CN111089826A - 一种接触面大变形剪切渗流试验装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种接触面大变形剪切渗流试验装置及使用方法，装置包括法向加载单元、法向压力传感器、水平加载单元、拉力传感器、水平位移计、剪切渗流耦合试验盒、密封单元、渗透水压单元、数据采集器和控制单元；水平加载单元连接剪切渗流耦合试验盒的底部，并沿平行接触面剪切方向设置；渗透水压单元包括依次连通的渗透水流进水通道、渗透水流进水口、渗透水流出水通道、渗透水流出水口和一对渗水压力体积控制器；渗透水流进水通道和渗透水流出水通道沿垂直接触面剪切方向设置。本发明的剪切路径和渗流路径明确，可实现剪切方向和渗流方向相正交的接触面渗透特性试验，能够真实模拟实际剪切变形与渗流过程相垂直的情况。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程学中接触面的力学及渗透性技术领域，尤其涉及一种接触面大变形剪切渗流试验装置及使用方法。
背景技术
黏土因具有防渗能力好，适应和抵抗不均匀变形能力强的优点，被广泛用作高土石坝心墙防渗材料，在我国西部建设的两三百米级的高土石坝中发挥重要作用。由于心墙黏土与上下游坝壳和岸坡基岩等材料物理力学性质差别很大，在受自重应力及水荷载作用下易发生较大的剪切变形，这些接触部位同时存在剪切变形与渗流作用，且剪切变形方向与渗流方向接近于正交关系，若形成渗透通道，会严重威胁工程安全。因此，有必要开展大剪切变形作用下土-结构物接触面剪切渗流特性的试验研究，分析其剪切渗流机理，对工程建设具有重要的指导意义。
现有的土-结构接触面的试验装置大多只能测定接触面力学特性，而考虑渗流冲刷作用的较少，且存在以下缺陷：1）专利“一种测定土体与结构物接触面渗流冲刷特性的试验装置” （CN101561378），发明了一种改进的三轴仪来测定接触面渗流特性，其缺点是试验剪切方向与渗流方向是平行的，不能研究剪切方向与渗流方向成正交的情况，且由于其接触面板依靠弹簧支撑，限制了可以产生的最大剪切错位变形；2）专利“一种接触面大变形剪切渗流试验装置及其使用方法”（CN106932284 A）对前述专利进行了改进，利用将水冷冻的方式实现大剪切变形，但由于试样是方形的，在受到围压作用时，其土样应力状态并不一致，棱角处易出现应力集中，且试验剪切方向与渗流方向仍是平行的，尚不能应用于研究土-结构接触面剪切方向与渗流方向正交的情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种接触面大变形剪切渗流试验装置及使用方法，该剪切渗流试验装置能够在土体与结构物接触面间发生大剪切错位变形时，保证土体不发生侧向变形，同时可以在垂直接触面剪切方向上对土体进行渗流特性试验，研究土体与结构物接触面在不同应力变形条件下的渗流特性演化规律，为揭示土-结构物接触面渗流冲刷机理提供试验基础。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提出了一种接触面大变形剪切渗流试验装置，包括剪切渗流耦合试验盒和开设在所述剪切渗流耦合试验盒上的渗透水压单元；
所述剪切渗流耦合试验盒包括上下对称设置的上剪切盒和下剪切盒；
所述下剪切盒底部的一侧连接一水平加载单元；所述水平加载单元沿平行接触面剪切方向设置；所述水平加载单元上设置一拉力传感器；所述下剪切盒的侧面固定一水平位移计；所述下剪切盒的上端面开设一结构物安装槽；所述结构物安装槽外依次设置内圈密封凹槽和外圈密封凹槽；所述内圈密封凹槽内固定内防水构件；所述外圈密封凹槽内固定外防水构件；
