树脂或溴化型环氧树脂中的一种或任意几种的混合物。本实施例中,所述固化液中的所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂。
本实施例中,步骤202中采用所述竖向加载装置且通过中上夹持块4对步骤201中所述被测试土样1施加竖向压力后,所述中上夹持块4竖向向下移动hmm,其中h≤H。
本实施例中,步骤一中进行取样,所采用的取样方法为取样环刀2的常规取样方法(即环刀取样法),取样过程简单、实现方便。
实际进行土样切取时,所述取样环刀2既可以呈竖直向布设,也可以呈倾斜向布设。因而,可根据具体需要,对取样环刀2的取样方向进行调整。
本实施例中,步骤207中从切割下来的土体中取出所述剪切缝内固化土体时,采用棉签将所述剪切缝内固化土体粘出来。
实际使用时,步骤201中所述下夹具为垫块式夹具或凸台式夹具;
如图4所示,所述垫块式夹具还包括三个分别垫装在左下夹持块6、所述中下夹持块和右下夹持块8的上部且能伸入至取样环刀2内部的垫块13,三个所述垫块13拼接形成一个圆饼状垫层,所述圆饼状垫层的直径与取样环刀2的内径相同;
如图7-1、图7-2、图7-3、图7-4、图7-5和图7-6所示,所述凸台式夹具中左下夹持块6、所述中下夹持块和右下夹持块8的上部分别设置一个能伸入至取样环刀2内的下部顶推凸台14,三个所述下部顶推凸台14拼装组成一个对被测试土样1进行向上支顶的圆柱形支顶台,所述圆柱形支顶台的直径与取样环刀2的内径相同。
本实施例中,所述下夹具为垫块式夹具。
因而,对所述被测试土样1中任一个所述下部待测试面进行剪切试验及土体微观结构图像获取过程中,步骤201中进行取样环刀及土样夹持时,还需在左下夹持块6、所述中下夹持块(具体是上部夹持块7)和右下夹持块8的上部均设置有垫装一个伸入至取样环刀2内部的垫块13,所述垫块13的厚度与此时被测试土样1底面至取样环刀2底面之间的距离相同;并且左下夹持块6、所述中下夹持块(具体是上部夹持块7)和右下夹持块8上部所垫装的垫块13拼接形成一个圆饼状垫层,所述圆饼状垫层伸入至取样环刀2内,且所述圆饼状垫层的直径与取样环刀2的内径相同。
实际使用时,也可以在左下夹持块6、所述中下夹持块(具体是上部夹持块7)和右下夹持块8的上部分别设置一个能伸入至取样环刀2内的下部顶推凸台14,三个所述下部顶推凸台14的高度均不小于此时被测试土样1底面至取样环刀2底面之间的距离,且三个所述下部顶推凸台14拼装组成一个对被测试土样1进行向上支顶的圆柱形支顶台,所述圆柱形支顶台14的直径与取样环刀2的内径相同。
本实施例中,步骤205中采用支顶工具将被测试土样1沿取样环刀2向上支顶时,还需对被测试土样1的支顶高度进行记录。
本实施例中,步骤208中对所述待测试面进行切割、磨平和抛光处理时,先采用切割机切平,再采用自动磨片机细磨,随后采用磨料进行精磨,精磨完成后再在抛光机上进行抛光。
进行精磨时,将经细磨后的所述待测试面在毛玻璃板上研磨,研磨时手执所述剪切缝内土体试样作圆周运动,研磨过程中采用水作为润滑剂和冷却剂。
本实施例中,取出所述剪切缝内土体试样后,将所述剪切缝内土体试样粘在载玻片上;之后,将粘在载玻片上的所述剪切缝内土体试样放进自动磨片机,对所述剪切缝内土体试样的所述待测试面进行细磨,细磨后所述待测试面肉眼观测没有空洞、裂纹和擦痕;然后,将细磨后的所述剪切缝内土体试样在用水作润滑剂和冷却剂,用金刚砂磨料在毛玻璃板上精磨,待所述剪切缝内土体试样的所述待测试面全部发亮且在斜光下检查没有擦痕后停止精磨;最后,将精磨后的所述剪切缝内土体试样放置在抛光机上加抛光液进行抛光,抛光时间为2-5分钟。
本实施例中,步骤209中进行电镜扫描时,由左至右或由右至左进行连续扫描。
实际进行电镜扫描时,将所述剪切缝内土体试样放在扫描电镜下进行扫描。扫描次数根据所述待测试面的大小需要进行确定。
实际操作过程中,所述数据处理设备为PC机、笔记本或掌上电脑PDA。本实施例中,所述数据处理设备为PC机。
