[发明专利]岩土体分级卸载的直剪峰值与残余强度试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种岩土体分级卸载的直剪峰值与残余强度试验装置及方法，属于土木工程技术领域，能够解决传统直剪试验中未考虑岩土体开挖卸荷的影响，而导致的抗剪强度指标和试验成果与真实情况差异较大的问题。所述装置包括：剪切盒，由底层盒体和叠层设置在底层盒体上的多个上层盒体构成，相邻两个上层盒体或底层盒体与相邻的上层盒体之间通过紧固件可拆卸连接；水平加载模块，用于向上层盒体施加水平方向的作用力；垂直加卸载模块，设置在剪切盒的顶端开口处，用于向待测土试样施加竖直方向的作用力；第一固定模块，连接在与水平加载模块相对侧的底层盒体的外侧壁上，用于固定并支撑剪切盒。本发明用于土试样的剪切试验。

技术领域

本发明涉及一种岩土体分级卸载的直剪峰值与残余强度试验装置及方法，属于土木工程技术领域。

背景技术

水电站地下洞室群、隧道、基坑等开挖卸荷工程的围岩稳定性，都与土的抗剪强度有密切关系。土的抗剪强度是土的重要力学性质指标之一，指土体抵抗剪切破坏的极限能力，数值上等于土体发生剪切破坏时的切应力，土体破坏的本质是剪切破坏。

目前土的剪切特性常用直剪仪进行直剪试验获得。一般的直剪试验是将土样置于直剪仪的固定上盒和活动下盒内。试验时先在土样上施加垂直压力，然后对下盒施加水平推力，上下盒之间的错动使土样受剪破坏。

但是在实际复杂岩土环境中，岩土体的应力状态对其抗剪强度参数影响较显著，传统直剪试验装置及方法未考虑岩土体开挖卸荷的影响，导致得到的抗剪强度参数和试验成果与真实情况差异较大，应用于工程实际可能会产生较大经济成本浪费，或造成较大安全风险。

发明内容

本发明提供了一种岩土体分级卸载的直剪峰值与残余强度试验装置及方法，能够解决传统直剪试验中未考虑岩土体开挖卸荷的影响，而导致的抗剪强度指标和试验成果与真实情况差异较大的问题。

一方面，本发明提供了一种岩土体分级卸载的直剪峰值与残余强度试验装置，所述装置包括：

剪切盒，由底层盒体和叠层设置在所述底层盒体上的多个上层盒体构成，相邻的两个上层盒体或底层盒体与相邻的上层盒体之间通过紧固件可拆卸连接；所述剪切盒顶端具有开口、且其内具有用于容置待测土试样的柱状空腔；

水平加载模块，连接在任一个上层盒体的外侧壁上，用于向所述上层盒体施加水平方向的作用力；

垂直加卸载模块，设置在所述剪切盒的顶端开口处，用于向所述待测土试样施加竖直方向的作用力；

第一固定模块，连接在与所述水平加载模块相对侧的底层盒体的外侧壁上，用于固定并支撑所述剪切盒。

可选的，所述装置还包括：

第二固定模块，连接在与所述第一固定模块相对侧的底层盒体的外侧壁上，用于固定并支撑所述剪切盒。

可选的，所述底层盒体为有底无盖的盒体结构；所述上层盒体为无盖无底且与所述底层盒体尺寸适配的盒体结构。

可选的，所述垂直加卸载模块包括施力单元、加压活塞和传力钢珠；

所述加压活塞设置在所述剪切盒的顶端开口处，所述传力钢珠设置在所述加压活塞远离所述待测土试样一侧的表面中心处；所述施力单元通过所述传力钢珠向所述加压活塞施加竖直方向的作用力。

可选的，所述装置还包括：

透水模块，设置在所述剪切盒的内侧，用于吸附所述待测土试样受挤压后排出的水分。

可选的，所述紧固件为活动螺栓。

可选的，所述透水模块包括两块排水石；

其中一块排水石设置在所述底层盒体的内侧底面与所述待测土试样之间，另一块排水石设置在所述垂直加卸载模块与所述待测土试样之间。