所述上剪切盒的顶部连接一法向加载单元；所述法向加载单元上设置一法向压力传感器；所述上剪切盒的下端面开设与结构物安装槽、内圈密封凹槽和外圈密封凹槽分别对应的试样安装槽、内圈固定槽和外圈固定槽；所述试样安装槽的尺寸小于所述结构物安装槽的尺寸；所述试样安装槽中的试样伸出所述试样安装槽；
所述渗透水压单元包括依次连通的渗透水流进水通道、渗透水流进水口、渗透水流出水通道、渗透水流出水口、第一渗水压力体积控制器和第二渗水压力体积控制器；
其中，所述渗透水流进水通道和所述渗透水流出水通道沿垂直接触面剪切方向设置；所述渗透水流进水通道设置于所述下剪切盒的一侧并引出，所述渗透水流出水通道设置于所述上剪切盒远离下剪切盒的一侧并引出；
所述渗透水流进水口和渗透水流出水口开设在所述内防水构件上；
所述第一渗水压力体积控制器与渗透水流进水口连接，所述第二渗水压力体积控制器与渗透水流出水口连接；
控制单元控制所述法向加载单元施加法向载荷至设定值，所述法向压力传感器通过数据采集器反馈信号至所述控制单元，以维持法向载荷的设定值；所述控制单元控制所述水平加载单元施加剪切力至设定值，所述拉力传感器通过所述数据采集器反馈信号至所述控制单元，以维持剪切力设定值；所述控制单元控制所述水平加载单元施加剪切位移至设定值，所述水平位移计通过所述数据采集器反馈信号至所述控制单元，以维持剪切位移设定值。
优选地，所述内防水构件由一橡胶止水材料制成；所述外防水构件由橡胶截水材料制成。
优选地，所述上剪切盒上设置围压进水孔和排气孔；所述围压进水孔沿平行接触面剪切方向设置；所述围压进水孔连接围压压力体积控制器。
优选地，平行接触面剪切方向上，试样与试样安装槽之间形成空腔；所述围压水经所述围压进水孔进入所述空腔。
优选地，所述密封单元还包括一对隔水条；平行接触面剪切方向上，所述隔水条固定在所述试样安装槽的内壁上；所述隔水条位于试样的两侧并贴合所述试样；所述隔水条位于所述空腔的下方以形成所述空腔的底部。
优选地，进一步包括传力板、法向加载单元和法向压力传感器；所述传力板固定在所述上剪切盒上。
优选地，进一步包括滑动组件；所述滑动组件形成于所述下剪切盒的底部和底板之间。
优选地，所述结构物安装槽内固定混凝土试样；所述试样安装槽内固定黏土试样；所述黏土试样为方形；所述混凝土试样为方形。
本发明还提出了一种接触面大变形剪切渗流试验装置的使用方法，包括以下步骤：
1）制作试样和结构物试样：制作黏土试样、混凝土试样并养护，压实黏土试样，养护完成后，在黏土试样外包裹一层乳胶膜；
2）安装试样：将隔水条粘接在上剪切盒试样安装槽内壁两侧并挤压，然后将包裹乳胶膜的黏土试样放置于试样安装槽中，在垂直接触面剪切方向上，黏土试样与试样安装槽内壁接触，在平行接触面剪切方向上，黏土试样与隔水条接触，黏土试样高度伸出试样安装槽；将混凝土试样放置于结构物安装槽中，黏土试样横截面尺寸小于混凝土试样横截面尺寸；
3）布设密封单元：在试样安装槽和结构物安装槽的外侧分别设置有两道密封凹槽，两道密封凹槽保持对应；在下剪切盒的内圈密封凹槽和外圈密封凹槽内分别对应固定内防水构件和外防水构件；之后碾压内防水构件和外防水构件使其粘结；在下剪切盒的内防水构件和外防水构件的上端面涂上结构胶，同时在上剪切盒的内圈密封凹槽和外圈密封凹槽内涂上结构胶；将已填充黏土试样的上剪切盒按照密封凹槽位置对齐放置在下剪切盒上，利用结构胶，将内防水构件和外防水构件均固定在上剪切盒和下剪切盒上；
