[发明专利]一种叠环式空心扭剪设备及其压力补偿方法

权利要求书

1.一种基于叠环式空心扭剪设备的压力补偿方法，其特征在于，所述叠环式空心扭剪设备包括叠环盒与空心扭剪系统；

所述叠环盒包括薄膜、顶帽、基座、测力传感器以及多个内叠环、外叠环和限制柱，多个所述内叠环和外叠环分层叠放于基座和顶帽之间，且基座、顶帽和多个内叠环、外叠环均共圆心设置，多个内叠环的外侧壁与多个外叠环的内侧壁之间形成放置空心圆柱土样的空腔，薄膜包裹于空心圆柱土样的内外侧，且薄膜的上下端分别与顶帽和基座固定密封；顶帽上设有用于向空心圆柱土样充水的进水口，基座上设有控制叠环盒排水的通水阀门；多个限位柱圆周均布于基座和顶帽之间且与相应外叠环的外侧壁相接触，用于限制多个内叠环和外叠环的径向运动，相邻的内叠环和外叠环之间、顶部的内叠环和外叠环与顶帽之间、以及底部的内叠环和外叠环与基座之间均可沿空心圆柱土样轴线转动；测力传感器固定于基座上且位于空心圆柱土样底部；

所述空心扭剪系统，包括外压控制器、内压控制器、反压控制器、轴力扭矩控制单元、加载装置、压力室、反力架、数据采集单元和计算机控制单元；压力室内放置容纳有所述空心圆柱土样的叠环盒，空心圆柱土样将压力室划分为空心圆柱土样内外侧的内压力室与外压力室，内、外压力室均充满水；加载装置设置于压力室顶部，由通过反力架支撑的轴力扭矩控制单元控制，向叠环盒内的空心圆柱土样施加轴力和扭矩；内、外压控制器分别与内、外压力室连通，用于控制内、外压力室的水压，反压控制器与空心圆柱土样连通，用于控制施加给空心圆柱土样的反压，以便于空心圆柱土样在饱和固结的过程中排出内部空气；数据采集单元与外压控制器、内压控制器、反压控制器和轴力扭矩控制单元连接，将采集的外压力室和内压力室的水压、施加给空心圆柱土样的反压以及施加给空心圆柱土样的轴力和扭矩传输至计算机控制单元，计算机控制单元根据接收到的数据对叠环式空心扭剪设备进行压力补偿；

所述压力补偿方法包括以下步骤：

1)试验过程中通过外压控制器、内压控制器同步调整内、外压力室水压至设定水压P₀以抵消空心圆柱土样因受由反压控制器提供的反压P_反与由加载装置施加的轴力P_轴而对内、外叠环产生的压力；

设定水压P₀应随反压P_反与轴力P_轴的施加同步施加，计算公式为：

P₀＝K₀P_轴+P_反

其中，K₀为空心圆柱土样的横向固结系数，K₀＝1-sinθ，θ为空心圆柱土样的内摩擦角；

2)当同步调整内、外压力室水压至设定压力后，确保测力传感器所测压力值与所施加轴向压力值P_轴的比值不小于90％。

2.根据权利要求1所述的压力补偿方法，其特征在于，所述反压P_反取为50～100kPa。

3.根据权利要求1所述的压力补偿方法，其特征在于，各内叠环与外叠环的上下表面均分别设置有键槽，键槽中放置滚珠。

4.根据权利要求1所述的压力补偿方法，其特征在于，相邻叠环间的层间空隙不大于0.1mm。

5.根据权利要求1所述的压力补偿方法，其特征在于，各叠环上均开设穿透相应叠环内外两侧的水平孔。