本發明專利技術提供了一種模擬浸泡?風干循環作用的土體直剪試驗裝置及方法，本裝置包括試驗臺、氣水交換器和支座三部分，氣水交換器通過管道與儲水箱連接，儲水箱又通過進水管與試驗臺上的儲水槽連通，試驗臺安裝在支座上。在試驗臺上的剪切裝置中，位于非剪切位移方向的兩個側面的儲水槽中安裝有加熱片，通過設定溫度傳感控制儀的加熱溫度和時間來控制加熱片對土樣的加熱烘干過程；與儲水箱連通的氣水交換器，通過將氣壓轉化為水壓來實現對水槽內水壓的監控與量測。本試驗裝置可以在剪切盒內直接進行土樣的干濕循環操作和相關直剪試驗，避免手工操作的繁瑣，提高試驗效率，減小由于人工操作而帶來的誤差。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種土體試驗裝置，特別涉及一種模擬浸泡-風干循環作用的土體直剪試驗裝置及方法。
技術介紹
近年來，干濕循環對特定地區的膨脹土的土體強度的影響研究已取得一些進展，但是相關庫岸邊坡消落帶土體的干濕循環作用下研究目前仍然很少。典型的三峽工程竣工后，三峽庫區的庫水位大幅提升并且在145~175m之間循環變化，庫區的水文地質環境也隨之發生了巨大的變化，這必然會影響岸坡的穩定性。三峽庫區蓄水后，庫岸邊坡消落帶巖土體在水庫周期性升降作用下處于一種“風干—浸泡”交替狀態。現有土體干濕循環作用模擬試驗中，一般是將所取的土樣用純水浸泡24h后，然后將土樣放置入烘箱中，在溫度105~110℃下烘干到恒量，該過程作為一次干濕循環。此過程不能真實模擬庫岸邊坡消落帶土體的浸泡風干循環過程，在試驗過程中各環節需要人工操作，過程繁瑣，耗時長，試驗精度低。
技術實現思路
針對現有技術存在的不足，本專利技術的目的在于，提供一種模擬浸泡-風干循環作用的土體直剪試驗裝置及方法，該裝置不僅可以準確完成試驗，而且能夠實現以下兩種實驗過程：第一，試樣安裝好之后，可以按照設定要求先進行無外荷載的浸泡-風干循環作用，結束之后進行直剪試驗，研究浸泡-風干循環作用對土樣抗剪強度參數的影響；第二，試樣安裝好之后，先施加設定的法向荷載和水平荷載，再進行浸泡-風干循環作用，探究土樣在浸泡-風干循環作用下的流變特性。此二種過程均實現了自動化，簡化了試驗流程，控制了人為因素對實驗結果的影響。為了實現上述的技術特征，本專利技術的目的是這樣實現的：一種模擬浸泡-風干循環作用的土體直剪試驗裝置，它包括試驗臺、氣水交換器和支座，氣水交換器與試驗臺的儲水槽連通，支座安裝在試驗臺底部，所述試驗臺上設置有剪切裝置，所述剪切裝置包括法向位移傳感器，所述法向位移傳感器固定在豎向加載裝置的傳壓桿上，多孔傳壓板的密封蓋與儲水槽通過密封橡膠圈和固定螺栓進行密封連接，在儲水槽的下部設置進水通道，進水通道將儲水槽中的水通過透水石輸送給土樣；所述進水通道通過進水管與儲水箱相連，所述進水管上靠近進水通道一端安裝有進水管閥門，靠近儲水箱的一端安裝有儲水箱出口閥門，所述儲水箱同時與氣水交換器相連；所述儲水槽內部位于非剪切位移方向的兩個側面豎直安裝有加熱片，所述加熱片通過發熱片控制線路與溫度傳感控制儀相連；所述儲水槽內部安裝有下剪切盒，所述下剪切盒上安裝有上剪切盒，所述上剪切盒的側面安裝有剪切力加載裝置，所述剪切力加載裝置包括剪切力加壓推頭，剪切力加壓推頭與推動座相接觸，推動座的底部設置有推動座，所述推動座的另一側面通過推桿與上剪切盒相接觸，所述推桿上安裝有切向位移傳感器；所述豎向加載裝置的末端安裝有聯動裝置。所述氣水交換器的底部安裝有氣水交換器接頭，氣水交換器接頭通過管道與儲水箱的底部進口相連，所述管道上靠近儲水箱一端設置有儲水箱進口閥門，靠近氣水交換器接頭一端設置有氣水交換器開關，所述氣水交換器的頂部安裝有精密調壓器，所述精密調壓器與精密數顯壓力器相連。所述儲水槽的側面根部連通有玻璃刻度管。所述多孔傳壓板上加工有出氣、水孔。所述儲水槽底部的進水通道上連接有出水管，出水管的另一端設置在廢水箱內部，所述出水管上安裝有出水管閥門。所述密封蓋的頂部安裝有密封蓋出氣孔，所述密封蓋出氣孔上安裝有出氣管，所述出氣管上安裝有出氣管閥門。所述下剪切盒和上剪切盒的頂面都設置有插銷孔。