CN107741366A

CN107741366A - 一种力控式宽截面环剪仪及其在滑坡研究中的应用

Info

Publication number: CN107741366A
Application number: CN201711048452.7A
Authority: CN
Inventors: 范志强; 唐辉明; 杨迎铭; 谭钦文; 刘凯; 温韬; 马俊伟
Original assignee: China University of Geosciences
Current assignee: China University of Geosciences
Priority date: 2017-10-31
Filing date: 2017-10-31
Publication date: 2018-02-27
Anticipated expiration: 2037-10-31
Also published as: CN107741366B

Abstract

本发明公开了一种力控式宽截面环剪仪及其在滑坡研究中的应用。剪切盒的剪切室内沿径向等间距布设同步变形变阻器，依据剪切面径向上变阻器之间的电压变化差异来反映剪切过程中剪切面不同位置处的应力应变差异；所述上、下剪切盒的外环半径远大于其内环半径，两者形成大宽度的环形剪切面，适合模拟土质坡体沿滑面发生的渐进破坏过程；动力旋转系统的伺服电机的输出轴与所述旋转平台上的齿轮啮合连接，传输剪切力于所述下剪切盒；本发明实施例的环剪仪突出上、下剪切盒内外环间的剪应力应变差距，通过伺服电机对模拟过程的输出剪切力控制，可实现模拟土质坡体的渐进破坏过程，为滑坡成因机理以及临界失稳强度研究提供可靠的实验支持。

Description

一种力控式宽截面环剪仪及其在滑坡研究中的应用

技术领域

本发明涉及一种环剪仪，具体涉及一种力控式宽截面环剪仪。这些性能使得该仪器可用于模拟土质坡体沿滑面发生的渐进破坏过程，亦可为滑坡临界失稳强度的确定提供思路和方法。

背景技术

环剪仪的最早研制开始于20世纪20年代。早期的环剪仪设计理念较为简单，功能单一，一般主要用于研究土体的剪切强度性质；到了30年代，开始出现较为复杂的环剪仪，使得环剪试验可以同时实现应力、应变双重控制；至60年代，残余强度的研究再次带动了高性能环剪仪的研制，并且出现了两种具有革新意义的环剪仪—Bishop型环剪仪和Bromhead型环剪仪(目前国内较为流行的是Bishop型环剪仪)。发展至今，科学技术的进步亦促进了环剪仪的不断改进与完善，使其在试验精度和功能层面都得到了前所未有的提高。其中，较有代表性的研究进展当属日本京都大学佐佐恭二教授等成功研制的高速环剪实验仪，该项仪器实际上是在Bishop型环剪仪的基础上发展而来，不仅可以实现计算机全程控制，而且还可通过现场地质条件的高度模拟(例如地震等动荷载环境，地下水环境等)来揭示滑坡过程中滑裂面发生的应力变化、孔隙水压力变化以及可能的液化现象。最为重要的是，这种环剪仪实现了高速剪切(剪切速度可达300cm/s)，这一性能为高速远程滑坡成因机理的研究提供了实验渠道。

纵观现有的环剪设备，一般都具有以下特点：即剪切面的法向与剪切角速度矢量方向平行。因而，在剪切过程中整个剪切面上的角速度一致，将引起沿半径方向剪切面上的剪位移不同，从而导致剪应力分布不均。为此，设计者通常将剪切环的宽度设计的足够小，以此来减小内外环间的剪应力差距，从而可认为试验过程中的剪应力及抗剪强度沿剪切面呈均匀分布。因此，常规的环剪仪非常适于滑坡滑带土体的剪切强度研究，尤其是残余强度研究。

