CN107271297A - 一种用于测定饱和黄土‑泥岩接触面的原位剪切实验仪 - Google Patents

一种用于测定饱和黄土‑泥岩接触面的原位剪切实验仪 Download PDF

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Abstract

一种用于测定饱和黄土‑泥岩接触面的原位剪切实验仪，下部剪切盒安装在实验基坑内，上部剪切盒安装在下部剪切盒上，上部剪切盒与实验基坑内壁间水平设置水平液压千斤顶；上部剪切盒顶部安装剪切盒压力盖，剪切盒压力盖通过轴向液压千斤顶连接配重物支撑板，配重物支撑板上装有配重物；实验基坑内还通过盛水器支杆安装盛水器，盛水器通过输水管连接上部剪切盒上部的进水孔，使得注水从上部剪切盒的下部流出。本发明提供的原位剪切实验仪可以在原位真实反映并保持黄土与泥岩接触面长期处于过湿饱和软塑的状态，未对土体扰动，试验的试样尺寸大，是获取黄土‑泥岩接触面“异质土体”原位瞬时剪切强度和长期蠕变剪切强度参数的有效仪器。

Description

一种用于测定饱和黄土-泥岩接触面的原位剪切实验仪
技术领域
本发明涉及原位测试技术领域，特别涉及一种用于测定饱和黄土-泥岩接触面的原位剪切实验仪。
背景技术
原位剪切实验实为测定实验对象在外力作用下岩土体沿软弱面或接触面移动时岩土体本身的抗剪强度；测定实验对象不同轴向压力下的抗剪强度，得出土的抗剪强度指标粘聚力c和摩擦角ψ，可以计算滑坡等地质体的稳定性。
目前，原位剪切实验多是试验同一种岩土体的实验，如纯黄土，纯碎石土等，针对西北地区广泛发育的“黄土-泥岩接触面”滑坡，鲜少有研究黄土和泥岩接触面之间饱和状态下的原位剪切实验，这种黄土-泥岩接触面之所以能形成灾害是由于接触面上下透水性有着较大的差异，黄土的透水性比泥岩大得多，水下渗后在岩土接触面汇集，使得接触面的黄土受到水的饱和作用长期处于过湿饱和软塑的状态，降低了黄土的强度。
综上所述，为了真实有效的获取黄土-泥岩接触面“异质土体”原位瞬时剪切强度和长期蠕变剪切强度参数，发明一种用于测定饱和黄土-泥岩接触面“异质土体”的原位剪切实验仪。
发明内容
为了克服现有技术的上述问题，本发明的目的是提供一种用于测定饱和黄土-泥岩接触面的原位剪切实验仪。本发明可在黄土-泥岩接触面滑坡滑动带的任何部位做原位土体的剪切强度和静载荷测试，随时测得土体的应力-应变曲线或应力-应变-时间曲线。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种用于测定饱和黄土-泥岩接触面的原位剪切实验仪，包括上部剪切盒和下部剪切盒，下部剪切盒安装在实验基坑内，上部剪切盒安装在下部剪切盒上，上部剪切盒与实验基坑内壁间水平设置水平液压千斤顶；上部剪切盒与水平液压千斤顶间安装水平液压千斤顶前顶板，实验基坑与水平液压千斤顶间安装水平液压千斤顶后顶板；上部剪切盒顶部安装剪切盒压力盖，剪切盒压力盖通过轴向液压千斤顶连接配重物支撑板，配重物支撑板上装有配重物；实验基坑内还通过盛水器支杆安装盛水器，盛水器通过输水管连接上部剪切盒上部的进水孔，使得注水从上部剪切盒的下部流出；上部剪切盒、下部剪切盒内设置若干传感器，传感器分别采集系统的轴向压力、水平剪切力以及上部剪切盒的位移大小。