4）安装加载单元；将步骤3中的剪切渗流耦合试验盒放置在位于反力架内的底板轨道上；将传力板固定在上剪切盒顶部，依次安装法向加载单元和法向压力传感器，在下剪切盒侧面设置水平位移计，同时在下剪切盒侧面依次安装水平加载单元和拉力传感器，将法向压力传感器、拉力传感器和水平位移计分别通过数据线与数据采集器电连，数据采集器与计算机电连；运行数据采集器检查各部件是否处在正常工作状态；
5）连接压力体积控制器：在平行接触面剪切方向上，将上剪切盒两侧的围压进水孔连接围压压力体积控制器，打开围压进水孔进水至上排气孔出水，拧上螺栓，使黏土试样处于围压状态下，记录围压数据；在垂直接触面剪切方向上，渗透水流进水通道和所述渗透水流出水通道均连接渗水压力体积控制器，开启压力体积控制器，检查各部件是否运行正常，并记录压力和体积数据；
6）实施剪切渗流试验：法向加载单元对传力板施加法向荷载，由数据采集器观测法向应力，达到试验应力并维持稳定后，设置渗透水流进水通道处的渗水压力体积控制器渗透水压值，监测渗透水流出水通道处的压力和体积变化值，待渗流稳定后，通过控制单元设定水平加载单元的剪切速率和剪切位移幅值，在剪切和渗流同时进行的过程中，利用渗水压力体积控制器记录渗透水流出水通道处的压力和体积变化值，利用控制单元记录法向压力传感器、拉力传感器和水平位移计数值。
与现有技术相比，本发明的优点为：试样采用方形试样，剪切路径和渗流路径明确，可以实现剪切方向和渗流方向相正交的接触面渗透特性试验，能够真实模拟实际工程中剪切变形与渗流过程相垂直的情况；此外，通过围压压力体积控制器给黏土试样提供围压，保证土体在与混凝土接触面间发生大剪切错位变形时，黏土体不发生侧向变形。
附图说明
图1为本发明一实施例的接触面大变形剪切渗流试验装置的主视图结构；
图2为图1的侧视图；
图3为图1中剪切渗流耦合试验盒的三维外观图；
图4为图1中剪切渗流耦合试验盒的三维剖面图；
图5为为图1中剪切渗流耦合试验盒的下剪切盒的俯视图。
其中，1-底板，2-反力架，3-横架，4-下剪切盒，5-上剪切盒，6-轨道，7-滚轮，8-水平位移计，9-拉力传感器，10-法向压力传感器，11-水平加载单元，12-法向加载单元，13-围压压力体积控制器，14-数据采集器，15-控制单元，16-传力板，17-排气孔，18-排气通管道，19-围压水，20-围压进水孔，21-隔水条，22-内防水构件，23-外防水构件，24-黏土试样，25-乳胶膜，26-混凝土试样，27-渗透水流进水通道，28-渗透水流出水通道，29-渗透水流进水口；30-渗透水流出水口。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的接触面大变形剪切渗流试验装置及使用方法 进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
如图1~2所示，一种接触面大变形剪切渗流试验装置及使用方法，包括法向加载单元12、水平加载单元11、剪切渗流耦合试验盒、底板1、反力架2、密封单元、渗透水压单元、数据采集器14和控制单元15。法向加载单元12、数据采集器14和控制单元15依次电连接；水平加载单元11、数据采集器14和控制单元15依次电连接。水平加载单元11连接剪切渗流耦合试验盒的底部，并沿平行接触面剪切方向设置，法向加载单元12安装所述反力架2上。
在本实施例中，平行接触面剪切方向是指X方向，垂直接触面剪切方向是指Y方向。
反力架2固定设置在刚性底板1上，设有横架3；剪切渗流耦合试验盒放置在位于反力架2内的刚性底板1上。