然而，许多研究表明，滑坡体在实际的演化过程中，其滑动面上各位置处的变形情况以及强度发挥状况并不总是一致的，坡体通常是沿其滑动面发生渐进性破坏。因此，当涉及到滑坡体的渐进性破坏研究时，常规环剪仪(主要用于土体的剪切强度研究)似乎难以胜任。但是，如果将环剪仪沿半径方向剪切面上的剪应力分布不均这一“缺点”有效地利用起来，设计出宽剪切截面的环剪仪，变“缺点”为优点，以突出内外环间的剪应力应变差距，再以力控式的实验方式进行“环剪蠕变”实验，则可以实现以实验的方式对实际土质坡体的渐进破坏过程进行模拟研究。并且可能进一步地为滑坡临界失稳强度的确定提供思路和方法。

本发明的意图即在于此。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种适用于滑坡渐进性破坏过程研究的力控式宽大环形剪切面的环剪仪。

本发明的实施例采用的技术方案是，一种力控式宽截面环剪仪，包括环形剪切盒、油压加载系统、动力旋转系统、剪切缝微调系统、监测控制系统和框架，所述环形剪切盒、油压加载系统、动力旋转系统、剪切缝微调系统安装于所述框架中，所述油压加载系统、动力旋转系统、剪切缝微调系统与所述监测控制系统连接；所述环形剪切盒包括上剪切盒与下剪切盒，所述上剪切盒、下剪切盒的外环半径均分别大于其内环半径，上剪切盒与下剪切盒形成剪切室，所述剪切室内沿径向等间距布设同步变形变阻器，穿过预设的剪切面；所述剪切缝微调系统包括调节所述上剪切盒位置的液压控制仪、监测所述上剪切盒与下剪切盒之间缝隙的测缝计；所述动力旋转系统包括旋转平台、伺服电机，所述旋转平台与所述下剪切盒的底部固定连接，所述伺服电机的输出轴与所述旋转平台上的齿轮啮合连接，传输剪切力于所述下剪切盒。

优选地，所述框架包括横杠、底座、中部支撑轴和立柱，所述立柱分别固定于所述底座两侧，所述横杠与所述立柱的顶端固定连接，所述中部支撑轴固定于所述底座中部的凹槽中，穿过所述旋转平台，与所述旋转平台接触处设置竖向轴承。

优选地，所述剪切缝微调系统还包括水平盖板、耳板、竖向轴承；所述耳板固定于所述立柱上，所述水平盖板通过所述耳板与所述立柱相连；所述液压控制仪、测缝计位于所述立柱上，与所述耳板相连接。

优选地，所述水平盖板与所述上剪切盒的内环、外环通过螺栓连接；所述水平盖板设有所述中部支撑轴穿过的开孔，所述开孔外围均匀分布通孔。

优选地，所述油压加载系统包括油压室、压力传感器、竖向加载环板，所述油压室与所述横杠固定连接，所述油压室内水平向设有分隔板，将所述油压室分为上下两个活动的储油空间；所述竖向加载环板的上端位于油压室内，并穿过所述分隔板，与所述分隔板为一体结构，其下端穿过所述通孔嵌合于所述上剪切盒的环形试样空间内；所述压力传感器安装于所述竖向加载环板的传力轴上，位于所述油压室与所述水平盖板之间。

优选地，所述竖向加载环板的内部设有排水管，底部设有滤网；所述排水管与所述滤网连通。

优选地，所述竖向加载环板与所述上剪切盒的内侧壁接触处设置橡胶接触环，与所述水平盖板接触处设置竖向轴承，并在竖向轴承外部设置塑料裹踝。

优选地，所述动力旋转系统还包括光滑滚轮、转动力矩传感器和角位移传感器，所述光滑滚轮位于所述旋转平台的底部，与所述底座连接；所述转动力矩传感器位于所述伺服电机输出轴的齿轮上，监测伺服电机输出的力矩大小；所述角位移传感器位于所述立柱上，监测所述旋转平台转动的角度。