本实施例中,步骤209中电镜扫描完成后,对所述剪切缝内土体试样的土体微观结构进行分析时,所述数据处理设备调用Image-Pro Plus软件对所述电镜扫描图像进行处理。
实际进行微观结构分析时,先将所述待测试面的整幅电镜扫描图像导入到Image-Pro Plus软件中,利用Image-Pro Plus软件观察分析土体颗粒胶结、相隔距离及颗粒边缘的规律。
并且,采用Image-Pro Plus软件观察分析所述待测试土体剪切带上N个不同深度处的剪切缝内土体电镜扫描图像后,能简便得出所述待测试土体剪切带上不同深度处的土体微观结构,通过对不同深度处剪切缝内土体电镜扫描图像进行分析,能得出所述待测试土体剪切带上由上至下微观土体颗粒的折断、错动、变化情况,从而能直接、快速分析得出所述待测试土体剪切带的扩展过程。
实施例2
如图5所示,本实施例中,与实施例1不同的是:步骤201中所述剪切夹具还包括套装于所述上夹具和位于所述下夹具外侧的限位套12。
本实施例中,其余方法步骤与实施例1相同。
实施例3
如图6、图7所示,本实施例中,与实施例1不同的是:步骤201中所述上夹具和所述下夹具的宽度均与取土环刀2的内径相同;所述中下夹持块仅包括上部夹持块7;所述左上夹持块3、右上夹持块5、左下夹持块6和右下夹持块8的长度、宽度和高度均相同,所述中上夹持块4和上部夹持块7的宽度和高度均与左上夹持块3相同,所述中上夹持块4和上部夹持块7的长度相同且二者的长度均大于左上夹持块3的长度。
实际加工时,所述左上夹持块3、右上夹持块5、中上夹持块4、左下夹持块6、右下夹持块8和所述中下夹持块的长度也可以均相同。
并且,所述上夹具的底部和所述下夹具的顶部均未开所述圆形卡装槽。
本实施例中,所述左上夹持块3和右上夹持块5的结构和尺寸均相同且二者呈对称布设,所述左下夹持块6和右下夹持块8的结构和尺寸均相同且二者呈对称布设。
本实施例中,所述下夹具为凸台式夹具;如图7-1、图7-2、图7-3、图7-4、图7-5和图7-6所示,所述凸台式夹具中左下夹持块6、所述中下夹持块和右下夹持块8的上部分别设置一个能伸入至取样环刀2内的下部顶推凸台14,三个所述下部顶推凸台14拼装组成一个对被测试土样1进行向上支顶的圆柱形支顶台,所述圆柱形支顶台的直径与取样环刀2的内径相同。
因而,对所述被测试土样1中任一个所述下部待测试面进行剪切试验及土体微观结构图像获取过程中,三个所述下部顶推凸台14的高度均不小于此时被测试土样1底面至取样环刀2底面之间的距离。本实施例中,三个所述下部顶推凸台14的高度均相同且其高度均大于取样环刀2高度的一半。实际加工时,可将三个所述下部顶推凸台14的高度加工成与取样环刀2的高度相同。
并且,对所述顶部待测试面进行剪切试验及土体微观结构图像获取时,步骤202中剪切试验之前的试验状态,详见图7;步骤202中剪切试验完成后的试验状态,详见图8-1。对位于所述顶部待测试面下方且与所述顶部待测试面相邻的下一个所述待测试面进行剪切试验及土体微观结构图像获取时,步骤202中剪切试验之前的试验状态,详见图8-2;步骤202中剪切试验完成后的试验状态,详见图8-3。
本实施例中,其余方法步骤与实施例1相同。
实施例4
本实施例中,与实施例1不同的是:步骤203中所述固化液由环氧树脂、丙酮、乙二胺和邻苯二甲酸二丁酯按照100︰170︰6︰2.2的体积比均匀混合而成。
本实施例中,其余方法步骤与实施例1相同。
实施例5
本实施例中,与实施例1不同的是:步骤203中所述固化液由环氧树脂、丙酮、乙二胺和邻苯二甲酸二丁酯按照100︰170︰8︰1.8的体积比均匀混合而成。
本实施例中,其余方法步骤与实施例1相同。
实施例6
本实施例中,与实施例1不同的是:步骤203中所述固化液由环氧树脂、丙酮、乙二胺和邻苯二甲酸二丁酯按照100︰130︰8︰1.8的体积比均匀混合而成。
本实施例中,其余方法步骤与实施例1相同。
