[发明专利]一种力控式宽截面环剪仪在滑坡研究中的应用方法

说明书

本发明公开了一种力控式宽截面环剪仪在滑坡研究中的应用。剪切盒的剪切室内沿径向等间距布设同步变形变阻器，依据剪切面径向上变阻器之间的电压变化差异来反映剪切过程中剪切面不同位置处的应力应变差异；所述上、下剪切盒的外环半径远大于其内环半径，两者形成大宽度的环形剪切面，适合模拟土质坡体沿滑面发生的渐进破坏过程；动力旋转系统的伺服电机的输出轴与所述旋转平台上的齿轮啮合连接，传输剪切力于所述下剪切盒；本发明实施例的环剪仪突出上、下剪切盒内外环间的剪应力应变差距，通过伺服电机对模拟过程的输出剪切力控制，可实现模拟土质坡体的渐进破坏过程，为滑坡成因机理以及临界失稳强度研究提供可靠的实验支持。

技术领域

本发明涉及一种环剪仪，具体涉及一种力控式宽截面环剪仪在滑坡研究中的应用方法。这些性能使得该仪器可用于模拟土质坡体沿滑面发生的渐进破坏过程，亦可为滑坡临界失稳强度的确定提供思路和方法。

背景技术

环剪仪的最早研制开始于20世纪20年代。早期的环剪仪设计理念较为简单，功能单一，一般主要用于研究土体的剪切强度性质；到了30年代，开始出现较为复杂的环剪仪，使得环剪试验可以同时实现应力、应变双重控制；至60年代，残余强度的研究再次带动了高性能环剪仪的研制，并且出现了两种具有革新意义的环剪仪—Bishop型环剪仪和Bromhead型环剪仪(目前国内较为流行的是Bishop型环剪仪)。发展至今，科学技术的进步亦促进了环剪仪的不断改进与完善，使其在试验精度和功能层面都得到了前所未有的提高。其中，较有代表性的研究进展当属日本京都大学佐佐恭二教授等成功研制的高速环剪实验仪，该项仪器实际上是在Bishop型环剪仪的基础上发展而来，不仅可以实现计算机全程控制，而且还可通过现场地质条件的高度模拟(例如地震等动荷载环境，地下水环境等)来揭示滑坡过程中滑裂面发生的应力变化、孔隙水压力变化以及可能的液化现象。最为重要的是，这种环剪仪实现了高速剪切(剪切速度可达300cm/s)，这一性能为高速远程滑坡成因机理的研究提供了实验渠道。

纵观现有的环剪设备，一般都具有以下特点：即剪切面的法向与剪切角速度矢量方向平行。因而，在剪切过程中整个剪切面上的角速度一致，将引起沿半径方向剪切面上的剪位移不同，从而导致剪应力分布不均。为此，设计者通常将剪切环的宽度设计的足够小，以此来减小内外环间的剪应力差距，从而可认为试验过程中的剪应力及抗剪强度沿剪切面呈均匀分布。因此，常规的环剪仪非常适于滑坡滑带土体的剪切强度研究，尤其是残余强度研究。

然而，许多研究表明，滑坡体在实际的演化过程中，其滑动面上各位置处的变形情况以及强度发挥状况并不总是一致的，坡体通常是沿其滑动面发生渐进性破坏。因此，当涉及到滑坡体的渐进性破坏研究时，常规环剪仪(主要用于土体的剪切强度研究)似乎难以胜任。但是，如果将环剪仪沿半径方向剪切面上的剪应力分布不均这一“缺点”有效地利用起来，设计出宽剪切截面的环剪仪，变“缺点”为优点，以突出内外环间的剪应力应变差距，再以力控式的实验方式进行“环剪蠕变”实验，则可以实现以实验的方式对实际土质坡体的渐进破坏过程进行模拟研究。并且可能进一步地为滑坡临界失稳强度的确定提供思路和方法。

本发明的意图即在于此。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种适用于滑坡渐进性破坏过程研究的力控式宽大环形剪切面的环剪仪。

本发明的实施例采用的技术方案是，一种力控式宽截面环剪仪，包括环形剪切盒、油压加载系统、动力旋转系统、剪切缝微调系统、监测控制系统和框架，所述环形剪切盒、油压加载系统、动力旋转系统、剪切缝微调系统安装于所述框架中，所述油压加载系统、动力旋转系统、剪切缝微调系统与所述监测控制系统连接；所述环形剪切盒包括上剪切盒与下剪切盒，所述上剪切盒、下剪切盒的外环半径均分别大于其内环半径，上剪切盒与下剪切盒形成剪切室，所述剪切室内沿径向等间距布设同步变形变阻器，穿过预设的剪切面；所述剪切缝微调系统包括调节所述上剪切盒位置的液压控制仪、监测所述上剪切盒与下剪切盒之间缝隙的测缝计；所述动力旋转系统包括旋转平台、伺服电机，所述旋转平台与所述下剪切盒的底部固定连接，所述伺服电机的输出轴与所述旋转平台上的齿轮啮合连接，传输剪切力于所述下剪切盒。