优选地，所述上剪切盒的外环靠近剪切面附近的内侧壁上设有环形水槽，所述环形水槽的槽口处连接孔隙水压力传感器；所述上剪切盒与下剪切盒之间设置橡胶环。

优选地，所述下剪切盒内呈十字设置小于下剪切盒高度的剪切板，两相邻剪切板之间设置所述同步变形变阻器，所述同步变形变阻器通过电缆与电压计连接。

优选地，所述压力传感器、角位移传感器、测缝计、转动力矩传感器、孔隙水压力传感器以及电压计监测的数据信息传输至所述监测控制系统，所述监测控制系统根据监测的数据信息对所述油压加载系统及伺服电机发送控制指令。

本发明实施例还提供了所述力控式宽截面环剪仪在滑坡体研究中的应用。

与相关技术比较，本发明实施例提供的技术方案的有益效果是，本发明实施例的力控式宽截面环剪仪，包括环形剪切盒、油压加载系统、动力旋转系统、剪切缝微调系统、监测控制系统和框架；所述环形剪切盒、油压加载系统、动力旋转系统、剪切缝微调系统安装于所述框架中，所述框架可起到对环剪仪整体的保护作用，以及在使用过程提供反支撑力的作用；所述油压加载系统、动力旋转系统、剪切缝微调系统与所述监测控制系统连接，所述油压加载系统、动力旋转系统、剪切缝微调系统监测的相关信息数据传输至所述监测控制系统，所述监测控制系统根据接收的数据信息发送相关控制指令于各系统；所述环形剪切盒包括上剪切盒与下剪切盒，所述上剪切盒与下剪切盒形成剪切室，所述剪切室内沿径向等间距布设同步变形变阻器，所述同步变形变阻器可依据剪切面径向上变阻器之间的电压变化差异来反映剪切过程中剪切面不同位置处的应力应变差异；剪切盒的外环半径远大于其内环半径，形成较大宽度的环形剪切面，适合模拟土质坡体沿滑面发生的渐进破坏过程；所述剪切缝微调系统包括调节所述上剪切盒位置的液压控制仪、监测所述上剪切盒与下剪切盒之间缝隙的测缝计，所述液压控制仪用于微调上剪切盒的上下位置，所述测缝计监测控制上下剪切盒之间的缝隙宽度；所述动力旋转系统包括旋转平台、伺服电机，所述旋转平台与所述下剪切盒的底部固定连接，所述伺服电机的输出轴与所述旋转平台上的齿轮啮合连接，传输剪切力于所述下剪切盒，所述伺服电机的安装方式简便，便于控制施加给试样的剪切力，并由监测控制系统接收剪力矩信号的回馈以及进行指令性操作；本发明实施例的环剪仪突出剪切盒内外环间的剪应力应变差距，通过伺服电机对模拟过程的输出剪切力控制，可实现模拟土质坡体的渐进破坏过程，为滑坡成因机理及临界失稳强度研究提供可靠的数据支持。

附图说明

图1为本发明实施例的力控式宽截面环剪仪整体结构示意图；

图2为本发明实施例的力控式宽截面环剪仪部分结构放大示意图；

图3为本发明实施例沿图1中I’-I向的俯视图；

图4为本发明实施例沿图1中II’-II向的俯视图；

图5为本发明实施例同步变形变阻器及电压计连接示意图；

图6为本发明实施例的剪力值相对应的位移-时间实验曲线示意图；

图7为本发明实施例的滑坡体处钻孔与滑坡带结构示意图。

其中：1油压室；2压力传感器；3排水管；4水平盖板；5耳板；6竖向加载环板；7上剪切盒；8下剪切盒；9同步变形变阻器；10竖向轴承I；11光滑滚轮；12底座；13立柱；14中部支撑轴；15竖向轴承II；16液压控制仪及测缝计；17孔隙水压力传感器；18电压计；19环形水槽；20橡胶环；21角位移传感器；22旋转平台；23监测控制系统；24螺栓；25竖向轴承III；26伺服电机；27剪切盒内环；28剪切盒外环；29剪切板；30电缆线；31塑料裹踝；32橡胶接触环；33横杠；34分隔板；35滤网；36通孔；37转动力矩传感器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