实施例7
本实施例中,与实施例1不同的是:步骤203中所述固化液由环氧树脂、丙酮、乙二胺和邻苯二甲酸二丁酯按照100︰140︰7︰1.8的体积比均匀混合而成。
本实施例中,其余方法步骤与实施例1相同。
实施例8
本实施例中,与实施例1不同的是:步骤203中所述固化液由环氧树脂、丙酮、乙二胺和邻苯二甲酸二丁酯按照100︰140︰7︰1.8的体积比均匀混合而成。
本实施例中,其余方法步骤与实施例1相同。
实施例9
本实施例中,与实施例1不同的是:步骤203中所述固化液由环氧树脂、丙酮、乙二胺和邻苯二甲酸二丁酯按照100︰130︰6︰1.8的体积比均匀混合而成。
本实施例中,其余方法步骤与实施例1相同。
实施例10
本实施例中,与实施例1不同的是:步骤203中所述固化液由环氧树脂、丙酮、乙二胺和邻苯二甲酸二丁酯按照100︰130︰6︰2.2的体积比均匀混合而成。
本实施例中,其余方法步骤与实施例1相同。
实施例11
本实施例中,与实施例1不同的是:步骤203中所述固化液由环氧树脂、丙酮、乙二胺和邻苯二甲酸二丁酯按照100︰170︰8︰2.2的体积比均匀混合而成。
本实施例中,其余方法步骤与实施例1相同。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制,凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化,均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种土体剪切带扩展过程观测方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤一、取样:采用取样环刀(2)从待测试土体剪切带上多个不同深度处分别切取被测试土样(1),并对各被测试土样(1)的取土深度分别进行记录;
所述被测试土样(1)为圆柱状且其上表面和下表面均为平面;
步骤二、剪切试验及土体微观结构图像获取:对步骤一中所取的待测试土体剪切带上多个不同深度处的被测试土样(1)分别进行剪切试验及土体微观结构图像获取;其中,对任一个所述被测试土样(1)进行剪切试验及土体微观结构图像获取时,过程如下:
步骤201、取样环刀及土样夹持:采用剪切夹具对内装被测试土样(1)的取样环刀(2)进行水平夹持;
所述剪切夹具包括上夹具和位于所述上夹具正下方的下夹具,所述被测试土样(1)夹持于所述上夹具和所述下夹具之间;所述上夹具由三个从左至右布设的上夹持块拼装而成,三个所述上夹持块由左至后分别为左上夹持块(3)、中上夹持块(4)和右上夹持块(5);所述下夹具包括位于左上夹持块(3)下方的左下夹持块(6)和位于右上夹持块(5)下方的右下夹持块(8),所述左下夹持块(6)和右下夹持块(8)之间留有供被测试土样(1)的中部土体向下移动的移动通道,所述中上夹持块(4)的底部设置有能伸入至取样环刀(2)内部的上部顶推凸台(4-1);
本步骤中,采用剪切夹具进行水平夹持时,使内装被测试土样(1)的取样环刀(2)水平夹持于所述上夹具和所述下夹具之间,并使被测试土样(1)位于中上夹持块(4)的正下方;此时,所述被测试土样(1)的上表面呈水平布设,且被测试土样(1)的上表面为待测试面;
步骤202、剪切试验:采用竖向加载装置且通过中上夹持块(4)对步骤201中所述被测试土样(1)施加竖向压力,使被测试土样(1)发生剪切破坏,并计算得出被测试土样(1)的剪切强度;所述竖向加载装置位于中上夹持块(4)的正上方;
发生剪切破坏后,所述被测试土样(1)的中部土体下移且其中部土体与左右两侧土体之间均形成一道剪切缝;
步骤203、固化液滴入:将预先配制好的固化液滴入步骤202中两道所述剪切缝的内侧上部,通过所述固化液对所述剪切缝内侧上部的土体进行固化,固化后的土体为剪切缝内固化土体;
所述固化液由环氧树脂、丙酮、乙二胺和邻苯二甲酸二丁酯按照100︰(130~170)︰(6~8)︰(1.8~2.2)的体积比均匀混合而成;