剪切渗流耦合试验盒的顶部与法向加载单元12连接；剪切渗流耦合试验盒的底部放置在底板1上。剪切渗流耦合试验盒包括上剪切盒5和上下对称固定在上剪切盒5下端面的下剪切盒4（如图3所示），均为不锈钢材料，上剪切盒5与法向加载单元相连接，下剪切盒4与水平加载单元11相连接；上剪切盒5和下剪切盒4内设置了严密的密封单元。
下剪切盒4的上端面开设一结构物安装槽；结构物安装槽外依次设置内圈密封凹槽和外圈密封凹槽；内圈密封凹槽和外圈密封凹槽内分别对应固定密封单元中的内防水构件22和外防水构件23，如图4~5所示。
上剪切盒5的下端面开设与结构物安装槽、内圈密封凹槽和外圈密封凹槽分别对应的试样安装槽、内圈固定槽和外圈固定槽；试样安装槽位于结构物安装槽的内侧，即结构物安装槽围在试样安装槽的外侧；上剪切盒5上设置围压进水孔20、排气管通道和排气孔17；围压进水孔20沿平行接触面剪切方向设置；围压进水孔20连接一围压压力体积控制器13。平行接触面剪切方向上，试样与试样安装槽之间形成空腔；围压水19经围压进水孔20进入空腔，如图1、5所示，为黏土试样24提供围压。
在本实施例中，上剪切盒5尺寸为200mm×200mm×60mm，试样安装槽尺寸为70mm×60mm×40mm，下剪切盒4尺寸为200mm×200mm×40mm，结构物安装槽尺寸为80mm×80mm×25mm，黏土试样24尺寸为60mm×60mm×50mm，混凝土试样26尺寸为80mm×80mm×25mm，黏土试样横截面尺寸小于混凝土试样横截面尺寸，且尺寸差距大于最大剪切位移10mm，保证黏土试样始终在混凝土试样上发生剪切作用；黏土试样高度略大于上剪切盒深槽高度。
渗透水压单元包括依次连通的渗透水流进水通道27、渗透水流进水口29、渗透水流出水通道28、渗透水流出水口30和一对渗水压力体积控制器；结构物渗透水流进水通道27和渗透水流出水通道28沿垂直接触面剪切方向设置，即Y轴方向；渗透水流进水通道27设置于下剪切盒4的一侧并引出，渗透水流出水通道28设置于上剪切盒5远离下剪切盒4的一侧并引出；渗透水流进水口29和渗透水流出水口30开设在内防水构件22上；一渗水压力体积控制器与渗透水流进水口29连接，另一渗水压力体积控制器与渗透水流出水口30连接，具体如图2和图4所示，渗透水流进水口29通过开设在下剪切盒4上的通道连通渗透水流进水通道27、内防水构件22和外防水构件23之间的间隙；渗透水流出水口30通过开设在上剪切盒5上的通道连通渗透水流出水通道28、内防水构件22和外防水构件23之间的间隙。
密封单元包括内防水构件22、外防水构件23和一对隔水条21；内防水构件22由橡胶止水材料制成；外防水构件23由橡胶截水材料制成；平行接触面剪切方向上，隔水条21固定在试样安装槽的内壁上；隔水条21位于试样的两侧并贴合试样；隔水条21位于空腔的下方以密封空腔的底部。隔水条21尺寸为5mm×60mm×5mm，内圈密封凹槽处的内防水构件22尺寸宽度为5mm，高度15mm，外圈密封凹槽处的外防水构件23尺寸宽度为5mm，高度15mm，内防水构件22、外防水构件23优选为防水性能好、柔韧性好且具有一定的强度的橡胶材料。
法向加载单元12安装反力架2上；法向加载单元12施加法向载荷至传力板16上；传力板16固定在上剪切盒5上；法向加载单元12固定在反力架2上；法向压力传感器10设置在法向加载单元12上，并与数据采集器14电连接。即控制单元15控制法向加载单元12施加法向载荷至设定值，法向压力传感器10通过数据采集器反馈信号至控制单元15，以维持法向载荷的设定值.