所述上部剪切盒、下部剪切盒均由数个剪切板组成，每个剪切板上均设有若干进水孔和衔接孔；上部剪切盒与下部剪切盒的接触面为剪切面位置，上部剪切盒、下部剪切盒在剪切面位置不设进水孔和衔接孔，且在剪切面位置不相互衔接。
工作时，所述上部剪切盒内装填黄土试样，下部剪切盒内装填泥岩试样，黄土试样与泥岩试样的接触面为剪切面。
工作时，向所述上部剪切盒的进水孔内注水，注水流经剪切面，从上部剪切盒的下部流出，使得剪切面及其上部的黄土试样保持饱和状态。
所述上部剪切盒的内腔的长×宽×高为500mm×500mm×600mm。
所述配重物选取当地易于采集的砂袋、石块等材料。
所述黄土试样、泥岩试样位于黄土-泥岩接触面滑坡的滑带位置。
本发明的有益效果是：
本发明可以在原位真实反映，并保持黄土与泥岩接触面长期处于过湿饱和软塑的状态，未对土体扰动，试验的试样尺寸大，从而获得真实有效的黄土-泥岩接触面“异质土体”原位瞬时剪切强度和长期蠕变剪切强度。
附图说明
图1为剪切试验选取的实验位置示意图；
图2为本发明的整体结构示意图；
图3为饱和剪切仪的剪切盒工作示意图；
图4为上部剪切盒的下部小剪切板的结构示意图。
图中，1为实验基坑；2为盛水器；3为输水管；4为盛水器支杆；5为下部剪切盒；6为上部剪切盒；7为剪切盒压力盖；8为配重物；9为配重物支撑板；10为轴向液压千斤顶；11为黄土试样；12为水平液压千斤顶前顶板；13为泥岩试样；14为水平液压千斤顶；15为水平液压千斤顶后顶板。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
参照图1~图4，一种用于测定饱和黄土-泥岩接触面的原位剪切实验仪，本发明一般用于黄土-泥岩接触面滑坡的滑动剪切面 。本发明所述装置，包括：剪切盒，轴向压力系统，剪切力系统，数据采集系统，加水饱和系统。
所述原位直剪试验选取试样大小为长×宽×高为500mm×500mm×600mm 的试样，剪切盒的内径与试样大小相同，剪切盒分三部分：下部剪切盒、上部剪切盒、剪切盒压力盖；剪切盒下部和剪切盒上部都是由长短不一两种且宽度相同的数个小剪切板组装而成，剪切盒下部和剪切盒上部的组装高度是可以调节的，通过组装的件数控制，每个小剪切板有两种孔：一种为进水孔，是试样饱和所用；一种为衔接孔，之间用插销进行衔接小剪切板。剪切面位置为剪切盒下部和剪切盒上部分界处，上下剪切板不进行衔接，且不设置孔洞。所述轴向压力系统为作用在剪切盒压力盖的加压装置系统，在进行野外原位试验时，为实验简单易于操作，我们选取液压千斤顶和提供反力的配重进行加压，配重物可以是砂袋、石块等，一般选取当地易于使用的材料。所述剪切力系统为作用在上部剪切盒上的水平剪切压力装置系统，剪切力装置的作用力方向与滑坡的滑向一致，同样选用液压千斤顶，一端作用于上部剪切盒上，另一端作用在实验坑的后壁上，通过液压千斤顶来提供剪切力。所述数据采集系统主要采集轴向压力系统和剪切力系统力的大小以及上部剪切盒的移动距离。所述加水饱和系统为试验黄土提供水源，饱和剪切面，水从点滴瓶通过水管流进上部剪切盒的进水孔，从上部剪切盒的下部流出，渗进剪切面，使得剪切面及其以上黄土保持饱和状态。
所述实验试样位于黄土-泥岩接触面滑坡的滑带位置，其上部为黄土，下部为泥岩，下部剪切盒和上部剪切盒之间的剪切面在要原位剪切试样的黄土与泥岩接触面处。
所述剪切盒分三部分：剪切盒下部、剪切盒上部、剪切盒压力盖；
