一种根土复合体原位剪切试验装置及应用方法与流程

本发明涉及一种根土复合体原位剪切试验装置及应用方法。

背景技术：

近年来，在工程建设过程中采用工程技术和生态技术相结合的方法来满足工程和生态环境要求的新技术受到越来越广泛的重视。植物护坡技术作为这类新技术之一，其经济和环保优势正在工程建设中日益显现。边坡植物不但有美化环境、净化空气和减小雨水对土坡的冲刷作用，而且其根系对边坡具有加筋、锚固和提高边坡抗滑动的功能。植物根系和土体组成的根土复合体极大地提高了边坡的抗剪强度，从而也提高了边坡的稳定性。

由于原位试验取样困难，现有的根土复合体抗剪强度试验一般是采用室内试验进行的，即通过测定根土复合体中的含水量、密度、含根率等参数后，采用素土和植物根混合制样。但是，经过扰动、重塑后的根土复合体在根的分布形态、根土结合特性等方面与实际状况都有很大的不同，重塑样品的剪切试验结果不能很好反映根土复合体的真实抗剪特性。

目前在根土复合体原位试验方面研究较少，所采用的原位试验方法或装置仍然需要先将根土复合体从边坡中取出再置入剪切仪器中进行试验。在取样过程中不可避免会破坏植物根系、扰动根土复合体，并且很难对边坡深部根土复合体进行取样试验，不能准确获得根系对边坡的加固效果及沿深度的变化规律。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种根土复合体原位剪切试验装置及应用方法，进行试验时不需要现场取样，不对根土复合体产生扰动，并可对不同深度处根土复合体进行剪切试验。试验装置简单、轻便、易用，可对复合体抗剪强度及剪切位移进行测试。

本发明的技术方案为：一种根土复合体原位剪切试验装置包括种植桶、固定圆环、剪切圆环、荷载施加装置、推力测试装置、连接杆、导向槽、导向杆；固定圆环后方设有导向槽，剪切圆环后方设有导向杆，连接杆与固定圆环连接，荷载施加装置置于连接杆上，推力测试装置固定于剪切圆环上并与荷载施加装置中的螺纹丝杆连接，种植桶中装有根土复合体。

所述的荷载施加装置由螺纹丝杆、螺母、底座及摇杆构成，螺母焊接在底座上，螺纹丝杆穿过螺母固定，摇杆焊接于丝杆底端，固定圆环与荷载加载装置之间通过一连接杆固定为一个整体。

所述的推力测试装置由推力传感器及读数仪组成，推力传感器一端固定于剪切圆环上，一端与螺纹丝杆相连；。

所述的种植桶由PVC管及底盖组成。

所述的固定圆环及剪切圆环为不锈钢材质，分别由两个半圆组成。

所述的导向杆上标有刻度。

应用方法：

（1）在剪切试验前在种植桶中按照土质及密实度要求填土并种植拟进行根系试验的植物，按照要求养护使植物正常生长；

（2）将固定圆环置于拟进行剪切试验位置种植桶表面，拧紧螺栓固定；

（3）沿着固定圆环上沿切割PVC管，再沿纵向将PVC管切割为3~4片，然后将固定圆环以上PVC管掰断移除；

（4）安装剪切圆环，将导向杆置于导向槽中并对齐；

（5）安装推力传感器，一端固定于剪切圆环上，另一端对准螺纹丝杆；

（6）进行剪切试验，根据试验要求缓慢匀速转动摇杆，对剪切圆环施加荷载，同时记录推力读数仪读数以及剪切圆环位移量。

本发明的根土复合体原位剪切试验装置与现有技术相比具有以下优点：

（1）在进行根土复合体原位剪切试验时不用现场取样，不会对根土复合体造成扰动、破坏，试验结果准确。

（2）可对不同深度处根土复合体进行剪切试验，得到根土复合体特性沿深度的变化规律。

（3）装置构造简单易用，试验过程快速，效率高。

附图说明

图1是本发明的根土复合体原位剪切试验装置结构图。

图2是图1的俯视图。

图中：1―剪切圆环，2―固定圆环，3―连接杆，4―底座，5―推力传感器，6―螺纹丝杆，7―螺母，8―摇杆，9―连接片，10―导向槽，11―导向杆，12―读数仪，13―种植桶，14―根土复合体，15―植物根系。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明的根土复合体原位剪切试验装置由剪切圆环1、固定圆环2、荷载施加装置、推力测试装置，连接杆3、导向槽10，导向杆11，种植桶13等构成。固定圆环后方设有导向槽，剪切圆环后方设有导向杆，导向槽及导向杆在平面上与螺纹丝杆及连杆成一条直线。荷载施加装置置于连接杆上，连接杆与固定圆环连接，推力测试装置固定于剪切圆环上并与荷载施加装置中的螺纹丝杆连接，种植桶中装有根土复合体。

所述的荷载施加装置由螺纹丝杆6、螺母7、底座4及摇杆8构成，螺母焊接在底座上，螺纹丝杆穿过2颗螺母固定，摇杆焊接于丝杆底端。保证丝杆在转动过程中方向保持不变；摇杆焊接于丝杆端头，通过匀速缓慢转动摇杆，即可对剪切圆环施加荷载。

所述的推力测试装置由推力传感器5及读数仪12组成，推力传感器一端固定于剪切圆环上，一端与螺纹丝杆相连；固定圆环与荷载加载装置之间通过一不锈钢连接杆3固定为一个整体。推力传感器量程5kN，读数仪为数显式，读数快速准确。

所述的连接杆3为矩形钢管，与固定圆环及加载底座焊接牢固。

所述的种植桶13由PVC管及底盖组成，底盖上设有泄水孔。

所述的固定圆环及剪切圆环为不锈钢材质，分别由两个半圆组成（φ325不锈钢管制成）。半圆边坡设有连接片9，用于将两个半圆连接为一个整体，采用螺栓固定。

所述的导向杆11上标有刻度，可读取剪切圆环与固定圆环间的相对位移。

应用方法：

（1）根据试验时间安排，在剪切试验前在种植桶中按照土质及密实度要求填土并种植拟进行根系试验的植物，按照要求养护使植物正常生长。

（2）将固定圆环置于拟进行剪切试验位置种植桶表面，拧紧螺栓固定

（3）沿着固定圆环上沿采用钢锯、手持切割机等工具切割PVC管（注意不能切透，以防破坏根土复合体），再沿纵向将PVC管切割为3~4片，然后用力将固定圆环以上PVC管掰断移除。

（4）安装剪切圆环，将导向杆置于导向槽中并对齐。

（5）安装推力传感器，一端固定于剪切圆环上，另一端对准螺纹丝杆。

（6）进行剪切试验，根据试验要求缓慢匀速转动摇杆，对剪切圆环施加荷载，同时记录推力读数仪读数以及剪切圆环位移量。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。