[发明专利]大型原位三轴剪切试验装置及其方法

权利要求书

1.一种大型原位三轴剪切试验装置，其特征在于：

包括试样（10）、围压系统（20）、垂向压力系统（30）、反力系统（40）和自动数据采集系统（50）；

在围压系统（20）内设置有试样（10），在围压系统（20）的上下方分别设置有垂向压力系统（30）和反力系统（40），自动数据采集系统（50）的垂向位移计设置在试样（10）内。

2.按权利要求1所述的一种大型原位三轴剪切试验装置，其特征在于：

试样（10）是一种在开挖的探坑内选择未经扰动且具有代表性的原位土体，制备成直径：高度=1：2的圆柱体。

3.按权利要求1所述的一种大型原位三轴剪切试验装置，其特征在于：

所述的围压系统（20）包括压力室（21）、水压管（22）、液压缸（23）、压力计（24）和水压囊（25）；

其位置和连接关系是：

从上到下，压力室（21）由依次连接的压力室上盖（211）、压力室壁（212）和压力室底盖（213）组成，压力室底盖（213）连接到固定底板（44）上；

液压缸（23）、水压管（22）和压力室（21）依次连接，压力计（24）设置在水压管（22）上；

水压囊（25）位于压力室（21）内部，试样（10）位于水压囊（25）内部；

所述的水压囊（25）是一种包裹试样（10）并大小适配的塑胶圆筒袋。

4.按权利要求1所述的一种大型原位三轴剪切试验装置，其特征在于：

所述的垂向压力系统（30）包括加压千斤顶（31）、传力杆（32）、垂向压力板（33）和压力传感器（34）；

其位置和连接关系是：

从上到下，加压千斤顶（31）、传力杆（32）、力传感器（34）、垂向压力板（33）依次连接；垂向压力板（33）放置在试样（10）上，加压千斤顶（31）固定在反力板（43）上。

5.按权利要求1所述的一种大型原位三轴剪切试验装置，其特征在于：

所述的反力系统（40）包括水平撑杆（41）、竖直撑杆（42）、反力板（43）、固定底板（44）和锚装置（45）；

其位置和连接关系是：

竖直撑杆（42）上端连接水平撑杆（41），反力板（43）套设在水平撑杆（41）上，竖直撑杆（42）底部连接固定底板（44），地锚装置（45）顶端与固定底板（44）连接。

6.按权利要求1所述的一种大型原位三轴剪切试验装置，其特征在于：

所述的自动数据采集系统（50）包括1、2、4、4、5垂向位移计（51、52、53、54、55）和数据采集箱（56），第1垂直位移计（51）安装在传力杆（32）上，第2、4、4、5垂直位移计（52、53、54、55）安置在固定底板（44）下部、贴近试样（10）外侧，均与数据采集箱（56）相连。

7.基于权利要求1-6所述大型原位三轴剪切试验装置的试验方法，其特征在于包括以下步骤：

①在开挖的深坑内选择未经扰动且具有代表性的原位土体，制备成直径高度为1：2的圆柱体；

②制备地锚装置，依次安装反力系统、围压系统及垂直压力系统设备，开启数据采集流程；

③通过控制液压缸使水压囊与压力室外壁之间充满水，并按试验设计要求施加围压；

④通过加压千斤顶对土样施加轴向压力，通过控制施加围压持续时间及通过控制轴向压力施加速度，来进行固结排水、固结不排水或不固结不排水剪切试验；

⑤数据自动采集系统记录各围压100kPa、200kPa和400kPa条件下，轴向压力、位移随时间的变化，计算抗剪强度及粘聚力c、内摩擦角φ值。