化学污染土剪切强度的测定方法及专用全自动直剪仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于土木工程仪器测试领域，具体涉及一种化学污染土剪切强度的测定方法及专用全自动直剪仪。
【背景技术】
[0002]大多数工业厂区的地基土层均受到化学污染物不同程度的侵蚀破坏，造成土体强度衰减、承载力下降，进而引发上层建筑结构不均匀沉降变形、失稳破坏。针对工业厂区地基土层边界环境的特殊性，在地基土层承载力设计过程中需考虑化学溶液的腐蚀，这对合理确定地基土层承载能力及强度参数至关重要。
[0003]目前，为确定地基土层承载力，国内外大多采用传统的直剪仪对土层进行直接剪切试验，这些剪切仪主要包括剪切盒、垂直和水平加载装置、数据测控装置等。而近年来，土体受外界环境影响越来越大，传统的直剪仪已不能准确获取土体的基本参数。虽然“一种全自动数字大型冻土直剪仪”(CN 102313673B)、“冻土-结构直剪仪及其使用方法”(CN102252919B)、“温控式直剪仪”(CN 102230868B)和“大型多功能冻土-结构接触面循环直剪仪及试验操作方法”(CN 102798575B)等已对传统直剪仪进行了改进，以适应复杂环境下结构性土体的直剪测试，但是，这些装置仅仅解决了寒冷条件下土建及交通工程设计中复杂土体剪切试验难等问题，现有的土工直剪仪依然无法满足化学溶液与载荷耦合作用下土体试样直剪测试要求，使用上述直剪仪的测定方法必然会使测定结果产生较大偏差。这是因为，一方面，现有的土工直剪仪通常测定的是，经化学溶液腐蚀后的试样在一定荷载作用下的抗剪强度，无法实现化学溶液与载荷对试样产生作用的同步性，因此，与实际工程中所需的参数相比有较大出入，指导意义有限；另一方面，试验过程中，常规的试样制作方法，难以避免对土样产生扰动，使试验土样与原位土样的性质出现差异，对土样的力学性质测定有较大影响，也会使测定的参数产生偏差。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的一个技术问题是提供一种简捷可靠、测定准确度高、耐久实用的化学污染土剪切强度的测定方法，实现化学溶液与载荷耦合作用下，土体试样的抗剪强度的直接试验。
[0005]本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种用于上述测定方法的专用全自动直剪仪。
[0006]为了解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案包括以下步骤:
[0007]a、在下剪切盒和上剪切盒的内侧面涂抹凡士林后，将底部中心位置设置有入渗孔的下剪切盒置于设置有刻槽的容器槽底部，并使刻槽的端口位于剪切盒外侧，再依次将下透水石置于下剪切盒内、在下透水石上铺设滤纸和将上剪切盒放置在下剪切盒上；
[0008]b、用与剪切盒同界面尺寸的环刀制取待测试样，将带环刀的试样置于上剪切盒上，用脱模器将试样压入到剪切盒内，使试样底部与下透水石上的滤纸无缝隙接触;在试样顶部铺设滤纸，在滤纸上放置上透水石，在上透水石上放置活塞板；
[0009]C、往容器槽中注入化学腐蚀液，液面高度不高于位移传递杆下部，盖上容器盖并固定，化学腐蚀液经刻槽导流到入渗孔，并经入渗孔、下透水石及其上的滤纸渗透到试样直至试样被完全浸泡，对试样进行浸泡养护；
[0010]d、待养护完成后，将传载杆穿过容器盖上的孔，调整好传载板、荷载气缸、压力传感器和横梁，使传载杆与传载板、传载板与荷载气缸、荷载气缸与横梁分别紧密接触;使压力传感器与传载板和容器盖接触；
[0011]e、启动空气压缩机，调节调压阀使压力传感器达至预定的垂直压力；