步骤204、土样底部平切:采样切割刀具且沿取样环刀(2)的底面,对被测试土样(1)底部进行平切;
步骤205、土样支顶:待所述剪切缝内侧上部的土体固化后,采用支顶工具将被测试土样(1)沿取样环刀(2)向上支顶,直至两道所述剪切缝的所述剪切缝内固化土体均移至取样环刀(2)外侧;
步骤206、土样顶部平切:采样切割刀具且沿取样环刀(2)的顶面,对被测试土样(1)顶部进行平切;
步骤207、剪切缝内土体试样取出:从步骤206中切割下来的土体中,取出所述剪切缝内固化土体作为剪切缝内土体试样;
步骤208、剪切缝内土体试样后续加工:对步骤207中所述剪切缝内土体试样的待测试面进行切割、磨平和抛光处理,获得土体观测面;
步骤209、电镜扫描:采用扫描电镜对步骤208中所述土体观测面进行扫描,并获得所述土体观测面的电镜扫描图像;
本步骤中,电镜扫描完成后,获得该被测试土样(1)的剪切测试结果,该被测试土样(1)的剪切测试结果包括步骤202中计算得出的被测试土样(1)的剪切强度和步骤209中获得的所述土体观测面的电镜扫描图像;
待所述待测试土体剪切带上多个不同深度处被测试土样(1)的剪切试验及土体微观结构图像获取过程均完成后,获得所述待测试土体剪切带上多个不同深度处被测试土样(1)的剪切测试结果;
步骤三、剪切测试结果排序:按照被测试土样(1)的取土深度由上至下的顺序,从前至后对步骤二中获得的多个所述被测试土样(1)的剪切测试结果进行排序,排序后的多个所述被测试土样(1)的剪切测试结果为所述待测试土体剪切带上多个不同深度处的剪切测试结果,所述待测试土体剪切带上多个不同深度处的剪切测试结果组成所述待测试土体剪切带的扩展过程观测结果。
2.按照权利要求1所述的一种土体剪切带扩展过程观测方法,其特征在于:步骤一中进行取样时,所述待测试土体剪切带上同一深度处所切取被测试土样(1)的数量为一个或多个。
3.按照权利要求1或2所述的一种土体剪切带扩展过程观测方法,其特征在于:步骤一中所述被测试土样(1)中所述待测试面的数量为N个,其中N为正整数且N≥2;
步骤202中计算得出的被测试土样(1)的剪切强度为步骤201中所述待测试面所处位置处被测试土样(1)的剪切强度,步骤209中获得的所述土体观测面的电镜扫描图像为步骤201中所述待测试面所处位置处被测试土样(1)的剪切缝内土体电镜扫描图像;
步骤206中土样顶部平切完成后,所述被测试土样(1)的上表面为平面,且此时被测试土样(1)的上表面为下一个所述待测试面;
步骤209中电镜扫描完成后,还需N-1次重复步骤201至步骤209,并按照步骤201至步骤209中所述的方法对被测试土样(1)的下一个所述待测试面进行剪切试验及土体微观结构图像获取,直至完成被测试土样(1)中N个所述待测试面的剪切试验及土体微观结构图像获取过程;
步骤二中该被测试土样(1)的剪切测试结果包括被测试土样(1)中N个所述待测试面的剪切测试结果,N个所述待测试面的剪切测试结果按照所述待测试面由上至下的顺序从前至后进行排序;每个所述待测试面的剪切测试结果均为对该待测试面进行剪切试验及土体微观结构图像获取过程中步骤202中计算得出的被测试土样(1)的剪切强度和步骤209中获得的所述土体观测面的电镜扫描图像。
4.按照权利要求3所述的一种土体剪切带扩展过程观测方法,其特征在于:步骤二中进行剪切试验及土体微观结构图像获取时,对步骤一中所取的待测试土体剪切带上m个不同深度处的被测试土样(1)分别进行剪切试验及土体微观结构图像获取;其中,m为正整数且m≥5;
步骤三中剪切测试结果排序完成后,获得m×N个所述待测试面的剪切测试结果,m×N个所述待测试面的剪切测试结果按照所述待测试面由上至下的顺序从前至后进行排序;m×N个所述待测试面的剪切测试结果为所述待测试土体剪切带上m×N个不同深度处的剪切测试结果,所述待测试土体剪切带上m×N个不同深度处的剪切测试结果组成所述待测试土体剪切带的扩展过程观测结果。