所述的剪切盒下部和剪切盒上部都是由长短不一两种且宽度相同的数个小剪切板组装而成，原位直剪试验选取试样大小为长 500mm×500mm 高600mm 的试样，剪切盒的内径与试样大小相同，剪切盒下部和剪切盒上部的组装高度是可以调节的，通过组装的件数控制，每个小剪切板有两种孔：一种为进水孔，是保持试样饱和所用；一种为衔接孔，之间用插销进行衔接小剪切板。
剪切面位置为剪切盒下部和剪切盒上部分界处，此处上下剪切板不进行衔接，且未设置孔洞。小剪切板接触面在接触试样的面有孔，让水从此流出，使得剪切面及其以上黄土保持饱和状态。
所述剪切盒压力盖是盖在组装的上部剪切盒内的试样上，尺寸为上部剪切盒的内尺寸。剪切盒压力盖是用于将上部的压力平均的分担给试样，使试样受力平衡，减小实验的无处和防止式样的破坏。
所述轴向压力系统为作用在剪切盒压力盖的加压装置系统，选取液压千斤顶和提供反力的配重进行加压。
所述剪切力系统是用液压千斤顶作用在滑坡的滑向方向，一端作用于上部剪切盒上，另一端作用在实验坑的后壁上，通过液压千斤顶来提供剪切力。
所述数据采集系统主要采集轴向压力系统和剪切力系统力的大小以及上部剪切盒的移动距离。
所述加水饱和系统将水从点滴瓶通过水管流进上部剪切盒的进水孔，从上部剪切盒的下部流出，渗进剪切面，使得剪切面及其以上黄土保持饱和状态。
本发明的工作原理为：
参照图1、图2，在进行原位剪切试验时，选取好要进行实验的位置，进行挖坑留样，原位直剪试验选取试样大小为长 500mm×500mm 高600mm 的试样，剪切盒的内径与试样大小相同，安装剪切盒，首先安装下部剪切盒，控制高度到剪切面的位置，即下部剪切盒的高度到达泥岩和黄土的接触面部位，其次安装上部剪切盒，下部剪切盒和上部剪切盒之间的剪切面要在试样黄土和泥岩接触面部位，下部剪切盒和上部剪切盒都是由长短不一两种且宽度相同的数个小剪切板组装而成，剪切盒下部和剪切盒上部的组装高度是可以调节的，通过组装的件数控制。
小剪切板是除过接触面处的每个小剪切板有两种孔：一种为进水孔，是保持试样饱和所用；一种为衔接孔，之间用插销进行衔接小剪切板。上部剪切盒和下部剪切盒接触面处的小剪切板接触面没有孔，上部剪切盒下部的小剪切板在接触试样的面有出水孔，让水渗进剪切面，使得剪切面及其以上黄土保持饱和状态。
安装完剪切盒后盖上剪切盒压力盖，剪切盒压力盖在组装的上部剪切盒内的试样上，尺寸为上部剪切盒的内尺寸，剪切盒压力盖下部为试样，上部为轴向液压千斤顶，剪切盒压力盖是用于将上部的轴向压力平均的分担给试样，使试样受力平衡，减小实验的误差并防止试样的破坏。
轴向液压千斤顶上部为配重物支撑板，在配重物支撑板上放置配重物形成反力系统，为作用在剪切盒压力盖上的加压装置，选取液压千斤顶和配重物进行加压，配重物可以是砂袋、石块等。
在试样滑动方向的后缘提供剪切力系统，用水平液压千斤顶作用在滑坡的滑动方向，一端作用于上部剪切盒上，另一端作用在实验坑的后壁上，通过液压千斤顶来提供剪切力，水平液压千斤顶与上部剪切盒、实验坑的后壁都有顶板，防之上部剪切盒受力不均和厚壁的破坏影响实验。
在实验过程中用数据采集系统对轴向压力系统和剪切力系统的力大小以及上部剪切盒的移动距离进行实时监测与采集。
实验进行前用加水系统将水从点滴瓶通过水管流进上部剪切盒的进水孔，从上部剪切盒的下部流出，让水渗进剪切面，使得剪切面及其以上黄土保持饱和状态，流水不能快，需要长达数小时的饱和，饱和后并维持饱和状态来进行实验。

