[发明专利]非饱和土蒸发脱湿直剪仪及使用方法

说明书

本发明提供非饱和土蒸发脱湿直剪仪及使用方法，包括：底座，设置在底座上的剪切盒、水平加载装置、垂直加载装置、基质吸力测定装置、促进蒸发脱湿装置；所述剪切盒内放置待测试样；所述基质吸力测定装置设置于待测试样中；所述垂直加载装置设置于剪切盒上方，为剪切盒提供垂直加载；所述水平加载装置与剪切盒连接，为剪切盒提供水平加载，所述促进蒸发脱湿装置放置于剪切盒内。本发明解决了现有非饱和土直剪仪不能模拟自然土体脱湿状态，能准确测量非饱和土脱湿过程中土体强度参数。

技术领域

本发明属于土木工程仪器测试技术领域，涉及非饱和土蒸发脱湿直剪仪及使用方法。

背景技术

非饱和土力学涉及的一系列工程，如土坝的建造与运行、环境变化情况下的天然土坡、开挖土方的边坡稳定、膨胀土造成的地面隆起及湿陷性土中的许多实际问题，均要对土的渗流、体变和抗剪强度特性有所了解才能解决。对饱和土和干燥土，抗剪强度都与饱和土中的有效应力成正比。当土体处于非饱和状态时，水、气和土颗粒三相共存，其抗剪强度规律将完全不同于饱和或干燥的情况。因此研究非饱和土基质吸力对其抗剪强度的影响，对边坡稳定性的评估和预测具有重要的作用。干湿循环后非饱和土的强度会降低已经成为共识然而，同一干湿循环过程，脱湿中土样的强度变化规律却因为不同的干湿循环方式而出现差异。导致这些差异的主要原因是强度试验过程中脱湿方式与土体的天然状脱离。

目前在室内土工试验中研究土体强度的试验方法主要有：直剪仪、三轴仪、平面应变仪和真三轴仪等。为了模拟实际边坡类似的应力条件研究边坡滑坡破坏机制，直剪试验是较为常用并且简单的试验方法。

1、轴平移技术控制基质吸力的试样与天然土体状态不同：

目前针对非饱和土开发的直剪仪常采用轴平移技术来控制、量测基质吸力，轴平移法是同时增加孔隙气压力和孔隙水压力，使试样中的净应力状态变量保持不变。轴平移技术能够避免土体出现负孔隙水压力发生气蚀，但不能真正模拟天然非饱和土体的基质吸力状态。Toll通过大量的试验发现：控制吸力相等时，用轴平移技术控制基质吸力的土体含水量大于土体自然情况下的含水量。即相同基质吸力条件下，轴平移技术控制基质吸力的试样与天然土体状态不同。

2、轴平移技术的压力室气密性难以保证：

目前常用的非饱和土直剪仪为给土样加气压，将整个直剪仪器的剪切系统用密封的压力室密封起来，不仅使其直剪仪结构变得复杂，并且增加了保持压力室气密性的难题，很难真实反映天然非饱和土体的吸力状态。

3、难以保证剪切过程中试样处于蒸发脱湿的自然状态：

试样在剪切过程中，其处于蒸发脱湿状态与所处环境的湿度、温度有必然关系，不能保证其处于何种状态。

4、试验周期长、成本高：

国内外大多采用双压力室非饱和土三轴试验仪。然而，采用双压力室非饱和土三轴试验仪测定非饱和土的抗剪强度，需要耗费大量成本购买专用仪器，并且试验周期很长，对于时间紧张或者经济资源有限的实际工程项目来说，非饱和土的抗剪强度参数测定非常困难。

发明内容

为了达到上述目的，本发明提供一种非饱和土蒸发脱湿直剪仪及使用方法，解决了现有技术中存在的问题。

本发明所采用的技术方案是，非饱和土蒸发脱湿直剪仪，包括：底座33，设置在底座33上的剪切盒1、垂直加载装置2、水平加载装置3、基质吸力测定装置4、促进蒸发脱湿装置17，其特征在于，所述剪切盒1内放置待测试样24，所述基质吸力测定装置4设置于待测试样24中，所述垂直加载装置2设置于剪切盒1上方，所述水平加载装置3与剪切盒1连接，设置于剪切盒1的两端，所述促进蒸发脱湿装置17与剪切盒1连接。

优选的，所述待测试样24上部依次放置多孔有机玻璃板28和传压板25，所述传压板25中间设有连通孔。