[发明专利]大型原位三轴剪切试验装置及其方法

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程领域中土的力学特性测试技术，尤其涉及一种大型原位三轴剪切试验装置及其方法，特别适用于原位土试样在施加围压状态下力学参数的测定。

背景技术

为了获取粗粒土体抗剪强度指标，国内外多个高校和科研院所致力于研究大型试验设备，例如大型室内三轴剪切试验装置、大型室内(原位)直剪试验装置等，虽取得了丰硕成果，对粗粒土认识和研究提供了保障，但仍存在如下不足之处：

1、大型室内三轴剪切试验装置仅能进行土体重塑样力学试验，无法充分代表工程点粗粒土原始结构特征下的力学性能；

2、大型原位直剪试验装置仅能沿预定的水平面进行力学试验，剪切面并非土体的软弱面，因而试验结果并不能反映土体的真实抗剪强度性能。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述现有试验存在的缺陷，提供一种大型原位三轴剪切试验装置及其方法；所涉及的大型原位三轴剪切试验装置特别适用于施加围压状态下的三轴剪切试验，满足试样尺寸大，非固定剪切面，模拟真实的应力状态，可为工程设计与施工提供更加准确的试验数据；本发明精度高，同时本装置结构简单、易拆装、操作简便，一般岩土技术人员可短时间掌握。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一、大型原位三轴剪切试验装置(简称装置)

本装置包括试样、围压系统、垂向压力系统、反力系统和自动数据采集系统；

在围压系统内设置有试样，在围压系统的上下方分别设置有垂向压力系统和反力系统，自动数据采集系统的垂向位移计设置在试样内。

二、大型原位三轴剪切试验方法(简称方法)

本方法包括以下步骤：

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、内摩擦角值。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和积极效果：

所测土体的原位应力场；

③可使土体沿其最薄弱面破坏；

④试样尺寸大，减少尺寸效应影响。

总之，本发明在研究土体的抗剪强度问题上具有真实全面的特点，试验数据可靠，可为岩土工程领域的设计与施工提供有力的保障。

附图说明

图1是本装置的结构方框图；

图2是本装置的结构主视图；

图3是本装置的结构俯视图；

图4是围压系统的结构主视图；

图5是剪应力与法向应力的关系图。

图中：

10—试样；

20—围压系统，

21—压力室，

211—压力室上盖，212—压力室壁，213—压力室底盖；

22—水压管，23—液压缸，24—压力计，25—水压囊；

30—垂向压力系统，

31—加压千斤顶，32—传力杆，33—垂向压力板，34—压力传感器；

40—反力系统，

41—水平撑杆，42—竖直撑杆，43—反力板，

44—固定底板，45—地锚装置；

50—自动数据采集系统，

51、52、53、54、55—第1、2、4、4、5垂向位移计，

56—数据采集箱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明：

一、装置

1、总体

如图1-4，本装置包括试样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、功能部件

1)试样10

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，一般为300×600mm或200×400mm。

2)围压系统20