参照附图1～5，一种力控式宽截面环剪仪，包括环形剪切盒、油压加载系统、动力旋转系统、剪切缝微调系统、监测控制系统23和框架，所述环形剪切盒、油压加载系统、动力旋转系统、剪切缝微调系统安装于所述框架中，框架为所述环形剪切盒、油压加载系统、动力旋转系统、剪切缝微调系统提供支撑力及起到保护作用，在使用过程中国还可提供反支撑力作用，起到平衡作用；所述油压加载系统、动力旋转系统、剪切缝微调系统与所述监测控制系统23连接，所述监测控制系统23接收所述油压加载系统、动力旋转系统、剪切缝微调系统传输的监测数据信息，并根据监测数据信息发送相应控制指令对所述系统进行调节；所述环形剪切盒包括上剪切盒7与下剪切盒8，所述上剪切盒7与下剪切盒8形成剪切室，所述剪切室内沿径向等间距布设同步变形变阻器9，所述同步条形变阻器9可依据剪切面径向上变阻器之间的电压变化差异来反映剪切过程中剪切面不同位置处的应力应变的差异，可体现实际滑坡体过程中的应力应变关系；剪切盒外环28半径远大于所述剪切盒内环27的半径，形成较宽的环剪面，以适应模拟土质坡体沿滑面发生的渐进破坏过程中剪切面的变化，模拟结果可较为真实的反应实际滑坡体渐进破坏过程的剪切力变化；所述剪切缝微调系统包括调节所述上剪切盒7位置、所述上剪切盒与下剪切盒之间缝隙的液压控制仪及测缝计16，所述液压控制仪及测缝计16用于调节和监测上剪切盒7和下剪切盒8之间的位置、预设剪切裂缝大小，便于更好的进行土体试样的模拟；所述动力旋转系统包括旋转平台22、伺服电机26，所述旋转平台22与所述下剪切盒8的底部固定连接，所述伺服电机26的输出轴与所述旋转平台22上的齿轮啮合连接，传输剪切力于所述下剪切盒8，为模拟过程中提供可控制的剪切力，并于上剪切盒7、下剪切盒8之间的剪切裂缝所在平面上形成剪破裂面；本发明实施例的环剪仪的成本低、易于操作、模拟土体滑坡渐进破坏过程真实，监测的数据精度高，为土体滑坡渐进破坏机理研究提供数据和理论支撑。

进一步地，所述框架包括横杠33、底座12、中部支撑轴14和立柱13，所述立柱13分别固定于所述底座12的两侧，所述横杠33与所述立柱13的顶端固定连接，所述中部支撑轴14固定于所述底座12中部的凹槽中，穿过所述旋转平台22，与所述旋转平台22接触处设置竖向轴承I 10，所述旋转平台22绕所述中部支撑轴14转动。

进一步地，所述剪切缝微调系统还包括水平盖板4、耳板5；所述耳板4固定于所述立柱13上，所述水平盖板4通过所述耳板5与所述立柱13相连；所述液压控制仪及测缝计16位于所述立柱13上，与所述耳板5相连接，所述液压控制仪调节所述水平盖板4沿所述立柱13上下移动。

进一步地，所述水平盖板4与所述剪切盒内环27、剪切盒外环28通过螺栓24连接；所述水平盖板4设有所述中部支撑轴14穿过的开孔，所述开孔周围均匀分布通孔36，所述水平盖板4与所述中部支撑轴14之间设置竖向轴承Ⅱ15。所述水平盖板4在所述液压控制仪的调节下上下移动，即带动所述上剪切盒7移动，调节所述上剪切盒7与下剪切盒8之间预设的剪切缝的大小。