水平加载单元11上固定一水平位移计8；拉力传感器9和水平位移计8分别与数据采集器14电连接。下剪切盒4的底部和底板1之间形成滑动组件。滑动组件包括轨道6和滚轮7。刚性底板1上设置有轨道6，滚轮7置于轨道6内，当控制单元施加剪切位移至水平加载单元12时，下剪切盒4可在沿平行接触面水平剪切方向上滑动。即控制单元15控制水平加载单元11施加剪切力至设定值，拉力传感器9通过数据采集器反馈信号至控制单元15，以维持剪切力设定值；控制单元15控制水平加载单元11施加剪切位移至设定值，水平位移计8通过数据采集器反馈信号至控制单元15，以维持剪切位移设定值。
在本实施例中，结构物安装槽内固定混凝土试样26；试样安装槽内固定黏土试样24；黏土试样24为方形。黏土试样24横截面尺寸小于混凝土试样横截面尺寸，且尺寸差距大于最大剪切错位值，保证黏土试样24始终在混凝土试样26上发生剪切作用；黏土试样24高度略大于上剪切盒5深槽高度。
本实施例中，还提出了一种接触面大变形剪切渗流试验装置及使用方法的使用方法，包括以下步骤：
1）制作试样和结构物试样：制作黏土试样24、混凝土试样并养护，压实黏土试样24，养护完成后，在黏土试样24外包裹一层乳胶膜25；
2）安装试样：将隔水条21粘接在上剪切盒5试样安装槽内壁两侧并挤压，然后将包裹乳胶膜25的黏土试样24放置于试样安装槽中，在垂直接触面剪切方向上，黏土试样24与试样安装槽内壁接触，在平行接触面剪切方向上，黏土试样24与隔水条21接触，黏土试样24高度伸出试样安装槽；将混凝土试样放置于下剪切盒4的结构物安装槽中，黏土试样24横截面尺寸小于混凝土试样横截面尺寸；
3）布设密封单元：在试样安装槽和结构物安装槽的外侧分别设置有两道密封凹槽，两道密封凹槽保持对应；在下剪切盒4的内圈密封凹槽和外圈密封凹槽内分别对应固定内防水构件22和外防水构件23；之后碾压内防水构件22和外防水构件23使其粘结；在下剪切盒的内防水构件22和外防水构件23的上端面涂上结构胶，同时在上剪切盒的内圈密封凹槽和外圈密封凹槽内涂上结构胶；将已填充黏土试样24的上剪切盒5按照密封凹槽位置对齐放置在下剪切盒4上，利用结构胶，将内防水构件22和外防水构件23均固定在上剪切盒5，并密封连接上剪切盒5和下剪切盒4；内防水构件22和外防水构件23采用防水性能好、柔韧性好且具有一定强度的材料。
4）安装加载单元；将步骤3中的剪切渗流耦合试验盒放置在位于反力架2内的底板1轨道6上；将传力板16固定在上剪切盒5顶部，依次安装法向加载单元12和法向压力传感器10，在下剪切盒4侧面设置水平位移计8，同时在下剪切盒4侧面依次安装水平加载单元11和拉力传感器9，将法向压力传感器10、拉力传感器9和水平位移计8分别通过数据线与数据采集器14电连，数据采集器14与计算机电连；运行数据采集器14检查各部件是否处在正常工作状态。
5）连接压力体积控制器：在平行接触面剪切方向上，将上围压进水孔20连接围压压力体积控制器13，打开围压进水孔20进水至上排气孔17出水，拧上螺栓，使黏土试样24处于围压状态下，记录围压数据；在垂直接触面剪切方向上，渗透水流进水通道27和所述渗透水流出水通道28均连接渗水压力体积控制器，开启压力体积控制器，检查各部件是否运行正常，并记录压力和体积数据。
6）实施剪切渗流试验：法向加载单元12对传力板16施加法向荷载，由数据采集器14观测法向应力，达到试验应力并维持稳定后，设置渗透水流进水通道27处的渗水压力体积控制器渗透水压值，监测渗透水流出水通道28处的压力和体积变化值，待渗流稳定后，通过控制单元15设定水平加载单元11的剪切速率和剪切位移幅值，在剪切和渗流同时进行的过程中，利用渗水压力体积控制器记录渗透水流出水通道28处的压力和体积变化值，之后控制单元15记录法向压力传感器10、拉力传感器9和水平位移计8数值。该步骤中，可以进行不同法向应力、不同渗透水压和不同剪切位移试验，法向应力设定值为0-3MPa，渗透水压设定值为0-50kPa，剪切位移设定值为0-10mm。