采用上述試驗裝置進行浸泡-風干循環試驗方法，其特征在于，它包括以下幾個步驟，步驟1：試驗者首先將上剪切盒和下剪切盒對準，插入插銷固定，再將透水石、濾紙依次放入下剪切盒中，接著將制備好的土樣裝入剪切盒中，最后在土樣上放置濾紙、透水石，蓋上多孔傳壓板，并安裝法向位移傳感器；步驟2：首先在儲水槽和多孔傳壓板外圍的密封蓋之間墊一個密封橡膠圈，然后用固定螺栓將兩者連接，以此來保證儲水槽和多孔傳壓板外圍的密封蓋形成的內部空間氣密性良好。步驟3：將氣水交換器與儲水槽通過連接管連接起來，保證連接管兩端的氣水交換器接頭和加壓盒接頭連接效果良好，便于后續對儲水槽內水進行加壓操作；步驟4：土樣的飽水處理，為了更加真實模擬庫岸邊坡消落帶土體的浸泡飽水過程，在本裝置中采用自由浸水法飽和試樣，先通過儲水箱向水槽注水至試樣高度1/4處，水槽下部設置的進水通道將水槽中的水通過透水石輸送給土樣，土樣中的氣體通過傳壓板出氣孔排出土樣，然后每隔2h分別注水至試樣高度的1/2處和3/4處，6h后全部浸泡試樣，然后浸泡48h，土樣達到自由飽水狀態；步驟5：水壓力的施加，通過儲水箱向水槽注滿水，直到蓋板上傳壓板出氣、水孔孔不再冒出氣泡為止，關上傳壓板出氣、水孔和密封蓋出氣孔閥門。打開氣水交換器開關，通過精密調壓器設定相應的壓力值，然后通過控制氣水交換器的氣壓并將氣壓轉化為水壓，可按照設計要求施加相應的水壓力；步驟6：土樣的干燥處理，打開加壓盒接頭和儲水槽底部的出水管閥門，通過出水管將儲水槽和進水通道中的水排出，當水排完之后，設定溫度傳感控制儀的加熱溫度和時間，對土樣進行加熱烘干；步驟7：重復上述步驟4~5，按此循環規律繼續循環操作，具體循環次數依據不同試驗要求進行具體的設定，最后干濕循環試驗結束，進行后續相關的試驗操作和實驗數據的測定。本專利技術有如下有益效果：1、本裝置在浸泡-風干循環過程中，可以方便測試土樣在側限條件下的豎向變形。2、本裝置可先施加一定的法向荷載和剪切荷載，在有荷作用下進行浸泡-風干循環作用，試驗模擬過程更接近真實的消落帶土體干濕循環作用過程。3、本裝置將土樣的干燥和浸濕過程均簡化為在剪切盒內進行，實現了土樣浸泡-風干循環作用的全自動化控制，包括水壓力的大小和施加的過程、時間，同時可以控制風干的時間和溫度，避免將土樣移出剪切盒再進行干燥和飽和的操作，避免手工操作的繁瑣，加快了試驗進程，有效控制了由于人工操作而帶來的誤差。4、儲水槽的根部連通一個玻璃刻度管，用于對儲水槽中的水位進行觀測。5、所述的豎向加載裝置通過添加砝碼實現豎向力的加載。附圖說明下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步說明。圖1是浸泡-風干循環直剪儀示意圖。圖2是剪切盒正剖面圖。圖3是剪切盒側剖面圖。圖4是儲水槽盒壁剖面圖。圖5是上剪切盒俯視圖。圖6是下剪切盒俯視圖。圖7是多孔傳壓板俯視圖。圖8是試樣受剪示意圖。圖9是透水石結構示意圖。圖中：1-剪切傳動機構，2-推動座，3-下剪切盒，4-上剪切盒，5-法向位移傳感器，6-多孔傳壓板，7-透水石，8-儲水槽，9-溫度傳感控制儀，10-切向位移傳感器，11-聯動裝置，12-傳壓板出氣、水孔，13-發熱片控制線路，14-固定螺栓，15-密封蓋，16-進水通道，17-密封橡膠圈，18-發熱片，19-精密數顯壓力器，20-精密調壓器，21-氣水交換器，22-氣水交換器接頭，23-氣水交換器開關，24-支座，25-剪切力加壓推頭，26-試驗臺，27-豎向加載裝置，28-土樣，29-密封蓋出氣孔，30-出氣管，31-出氣管閥門，32-儲水箱，33-儲水箱進口閥門，34-儲水箱出口閥門，35-進水管，36-進水管閥門，37-出水管閥門，38-出水管，39-廢水箱，40-玻璃刻度管，41-插銷孔。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術的實施方式做進一步的說明本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種模擬浸泡?