[发明专利]一种土体原位抗剪力测定仪

说明书

技术领域

本发明涉及水土保持及岩土工程技术领域，尤其涉及一种原位测定表层土体抗剪力测定仪。

背景技术

我国是世界上水土流失最严重的国家之一，土壤侵蚀面积占国土总面积的1/3，并且表现为强度高，成因复杂，危害严重，尤以西北的黄土、南方的红壤、东北的黑土水土流失最为强烈。全国1.07×108km2耕地中有坡耕地3.330×107km2，占总耕地面积的1/3。坡耕地是水土流失的策源地，不仅大量泥沙倾泄而下危害下游防洪安全，更严重的是水、土、肥大量流失，导致肥力下降农业生产低而不稳。

众多研究表明水土流失的强度与土壤抗冲性密切相关。国外用土壤可蚀性，进一步分为可分离性和可搬运性。我国一般称为土壤抗侵蚀性，多用抗冲抗蚀性一词。我国从50年代开始研究土壤可蚀性，但多采用土壤抗侵蚀性。朱显谟将土壤抗侵蚀性分为抗冲性和抗蚀性，蒋德麒和朱显谟进一步明确了抗冲性和抗蚀性的定义。二者统称为土壤抗冲抗蚀性。抗冲性主要指土壤抵抗风、水等对土壤的机械破坏作用，而抗蚀性主要指土壤抵抗水对土粒的分散和悬浮作用。从土壤侵蚀机理考虑土壤抗冲性和抗蚀性的划分具有重要意义，但从实验角度看，目前尚无法将抗冲性与抗蚀性分开。土壤可蚀性和抗侵蚀性从本质上讲只是一个问题的两个侧面：前者是指土壤对侵蚀作用的敏感性，后者是指土壤对侵蚀作用的抵抗能力，因此二者都反映了土壤特性与土壤侵蚀的关系。

土壤侵蚀是导致土地资源退化乃至彻底破坏的主要原因。定量计算土壤流失量是合理利用和管理土地资源的科学依据之一。土壤抗冲性是定量计算水土流失的重要指标，实际上是土壤抗水流冲刷、剪切能力的表现。土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力，其大小就等于剪切破坏时滑动面上的剪应力。可反映土体抵抗径流冲刷的能力，因此可作为土壤抗冲性指标。

土的抗剪强度指标包括内摩擦角和粘聚力两项，指标需要用专门的仪器通过试验来确定。室内测定土的抗剪强度常用的直接剪切实验、三轴剪切试验、反复直剪强度试验和无侧限抗压强度试验方法。室外则有十字板剪切试验等方法。直接剪切实验、三轴剪切试验、反复直剪强度试验和无侧限抗压强度试验方法，是土工实验测定的方法，往往针对的是比较坚实的土，均需在野外取样，其不足一是剪切试样改变了被测试土体的环境状态，二是表层土壤由于其多疏松，往往没办法取到剪切试样，所以无法测定成为常态。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种土体原位抗剪力测定仪，主要包括支撑装置、剪切装置、传感装置、驱动装置和数据采集分析装置；所述支撑装置用于固定所述驱动装置；所述剪切装置用于直接作用于土壤，使土壤均匀受力；所述传感装置一端与所述剪切装置连接，另一端与所述驱动装置连接，用于输出与牵引力成正比的电信号，所述驱动装置根据剪切实验要求的线速度驱动所述剪切装置进行破坏实验；所述数据采集分析装置用于根据所述电信号记录水平方向牵引力的最大值，根据所述剪切装置的剪切面积计算得到土体抗剪强度。

所述的测定仪，还包括波形绘制装置，用于通过串口接收所述数据采集分析装置得到的数据，用MATLAB对测定数据进行分析并绘制波形。

所述的测定仪，所述传感装置为S型传感器。

所述的测定仪，还包括放大电路，所述传感器输出的所述电信号经所述放大电路放大后输入V/F转换器进行A/D转换后输入所述数据采集分析装置。

所述的测定仪，所述数据采集分析装置为C8051F340单片机。

所述的测定仪，所述剪切装置为剪切环，所述剪切环为无上下底的长方形薄壁刚性结构，所述剪切环底部有刃状结构。

所述的测定仪，所述的剪切环，所述剪切环薄壁的厚度为3-5mm

所述的测定仪，所述剪切环长200-250mm，宽150-180mm，高100-120mm。

所述的测定仪，所述刃状结构的刃面与竖直方向成30°-45°角。

所述的测定仪，还包括刚性框架，所述刚性框架内置滑轨，所述剪切环置于所述滑轨之上滑动。

该测定仪与现有技术相比，有以下有益效果：

1、能够测定坡面原状土；

2、不存在由于土壤疏松无法取样的问题；

3、可测定表层或不同深度的土壤抗剪切强度(由剪切环插入土中的深度控制)；

4、有方向性(沿水流方向)。

附图说明

图1为本发明剪切仪的结构示意图；

图2为本发明剪切环的正面视图及尺寸；

图3为本发明剪切环的侧面视图及尺寸；

图4是本发明剪切环的立体图；