[0012]f、调节速率控制器，启动伺服电机，水平推进器带动推进杆推动容器槽，容器槽的移动又推动下剪切盒移动，试验过程中记录时间、压力和剪切位移，计算试样的剪切参数。
[0013]为解决上述第二个技术问题，本发明所设计的全自动直剪仪，包括水平承台，设置在水平承台上的水平加载装置、垂直加载装置和数据测控装置，剪切盒，其特别之处在于:该全自动直剪仪还包括化学腐蚀装置;所述化学腐蚀装置包括容器槽和容器盖，所述容器槽滑动连接在水平承台上，底部设置有刻槽；
[0014]所述剪切盒包括下剪切盒、上剪切盒、设置在下剪切盒内的下透水石和设置在上剪切盒内上透水石，所述下剪切盒的底部中心设置有入渗孔，所述剪切盒设置于所述容器槽内，所述刻槽与所述入渗孔连通，且刻槽的端口位于剪切盒外侧，所述上透水石和下透水石之间用于装填试样；
[0015]所述水平加载装置的推进杆连接于容器槽的一侧，所述水平加载装置的位移传递杆穿过所述容器槽的另一侧与所述上剪切盒相连接;所述垂直加载装置的传载杆穿过容器盖与垂直加载装置的活塞板相连，压力传感器设置在传载板和容器盖之间。
[0016]优选地，所述容器槽与容器盖通过销钉固定。
[0017]优选地，所述容器槽采用耐腐蚀的金属或陶土材料制成。
[0018]优选地，所述数据测控装置包括数据控制器和分别与数据控制器相连的第一采集器、第二采集器和第三采集器，所述第一采集器还通过数据线与垂直加载装置的荷载气缸连接，所述第二采集器还通过数据线与垂直加载装置的压力传感器连接，所述第三采集器还通过数据线与垂直加载装置的位移传感器连接。
[0019]本发明在常规直剪试验仪器上，设置了化学腐蚀装置，且在剪切盒底部设置有入渗孔和在容器槽底部设置有刻槽，这样，在制取土样时，可以将土样放入剪切盒中，通过向容器槽注入化学腐蚀液，进行密封养护;待养护结束后，直接进行竖直压力加载，完成全自动直剪试验。因此，本发明具有以下有益效果:
[0020]I)测定时，避免了取样过程中应力释放的影响，尽可能减小了土体受到的扰动，使试样更接近原位土样性质；
[0021]2)化学腐蚀液渗透速率波动较小，更接近自然土壤受污染状况，使腐蚀分布相对均匀，避免了局部腐蚀对土样力学性质测定的影响。
【附图说明】
[0022]图1为本发明的全自动直剪仪的剖视结构示意图。
[0023]图2为本发明的剪切盒剖视结构放大图。
[0024]图3为本发明的剪切盒及刻槽结构放大图(俯视)。
[0025]图中:1、速率控制器，2、水平推进器，3、伺服电机，4、水平承台，5、空气压缩机，6、横梁，7、入渗孔，8、推进杆，9、水平滚珠导轨，1、滚珠，11、容器槽，12、容器盖，13、销钉，14、下剪切盒，15上剪切盒，16、活塞板，17、刻槽，18、下透水石，19、试样，20、上透水石，21、传载板，22、荷载气缸，23、传载杆，24、压力传感器，25、位移传递杆，26、位移传感器，27、调压阀，28、第一数据线，29、第二数据线，30、第三数据线，31、第一采集器，32、第二采集器，33、第三采集器，34、数据控制器
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步说明:
[0027]如图1、图2所示，本发明的全自动直剪仪在常规直剪试验仪器的基础上，增加了一个化学腐蚀装置。即本发明的全自动直剪仪包括水平承台4，设置在水平承台4上的水平加载装置、垂直加载装置和数据测控装置，剪切盒，以及化学腐蚀装置。该化学腐蚀装置由容器槽11和容器盖12组成，容器槽通过水平滚珠导轨9和滚珠10滑动连接在水平承台4上，底部设置有刻槽17，下剪切盒14的底部中心设置有入渗孔7，设置于容器槽内11，刻槽17与入渗孔7连通，且刻槽17的端口位于下剪切盒14外侧;其中刻槽14既可以为以入渗孔为