[发明专利]一种控制相对湿度的非饱和土–结构材料接触面剪切仪及试验方法

说明书

本发明公开了一种控制相对湿度的非饱和土–结构材料接触面剪切仪及试验方法，设置封闭的压力室和湿度环境控制模块；剪切盒位于压力室内，其中，垂直加荷与位移量测系统的竖向传压杆、水平加荷与位移量测系统的推进杆和传压杆分别通过压力室顶部和侧壁伸入压力室腔体内与剪切盒连接；湿度环境控制模块包括用于控制压力室内腔湿度的湿度控制系统和与该系统配套的温湿度传感器。整个剪切仪吸力控制范围广、相对湿度可连续控制、能够真实再现实际工程现场湿度状态，能够获得可控的、宽广吸力范围的、适用于不同土类与不同结构材料的非饱和土–结构材料接触面力学特性，且所获剪应力更加准确，更避免了剪切过程中的应力集中现象。

技术领域

本发明涉及岩土工程与结构工程试验研究技术领域，尤其是涉及一种控制相对湿度的非饱和土–结构材料接触面剪切仪及试验方法。

背景技术

土与结构物接触面力学特性一直是岩土工程与结构工程领域研究的热点，其涉及到桩–土接触面、土–坝体接触面、土–挡土墙接触面、土–基础底面接触面等实际工程。

土体与结构接触面常直接暴露在大气环境下，受大气降水(雨、雪、霰、冰雹等)、蒸发、冻融等水分迁移作用，因而土体与结构材料通常是非饱和的，非饱和状态下土–结构材料接触面的力学特性参数是相关工程设计的重要指标。

但是，现有的土与结构物接触面力学特性测试设备，如界面剪切仪等设备无法控制吸力，即无法准确再现实际工程中宽广吸力范围对应的湿度状态，无法获得宽广吸力范围内目标湿度下非饱和土–结构材料接触面力学特性。

发明内容

本发明就是针对现有技术的不足，提供了一种控制相对湿度的非饱和土–结构材料接触面剪切仪，通过主动连续控制相对湿度获得非饱和状态下土–结构材料接触面的力学特性。

为了实现上述目的，本发明所设计的控制相对湿度的非饱和土–结构材料接触面剪切仪，包括剪切盒、垂直加荷与位移量测系统、水平加荷与位移量测系统、数据采集和处理模块，其特殊之处在于：

还包括封闭的压力室、湿度环境控制模块；

所述剪切盒位于压力室内，所述垂直加荷与位移量测系统的竖向传压杆、所述水平加荷与位移量测系统的推进杆和传压杆分别通过压力室顶部和侧壁伸入压力室腔体内与剪切盒连接；

所述湿度环境控制模块包括用于控制压力室内腔湿度的湿度控制系统和与该系统配套的温湿度传感器。

进一步地，所述湿度控制系统为AUTO–RH自动相对湿度控制系统，相对湿度可控范围为1％～95％。

更进一步地，所述温湿度传感器和AUTO–RH自动相对湿度控制系统的气流出口分别从压力室两侧壁伸入压力室内腔。

进一步地，所述直剪装置的加压上盖设有与湿度控制系统连接的湿润气流接入孔；所述加压上盖底部设置有气流扩散凹槽，所述气流扩散凹槽与所述湿润气流接入孔连通；所述湿度环境控制模块的湿润气体分两路，一路直接通入压力室腔体，另一路通过湿润气流接入孔再经传压板通入土样上表面。

进一步地，所述剪切盒的传压板上密布有若干气流扩散孔。

进一步地，所述压力室的左右侧面、上顶面均采用钢板制成，所述压力室的前后侧面采用透明的有机玻璃板。

进一步地，所述上剪切盒横截面为边长70mm的正方形，所述上剪切盒的高度为20mm，纵向开直径为50mm通孔、开孔深度为20mm；所述下剪切盒横截面为边长120mm的正方形，所述下剪切盒的厚度为25mm，纵向开孔边长为100mm方孔、开孔深度为20mm。

本发明还设计了一种控制相对湿度的非饱和土–结构材料接触面剪切仪的试验方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

将结构材料放入下剪切盒中，并在上剪切盒内置入非饱和土样；