进一步地，所述油压加载系统包括油压室1、压力传感器2、竖向加载环板6，所述油压室1与所述横杠33固定连接，所述油压室1内水平向设有分隔板34，将所述油压室1分为上下两个活动的储油空间，所述分隔板34可上下移动，储油空间可随各自油量的分配而相互变化；所述竖向加载环板6的上端位于所述油压室1内，并穿过所述分隔板34，与所述分隔板34为一体结构，可移动的分隔板34可起到对竖向加载环板6增减压的作用，其下端穿过所述通孔36嵌合于所述上剪切盒7的环形试样空间内，可对试样施加竖向的压力；所述压力传感器2安装于所述竖向加载环板6的传力轴上，位于所述油压室1与所述水平盖板4之间，监测油压加载过程中所施加的竖向压力。

进一步地，所述竖向加载环板6的内部设有排水管3，底部设有滤网35；所述排水管3与所述滤网35连通，用于排出试样受力过程中排出的水分。

进一步地，所述竖向加载环板6与所述上剪切盒7的内侧壁接触处设置橡胶接触环32，两者之间形成柔性接触，防止加载过程中土颗粒的外溢；其与所述水平盖板4接触处设置竖向轴承Ⅲ25，并在竖向轴承Ⅲ2 5外部设置塑料裹踝31，起到保护作用。

进一步地，所述动力旋转系统还包括光滑滚轮11、转动力矩传感器37和角位移传感器21，所述光滑滚轮11位于所述旋转平台22的底部，与所述底座12连接，所述光滑滚轮11与旋转平台22连接的同时保持旋转平台22在伺服电机26的作用下转动；所述转动力矩传感器37位于所述伺服电机26的输出轴的齿轮上，监测伺服电机26输出力的力矩大小；所述角位移传感器21位于所述立柱13上，监测所述旋转平台22转动的剪切角度。

进一步地，所述上剪切盒7的剪切盒外环28靠近剪切面的内侧壁上设有环形水槽19，所述环形水槽19的槽口处连接孔隙水压力传感器17，监测剪切过程中形成剪切带附近孔隙水压力的变化，并将监测孔隙水压力信息传输至监测控制系统；所述上剪切盒7与下剪切盒8之间设置橡胶环20，防止试样加载过程中土颗粒的外溢。

进一步地，所述剪切室内呈十字设置小于下剪切盒高度的剪切板29，两相邻剪切板29之间设置所述同步变形变阻器9，所述同步变形变阻器9通过电缆30与电压计18连接。所述同步变形变阻器9的两端接通电流，同步变形变阻器9受到剪切力作用产生的剪切变形状况通过电压计18的电压变化反应出来。

进一步地，所述压力传感器2、角位移传感器21、液压控制仪及测缝计16、转动力矩传感器37、孔隙水压力传感器17以及电压计18监测的数据信息传输至所述监测控制系统23，所述监测控制系统23根据监测的数据信息对所述油压加载系统及伺服电机26发送控制调节指令。

实施例二

采用本发明实施例一的环剪仪在滑坡研究中进行应用。

坡体的渐进性破坏主要与滑带局部位置土体抗剪强度的逐步丧失有关。通常情况下，坡体沿滑带的剪应力分布是不均匀的，因此剪应力水平较大的部位将会先超过峰值抗剪强度，进入软化阶段，引起该处的强度降低；而应力水平较小的部位起先并没有破坏，但是由于需要承担软化部位传递过来的多余剪应力，也将相继发生破坏并进而峰后软化阶段。由此一来，坡体渐进性破坏就开始了，并可能导致最终失稳。

根据上述滑坡的渐进破坏特征，本发明实施例一的环剪仪用于滑坡破坏过程研究乃至滑坡临界失稳强度的研究包括以下步骤：

(1)电压测试；滑带土在剪切过程中一般会经历峰值强度和残余强度两个阶段，且分别对应于相应的剪切变形。长条形的所述同步变形变阻器9随剪切面变形而同步变形，其电阻值也随之变化，具体反映在电压计18的电压变化上。将长条形同步变形变阻器9垂直布设于本发明实施例一的环剪仪中的环形土样中，并穿过预设剪切面；首先在固定的垂向压力下对试样进行固结试验，固结完成后，可展开均匀剪切速率的常规环剪试验，则可分别获得土体剪切面上刚越过峰值强度时所对应的电压值V_p和到达残余强度时所对应的电压值V_r；