風干循環作用的土體直剪試驗裝置，它包括試驗臺（26）、氣水交換器（21）和支座（24），氣水交換器（21）與試驗臺（26）的儲水槽（8）連通，支座（24）安裝在試驗臺（26）底部，其特征在于：所述試驗臺（26）上設置有剪切裝置，所述剪切裝置包括法向位移傳感器（5），所述法向位移傳感器（5）固定在豎向加載裝置（27）的傳壓桿上，多孔傳壓板（6）的密封蓋（15）與儲水槽（8）通過密封橡膠圈（17）和固定螺栓（14）進行密封連接，在儲水槽（8）的下部設置進水通道（16），進水通道（16）將儲水槽（8）中的水通過透水石（7）輸送給土樣（28）；所述進水通道（16）通過進水管（35）與儲水箱（32）相連，所述進水管（35）上靠近進水通道（16）一端安裝有進水管閥門（36），靠近儲水箱（32）的一端安裝有儲水箱出口閥門（34），所述儲水箱（32）同時與氣水交換器（21）相連；所述儲水槽（8）內部位于非剪切位移方向的兩個側面豎直安裝有加熱片（18），所述加熱片（18）通過發熱片控制線路（13）與溫度傳感控制儀（9）相連；所述儲水槽（8）內部安裝有下剪切盒（3），所述下剪切盒（3）上安裝有上剪切盒（4），所述上剪切盒（4）的側面安裝有剪切力加載裝置，所述剪切力加載裝置包括剪切力加壓推頭（25），剪切力加壓推頭（25）與推動座（2）相接觸，推動座（2）的底部設置有推動座（2），所述推動座（2）的另一側面通過推桿與上剪切盒（4）相接觸，所述推桿上安裝有切向位移傳感器（10）；所述豎向加載裝置（27）的末端安裝有聯動裝置（11）；所述氣水交換器（21）的底部安裝有氣水交換器接頭（22），氣水交換器接頭（22）通過管道與儲水箱（32）的底部進口相連，所述管道上靠近儲水箱（32）一端設置有儲水箱進口閥門（33），靠近氣水交換器接頭（22）一端設置有氣水交換器開關（23），所述氣水交換器（21）的頂部安裝有精密調壓器（20），所述精密調壓器（20）與精密數顯壓力器（19）相連。...
【技術特征摘要】
1.一種模擬浸泡-風干循環作用的土體直剪試驗裝置，它包括試驗臺（26）、氣水交換器（21）和支座（24），氣水交換器（21）與試驗臺（26）的儲水槽（8）連通，支座（24）安裝在試驗臺（26）底部，其特征在于：所述試驗臺（26）上設置有剪切裝置，所述剪切裝置包括法向位移傳感器（5），所述法向位移傳感器（5）固定在豎向加載裝置（27）的傳壓桿上，多孔傳壓板（6）的密封蓋（15）與儲水槽（8）通過密封橡膠圈（17）和固定螺栓（14）進行密封連接，在儲水槽（8）的下部設置進水通道（16），進水通道（16）將儲水槽（8）中的水通過透水石（7）輸送給土樣（28）；所述進水通道（16）通過進水管（35）與儲水箱（32）相連，所述進水管（35）上靠近進水通道（16）一端安裝有進水管閥門（36），靠近儲水箱（32）的一端安裝有儲水箱出口閥門（34），所述儲水箱（32）同時與氣水交換器（21）相連；所述儲水槽（8）內部位于非剪切位移方向的兩個側面豎直安裝有加熱片（18），所述加熱片（18）通過發熱片控制線路（13）與溫度傳感控制儀（9）相連；所述儲水槽（8）內部安裝有下剪切盒（3），所述下剪切盒（3）上安裝有上剪切盒（4），所述上剪切盒（4）的側面安裝有剪切力加載裝置，所述剪切力加載裝置包括剪切力加壓推頭（25），剪切力加壓推頭（25）與推動座（2）相接觸，推動座（2）的底部設置有推動座（2），所述推動座（2）的另一側面通過推桿與上剪切盒（4）相接觸，所述推桿上安裝有切向位移傳感器（10）；所述豎向加載裝置（27）的末端安裝有聯動裝置（11）；所述氣水交換器（21）的底部安裝有氣水交換器接頭（22），氣水交換器接頭（22）通過管道與儲水箱（32）的底部進口相連，所述管道上靠近儲水箱（32）一端設置有儲水箱進口閥門（33），靠近氣水交換器接頭（22）一端設置有氣水交換器開關（23），所述氣水交換器（21）的頂部安裝有精密調壓器（20），所述精密調壓器（20）與精密數顯壓力器（19）相連。2.根據權利要求1所述一種模擬浸泡-風干循環作用的土體直剪試驗裝置，其特征在于：所述儲水槽（8）的側面根部連通有玻璃刻度管（40）。3.根據權利要求1所述一種模擬浸泡-風干循環作用的土體直剪試驗裝置，其特征在于：所述多孔傳壓板（6）上加工有出氣、水孔（12）。4.根據權利要求1所述一種模擬浸泡-風干循環作用的土體直剪試驗裝置，其特征在于：所述儲水槽（8）底部的進水通道（16）上連接有出水管（38），出水管（38）的另一端設置在廢水箱（39）內...
【專利技術屬性】
技術研發人員：鄧華鋒，肖瑤，方景成，李建林，張恒賓，王晨璽杰，王哲，張小景，胡玉，
申請(專利權)人：三峽大學，
類型：發明
國別省市：湖北;42
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