5.按照权利要求4所述的一种土体剪切带扩展过程观测方法,其特征在于:步骤三中剪切测试结果排序完成后,还需采用数据处理设备且调用三维重建模块,对所述待测试土体剪切带上m×N个不同深度处的剪切测试结果中的电镜扫描图像进行处理,获得所述待测试土体剪切带的三维空间模型。
6.按照权利要求3所述的一种土体剪切带扩展过程观测方法,其特征在于:步骤一中取样完成后,还需根据取样环刀(2)的取样深度,对各被测试土样(1)的上表面在所述待测试土体剪切带上的深度分别进行确定;
N个所述待测试面由上至下布设且N个所述待测试面中位于最上部的所述待测试面为顶部待测试面,N个所述待测试面中除所述顶部待测试面之外的N-1个所述待测试面为均为下部待测试面;
对各被测试土样(1)中任一个所述下部待测试面进行剪切试验及土体微观结构图像获取之前,均需根据该被测试土样(1)上表面在所述待测试土体剪切带上的深度,并结合对位于该下部待测试面上方的各待测试面进行剪切试验及土体微观结构图像获取过程中步骤205中采用支顶工具将被测试土样(1)沿取样环刀(2)向上支顶的支顶高度,对该下部待测试面在所述待测试土体剪切带上的深度进行确定;该被测试土样(1)中N个所述待测试面的剪切试验及土体微观结构图像获取过程均完成后,获得所述待测试土体剪切带上N个不同深度处的剪切强度,并获得所述待测试土体剪切带上N个不同深度处的剪切缝内土体电镜扫描图像。
7.按照权利要求1或2所述的一种土体剪切带扩展过程观测方法,其特征在于:步骤209中进行电镜扫描时,还需采用能谱仪获取所述土体观测面的能谱图。
8.按照权利要求1或2所述的一种土体剪切带扩展过程观测方法,其特征在于:步骤203中进行固化液滴入时,用滴管将所述固化液逐滴滴至所述剪切缝的内侧上部,直至所滴固化液完全覆盖所述剪切缝上部;步骤203中所述剪切缝内固化土体的高度为1m~5mm;
步骤205中采用支顶工具将被测试土样(1)沿取样环刀(2)向上支顶时,支顶高度不小于步骤203中所述剪切缝内固化土体的高度。
9.按照权利要求1或2所述的一种土体剪切带扩展过程观测方法,其特征在于:步骤201中所述下夹具还包括位于左下夹持块(6)和右下夹持块(8)之间的中下夹持块,所述左下夹持块(6)位于左上夹持块(3)的正下方,所述右下夹持块(8)位于右上夹持块(5)正下方,所述中下夹持块位于中上夹持块(4)的正下方;
所述左上夹持块(3)、中上夹持块(4)、右上夹持块(5)、左下夹持块(6)、所述中下夹持块和右下夹持块(8)均呈水平布设;所述左上夹持块(3)和右上夹持块(5)的高度相同,所述中上夹持块(4)的高度不小于左上夹持块(3)的高度;所述左下夹持块(6)、所述中下夹持块和右下夹持块(8)的高度均相同,所述中下夹持块包括能在左下夹持块(6)与右下夹持块(8)之间上下移动的上部夹持块(7);
所述左上夹持块(3)与左下夹持块(6)之间、中上夹持块(4)与上部夹持块(7)之间以及右上夹持块(5)和右下夹持块(8)之间均通过竖向连接螺栓(10)进行连接。
10.按照权利要求9所述的一种土体剪切带扩展过程观测方法,其特征在于:步骤201中所述下夹具为垫块式夹具或凸台式夹具;
所述垫块式夹具还包括三个分别垫装在左下夹持块(6)、所述中下夹持块和右下夹持块(8)的上部且能伸入至取样环刀(2)内部的垫块(13),三个所述垫块(13)拼接形成一个圆饼状垫层,所述圆饼状垫层的直径与取样环刀(2)的内径相同;
所述凸台式夹具中左下夹持块(6)、所述中下夹持块和右下夹持块(8)的上部分别设置一个能伸入至取样环刀(2)内的下部顶推凸台(14),三个所述下部顶推凸台(14)拼装组成一个对被测试土样(1)进行向上支顶的圆柱形支顶台,所述圆柱形支顶台的直径与取样环刀(2)的内径相同。
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