Claims (8)

1.一种用于测定饱和黄土-泥岩接触面的原位剪切实验仪，包括上部剪切盒（6）和下部剪切盒（5），其特征在于，下部剪切盒（5）安装在实验基坑（1）内，上部剪切盒（6）安装在下部剪切盒（5）上，上部剪切盒（6）与实验基坑（1）内壁间水平设置水平液压千斤顶（14）；上部剪切盒（6）与水平液压千斤顶（14）间安装水平液压千斤顶前顶板（12），实验基坑（1）与水平液压千斤顶（14）间安装水平液压千斤顶后顶板（15）；上部剪切盒（6）顶部安装剪切盒压力盖（7），剪切盒压力盖（7）通过轴向液压千斤顶（10）连接配重物支撑板（9），配重物支撑板（9）上装有配重物（8）；实验基坑（1）内还通过盛水器支杆（4）安装盛水器（2），盛水器（2）通过输水管（3）连接上部剪切盒（6）上部的进水孔，使得注水从上部剪切盒的下部流出；上部剪切盒（6）、下部剪切盒（5）内设置若干传感器，传感器分别采集系统的轴向压力、水平剪切力以及上部剪切盒的位移大小。
2.根据权利要求1所述的一种用于测定饱和黄土-泥岩接触面的原位剪切实验仪，其特征在于，所述上部剪切盒（6）、下部剪切盒（5）均由数个剪切板组成，每个剪切板上均设有若干进水孔和衔接孔；上部剪切盒（6）与下部剪切盒（5）的接触面为剪切面位置，上部剪切盒（6）、下部剪切盒（5）在剪切面位置不设进水孔和衔接孔，且在剪切面位置不相互衔接。
3.根据权利要求1所述的一种用于测定饱和黄土-泥岩接触面的原位剪切实验仪，其特征在于，工作时，所述上部剪切盒（6）内套在黄土试样（11）上，下部剪切盒（5）内装填泥岩试样（13）上，黄土试样（11）与泥岩试样（13）的接触面为剪切面。
4.根据权利要求1所述的一种用于测定饱和黄土-泥岩接触面的原位剪切实验仪，其特征在于，工作时，向所述上部剪切盒（6）的进水孔内注水，注水流经剪切面，从上部剪切盒（6）的下部流出，使得剪切面及其上部的黄土试样（11）保持饱和状态。
5.根据权利要求1所述的一种用于测定饱和黄土-泥岩接触面的原位剪切实验仪，其特征在于，所述上部剪切盒（5）和（6）的内腔长×宽×高为500mm×500mm×600mm。
6.根据权利要求1所述的一种用于测定饱和黄土-泥岩接触面的原位剪切实验仪，其特征在于，所述配重物（8）选取当地易于采集的砂袋、石块等材料。
7.根据权利要求1所述的一种用于测定饱和黄土-泥岩接触面的原位剪切实验仪，其特征在于，所述黄土试样（11）、泥岩试样（13）为黄土-泥岩接触面滑坡的滑带岩土体。
8.根据权利要求1所述的一种用于测定饱和黄土-泥岩接触面的原位剪切实验仪，其试验步骤为 ：
1）开挖所述（1）的试验基坑，开挖到预定位置后，根据所述剪切盒（5）和（6）尺寸制备试验土样，土样大小为刚好将所述剪切盒（5）、（6）套入为宜，土样的长×宽×高为500mm×500mm×600mm，土样的中间刚好位于黄土与泥岩接触面处；
2）将所述盛水器（2）通过输水管（3）向剪切盒（6）的进水孔内注水，注水流经剪切面，从上部剪切盒（6）的下部流出并持续一段时间，使得剪切面及其上部的黄土试样（11）保持饱和状态；
3）通过所述轴向液压千斤顶（10）对剪切盒压力盖（7）稳定缓慢的施加计划的垂直压力，并记录；
4）通过所述水平液压千斤顶（14）对前顶板（12）稳定缓慢的施加计划的水平力，并记录，当水平力与剪切变形所记录的曲线出现峰值时，原位剪切试验结束。
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