(2)剪力范围测试；对于本发明实施例一中的宽截面环剪仪，由于在剪切过程中，试样剪切面所经过的角位移是一致的，因此剪切面沿环径向上的变形位移并不相同，剪切面靠近剪切盒内环27的位置其变形值较小，而靠近剪切盒外环28的位置其剪切变形值较大；因而，径向上半径较大处的土体越容易先越过峰值强度，可率先进入强度软化阶段，构成了沿剪切面发生渐进破坏的条件；

根据上述特点，首先采用本发明实施例一中的宽截面环剪仪及其同步变形变阻器9的布设方式，先在油压加载系统下完成土样的固结试验，然后展开均匀剪切速率的宽截面环剪试验，并记录下实验过程中的剪力-位移数据；从中选取出三种剪力数值：1、径向最外缘的长条形同步变形变阻器9到达电压值V_p所对应的剪力值F₁；2、整个试验过程中的峰值剪力F₂；3、试验末尾的残余剪力F₃；再将F₁和F₃进行大小比较，并选取较大者max(F₁，F₃)，与峰值剪力F₂组成剪力范围：max(F₁，F₃)＜F＜F₂，为后续的力控式环剪蠕变实验(模拟滑坡渐进破坏过程)做准备；

因为在恒定的剪力下进行环剪蠕变实验时，当剪力F＞F₁时，已经可以保证剪切面靠外环部位的土体越过峰值强度并进入强度软化阶段，可构成渐进破坏的条件；而F＞F₃，则可以保证剪切面渐进破坏发生以后，将会发生最后的整体失稳加速破坏。因而选取较大者max(F₁，F₃)作为后续的力控式试验的剪力下边界值；

(3)力控式环剪蠕变实验模拟破坏过程；选取剪力范围内max(F₁，F₃)＜F＜F₂的多项剪力值F_A、F_B、F_C、F_D…分别展开恒定剪力控制的环剪蠕变试验；参照附图6，各项剪力值相对应的位移-时间试验曲线划分为三个发展阶段：即初始变形阶段、蠕变滑移阶段以及整体加速破坏阶段；曲线后部的陡升段，即为剪力值大于剪切面强度而发生的整体加速破坏；一般而言，施加的剪力值和土样自身的力学特性决定了土样的剪切变形行为；当施加的固定剪力值较大时，则剪切面随时间的变形通常更为显著；

此外，由计算机全程记录剪切面各位置处的同步变形变阻器的电压变化情况，由此可反映出剪切面不同位置在破坏全过程中的渐进性破坏状况(强度软化程度)；

(4)应用于滑坡研究；

由前述内容可知，坡体由于渐进性破坏并最终发生临滑失稳的过程模式在原理上类似于力控式的宽截面环剪试验。因此，可采用本发明进行力控式环剪蠕变实验，对土质坡体沿滑面发生的渐进破坏过程进行模拟，从实验角度来揭示滑坡的失稳过程机制；

此外，根据该类环剪试验与滑坡破坏机理的一致性，可在滑坡临界失稳强度研究方面提出如下方法步骤：

(4-1)参照附图7，在滑坡体的不同厚度处打钻孔，并穿透滑动带(ZK 1、ZK 2、ZK3、ZK 4、ZK 5…)，进行钻孔测斜，主要是监测滑动面上随时间的累积蠕动位移；

(4-2)测量出各个钻孔位置的滑体厚度，并计算出各个钻孔所处滑动面上的垂直于滑面的正应力(对应于钻孔编号，即为：σ₁、σ₂、σ₃、σ₄、σ₅…)；

(4-3)取原状滑带土，分别在计算出的各级正应力下，重复步骤(1)～(3)，如此可在各级正应力下(σ₁、σ₂、σ₃、σ₄、σ₅…)，分别获得如附图6所示的与各项剪力值相对应的位移-时间试验曲线；