7）分析试验结果：利用试验过程中所记录的数据，绘制剪应力-剪切位移关系曲线，法向应力与抗剪强度关系曲线，剪切位移与流量关系曲线以及水力坡降与流量关系曲线，分析接触面在不同应力条件、不同渗透压力、大剪切错位变形条件下的渗流特性，探究黏土接触面大剪切变形渗流特性规律；取出上剪切盒5中的黏土试样24，观察黏土试样24表面变化状况，并取样对试样进行XRD和SEM细微观试验，分析试样的内部孔隙结构和物质组成，阐明大剪切变形作用下土-结构物接触面渗流特性机理。
综上，本发明的接触面大变形剪切渗流试验装置及使用方法具有以下优点：
1）本发明通过围压压力体积控制器13给黏土试样24提供围压，保证土体在与结构物接触面间发生大剪切错位变形时，黏土体不发生侧向变形。
2）土样采用方形试样，剪切路径和渗流路径明确，可以实现剪切方向和渗流方向相正交的接触面渗透特性试验，能够真实模拟实际工程中剪切变形与渗流过程相垂直的情况。
3）本试验装置可以进行不同的法向应力、不同的渗透水压和不同的剪切位移条件组合工况下的渗流剪切试验，在试样过程中利用渗水压力体积控制器可实时监测水压力和流量体积变化；此外，拉力的设定、法向荷载的施加、剪切位移和剪切速率的设定以及数据的采集都是通过控制单元15设置完成，操作方便易行。
4）本发明设计的密封单元，包括内防水构件、外防水构件和隔水条，材料防水性能好、柔韧性好且具有一定的强度，可以保证在大剪切变形中单元整体的密封性，确保试验结果准确合理。
5）本发明设计黏土试样高度略大于上剪切盒5深槽高度，保证施加的法向应力由黏土体来承受，同时保证黏土试样与混凝土等结构物试样紧密接触。
6）黏土试样外包裹一层乳胶膜，可有效防止围压水进入土体，同时防止止水材料与黏土试样直接接触，产生摩擦，造成试验误差。
7）黏土试样横截面尺寸小于混凝土等结构物试样横截面尺寸，且尺寸差距大于最大剪切错位值，保证黏土试样始终在混凝土等结构物试样上发生剪切作用，防止出现错位临空面。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种接触面大变形剪切渗流试验装置，其特征在于，包括剪切渗流耦合试验盒和开设在所述剪切渗流耦合试验盒上的渗透水压单元；
所述剪切渗流耦合试验盒包括上下对称设置的上剪切盒和下剪切盒；
所述下剪切盒底部的一侧连接一水平加载单元；所述水平加载单元沿平行接触面剪切方向设置；所述水平加载单元上设置一拉力传感器；所述下剪切盒的侧面固定一水平位移计；所述下剪切盒的上端面开设一结构物安装槽；所述结构物安装槽外依次设置内圈密封凹槽和外圈密封凹槽；所述内圈密封凹槽内固定内防水构件；所述外圈密封凹槽内固定外防水构件；
所述上剪切盒的顶部连接一法向加载单元；所述法向加载单元上设置一法向压力传感器；所述上剪切盒的下端面开设与结构物安装槽、内圈密封凹槽和外圈密封凹槽分别对应的试样安装槽、内圈固定槽和外圈固定槽；所述试样安装槽的尺寸小于所述结构物安装槽的尺寸；所述试样安装槽中的试样伸出所述试样安装槽；
所述渗透水压单元包括依次连通的渗透水流进水通道、渗透水流进水口、渗透水流出水通道、渗透水流出水口、第一渗水压力体积控制器和第二渗水压力体积控制器；
其中，所述渗透水流进水通道和所述渗透水流出水通道沿垂直接触面剪切方向设置；所述渗透水流进水通道设置于所述下剪切盒的一侧并引出，所述渗透水流出水通道设置于所述上剪切盒远离下剪切盒的一侧并引出；
所述渗透水流进水口和渗透水流出水口开设在所述内防水构件上；
所述第一渗水压力体积控制器与渗透水流进水口连接，所述第二渗水压力体积控制器与渗透水流出水口连接；
控制单元控制所述法向加载单元施加法向载荷至设定值，所述法向压力传感器通过数据采集器反馈信号至所述控制单元，以维持法向载荷的设定值；所述控制单元控制所述水平加载单元施加剪切力至设定值，所述拉力传感器通过所述数据采集器反馈信号至所述控制单元，以维持剪切力设定值；所述控制单元控制所述水平加载单元施加剪切位移至设定值，所述水平位移计通过所述数据采集器反馈信号至所述控制单元，以维持剪切位移设定值。