(4-4)由于施加的剪力值和土样自身的力学特性共同决定了土样的剪切变形行为；因此可将钻孔(如ZK 1)监测的滑动面累积位移曲线与该钻孔对应正应力(σ₁)条件下的试验曲线簇(形如附图6所示)进行对比研究；并通过相似度对比方法，选取出与监测的滑动面累积位移曲线最为相似的试验曲线，则该试验曲线所对应的剪应力值(记为)即可视为钻孔ZK 1处滑面所受的剪切应力；

据此，可获得各个钻孔滑面上的正应力和剪应力值： …(在这一系列应力条件下，滑坡将沿滑面发生渐进性破坏而最终发生临界失稳)。根据库伦摩尔准则，可以将以上几组数据进行线性拟合，即可从整体上获取滑坡的失稳强度平均指标：粘聚力c以及摩擦角

本发明实施例提供了一种力控式宽截面环剪仪，由于反常规的“宽大环形剪切面”的结构设置，加之力控式的实验手段，可使土样在此类环剪仪内的破坏过程在原理上对应于土质坡体沿滑面发生的渐进性破坏行为。可为滑坡的破坏过程研究乃至滑坡临界失稳强度的研究提供全新的方法途径，且设备经济可行。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种力控式宽截面环剪仪，其特征是，包括环形剪切盒、油压加载系统、动力旋转系统、剪切缝微调系统、监测控制系统和框架；所述环形剪切盒、油压加载系统、动力旋转系统、剪切缝微调系统安装于所述框架中；所述油压加载系统、动力旋转系统、剪切缝微调系统与所述监测控制系统连接；所述环形剪切盒包括上剪切盒与下剪切盒，所述上剪切盒与下剪切盒的外环半径均分别远大于其内环半径，上剪切盒与下剪切盒形成剪切室，所述剪切室内沿径向等间距布设同步变形变阻器，穿过预设的剪切面；所述剪切缝微调系统包括调节所述上剪切盒位置的液压控制仪、监测所述上剪切盒与下剪切盒之间预设剪切裂缝缝宽的测缝计；所述动力旋转系统包括旋转平台、伺服电机，所述旋转平台与所述下剪切盒的底部固定连接，所述伺服电机的输出轴与所述旋转平台上的齿轮啮合连接，传输剪切力于所述下剪切盒。

2.根据权利要求1所述的一种力控式宽截面环剪仪，其特征是，所述上剪切盒外环靠近剪切面的内侧壁上设有环形水槽，所述环形水槽的槽口处连接孔隙水压力传感器；所述上剪切盒与下剪切盒之间设置橡胶环。

3.根据权利要求1所述的一种力控式宽截面环剪仪，其特征是，所述下剪切盒内呈十字设置小于下剪切盒高度的剪切板，两相邻剪切板之间设置所述同步变形变阻器，所述同步变形变阻器通过电缆与电压计连接。

4.根据权利要求1所述的一种力控式宽截面环剪仪，其特征是，所述框架包括横杠、底座、中部支撑轴和立柱，所述立柱分别固定于所述底座两侧，所述横杠与所述立柱的顶端固定连接，所述中部支撑轴固定于所述底座中部的凹槽中，穿过所述旋转平台，与所述旋转平台接触处设置竖向轴承。

5.根据权利要求4所述的一种力控式宽截面环剪仪，其特征是，所述动力旋转系统还包括光滑滚轮、转动力矩传感器和角位移传感器，所述光滑滚轮位于所述旋转平台的底部，与所述底座连接；所述转动力矩传感器位于所述伺服电机输出轴的齿轮上，监测伺服电机输出的力矩大小；所述角位移传感器位于所述立柱上，监测所述旋转平台转动的角度。

6.根据权利要求4所述的一种力控式宽截面环剪仪，其特征是，所述剪切缝微调系统还包括水平盖板、耳板、竖向轴承；所述耳板固定于所述立柱上，所述水平盖板通过所述耳板与所述立柱相连；所述液压控制仪、测缝计位于所述立柱上，与所述耳板相连接。

7.根据权利要求6所述的一种力控式宽截面环剪仪，其特征是，所述水平盖板与所述上剪切盒的内环、外环通过螺栓连接；所述水平盖板设有所述中部支撑轴穿过的开孔，所述开孔外围均匀分布通孔。

8.根据权利要求6所述的一种力控式宽截面环剪仪，其特征是，所述油压加载系统包括油压室、压力传感器、竖向加载环板，所述油压室与所述横杠固定连接，所述油压室内水平向设有分隔板，将所述油压室分为上下两个活动的储油空间；所述竖向加载环板的上端位于油压室内，并穿过所述分隔板，与所述分隔板为一体结构，其下端穿过所述通孔嵌合于所述上剪切盒的环形试样空间内；所述压力传感器安装于所述竖向加载环板的传力轴上，位于所述油压室与所述水平盖板之间。

9.权利要求1～8任一项所述的一种力控式宽截面环剪仪在滑坡研究中的应用，其特征是，具体包括以下步骤：

(1)电压测试；将所述同步变形变阻器垂直布设于环形剪切盒仪中的环形土样中，并穿过预设剪切面；在固定的垂向压力下对试样进行固结试验，固结完成后，展开均匀剪切速率的常规环剪试验，获得土体剪切面上刚越过峰值强度时所对应的电压值V_p和到达残余强度时所对应的电压值V_r；

(2)剪力范围测试；在油压加载系统下完成土样的所述固结试验，然后展开均匀剪切速率的宽截面环剪试验，并记录下实验过程中的剪力-位移数据；从中选取出三种剪力数值：径向最外缘的长条形同步变形变阻器到达电压值V_p所对应的剪力值F₁、整个试验过程中的峰值剪力F₂、试验末尾的残余剪力F₃；再将F₁和F₃进行大小比较，选取较大者max(F₁,F₃)，与峰值剪力F₂组成剪力范围：max(F₁,F₃)＜F＜F₂；

(3)力控式环剪蠕变实验模拟：在剪力范围内的选取多项剪力值分别展开恒定剪力控制的环剪蠕变试验，所述环剪蠕变过程分为初始变形阶段、蠕变滑移阶段以及整体加速破坏阶段，根据电压计的电压变化反映出的所述同步变形电阻器的形变得到剪切面不同位置在破坏全过程中的渐进性破坏状况；

(4)应用于滑坡研究。

10.根据权利要求9所述的一种力控式宽截面环剪仪在滑坡研究中的应用，其特征是，步骤(4)中，力控式宽截面环剪仪在滑坡临界失稳强度研究应用包括以下具体步骤：

(4-1)在滑坡体的不同厚度处打钻孔，并穿透滑动带，进行钻孔测斜，监测滑动面上随时间的累积蠕动位移；

(4-2)测量出各个钻孔位置的滑体厚度，并计算出各个钻孔所处滑动面上的垂直于滑面的正应力；

(4-3)取原状滑带土，分别在计算出的各级正应力下，重复步骤(1)～(3)，在各级正应力下分别获得与各项剪力值相对应的位移-时间试验曲线；

(4-4)将钻孔处监测的滑动面累积位移曲线与该钻孔对应正应力条件下的试验曲线簇进行对比研究；并通过相似度对比方法，选取出与监测的滑动面累积位移曲线最为相似的试验曲线，则该试验曲线所对应的剪应力值即为钻孔ZK 1处滑面所受的剪切应力；根据库伦摩尔准则，将以上几组数据进行线性拟合，从整体上获取滑坡的失稳强度平均指标，即粘聚力以及摩擦角评价滑坡的失稳强度。