2.根据权利要求1所述的接触面大变形剪切渗流试验装置，其特征在于，所述内防水构件由一橡胶止水材料制成；所述外防水构件由橡胶截水材料制成。
3.根据权利要求1所述的接触面大变形剪切渗流试验装置，其特征在于，所述上剪切盒上设置围压进水孔和排气孔；所述围压进水孔沿平行接触面剪切方向设置；所述围压进水孔连接围压压力体积控制器。
4.根据权利要求3所述的接触面大变形剪切渗流试验装置，其特征在于，平行接触面剪切方向上，试样与试样安装槽之间形成空腔；所述围压水经所述围压进水孔进入所述空腔。
5.根据权利要求4所述的接触面大变形剪切渗流试验装置，其特征在于，进一步包括一对隔水条；平行接触面剪切方向上，所述隔水条固定在所述试样安装槽的内壁上；所述隔水条位于试样的两侧并贴合所述试样；所述隔水条位于所述空腔的下方以形成所述空腔的底部。
6.根据权利要求1所述的接触面大变形剪切渗流试验装置，其特征在于，进一步包括一传力板；所述法向加载单元固定在所述反力架上。
7.根据权利要求1所述的接触面大变形剪切渗流试验装置，其特征在于，进一步包括滑动组件；所述滑动组件形成于所述下剪切盒的底部和底板之间。
8.根据权利要求1所述的接触面大变形剪切渗流试验装置，其特征在于，所述结构物安装槽内固定混凝土试样；所述试样安装槽内固定黏土试样；所述黏土试样为方形，所述混凝土试样为方形。
9.一种接触面大变形剪切渗流试验装置的使用方法，包括以下步骤：
1）制作试样和结构物试样：制作黏土试样、混凝土试样并养护，压实黏土试样，养护完成后，在黏土试样外包裹一层乳胶膜；
2）安装试样：将隔水条粘接在上剪切盒的试样安装槽内壁两侧并挤压，然后将包裹乳胶膜的黏土试样放置于试样安装槽中，在垂直接触面剪切方向上，黏土试样与试样安装槽内壁接触，在平行接触面剪切方向上，黏土试样与隔水条接触，黏土试样高度伸出试样安装槽；将混凝土试样放置于下剪切盒结构物安装槽中，黏土试样横截面尺寸小于混凝土试样横截面尺寸；
3）布设密封单元：在试样安装槽和结构物安装槽的外侧分别设置有两道密封凹槽，两道密封凹槽保持对应；在下剪切盒的内圈密封凹槽和外圈密封凹槽内分别对应固定内防水构件和外防水构件；之后碾压内防水构件和外防水构件使其粘结；在下剪切盒的内防水构件和外防水构件的上端面涂上结构胶，同时在上剪切盒的内圈密封凹槽和外圈密封凹槽内涂上结构胶；将已填充黏土试样的上剪切盒按照密封凹槽位置对齐放置在下剪切盒上，利用结构胶，将内防水构件和外防水构件均固定在上剪切盒和下剪切盒上；
4）安装加载单元；将步骤3中的剪切渗流耦合试验盒放置在位于反力架内的底板轨道上；将传力板固定在上剪切盒顶部，依次安装法向加载单元和法向压力传感器，在下剪切盒侧面设置水平位移计，同时在下剪切盒侧面依次安装水平加载单元和拉力传感器，将法向压力传感器、拉力传感器和水平位移计分别通过数据线与数据采集器电连，数据采集器与计算机电连；运行数据采集器检查各部件是否处在正常工作状态；
5）连接压力体积控制器：在平行接触面剪切方向上，将上剪切盒两侧的围压进水孔连接围压压力体积控制器，打开围压进水孔进水至上排气孔出水，拧上螺栓，使黏土试样处于围压状态下，记录围压数据；在垂直接触面剪切方向上，渗透水流进水通道和所述渗透水流出水通道均连接渗水压力体积控制器，开启压力体积控制器，检查各部件是否运行正常，并记录压力和体积数据；
6）实施剪切渗流试验：法向加载单元对传力板施加法向荷载，由数据采集器观测法向应力，达到试验应力并维持稳定后，设置渗透水流进水通道处的渗水压力体积控制器渗透水压值，监测渗透水流出水通道处的压力和体积变化值，待渗流稳定后，通过控制单元设定水平加载单元的剪切速率和剪切位移幅值，在剪切和渗流同时进行的过程中，利用渗水压力体积控制器记录渗透水流出水通道处的压力和体积变化值，利用控制单元记录法向压力传感器、拉力传感器和水平位移的计数值。
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