干湿循环试验的直剪试样装置及其使用方法与流程

本发明属于岩土工程试验仪器设备技术领域，涉及一种岩土工程试验装置，具体为干湿循环试验的直剪试样装置及其使用方法。

背景技术：

我国南方地区每到梅雨季节就会大规模降雨，梅雨季节雨后水分快速蒸发。降雨与水分快速蒸发时常交替发生，导致土体含水率发生反复变动。干湿交替作用造成土体强度降低，导致滑坡等自然灾害，对我国南方地区造成巨大经济损失和人员伤亡。因此需要对土体在干湿循环条件下的力学特性变化规律进行研究，为滑坡等自然灾害的防治提供理论依据。

目前在室内模拟有荷条件下土体的干湿循环过程主要有两种方法：第一种是利用非饱和土三轴仪通过增大-减小土体内部的吸力模拟干湿循环过程，该方法干湿循环试验周期长，设备复杂，试验过程相对繁琐，且通过增大-减小土体内部的吸力模拟干湿循环过程相对缓和，与地表土体的实际干湿交替过程存在一定差异；第二种方法是通过有荷条件下的干湿循环试验设备对土体进行干湿循环，完成预定次数干湿循环试验后进行卸载并将试样转移到三轴仪或直剪仪上进行剪切试验，卸载再加载过程对试样产生较大扰动，导致干湿循环试验结果不准确或失真。因此，研制干湿循环和剪切一体的试验装置，对准确评判土体的干湿循环稳定性具有重要的意义。

技术实现要素：

解决的技术问题：为了克服现有技术的不足，解决土体有荷载条件下的干湿循环，并能够实现在不拆卸试样的情况下对干湿循环试样进行直剪的试验装置，本发明提供了干湿循环试验的直剪试样装置及其使用方法。

技术方案：干湿循环试验的直剪试样装置，所述装置包括设于试验台上的水槽，水槽内底部设有透水材料板，透水材料板内嵌入试样下盒，试样下盒上对应设置试样上盒，通过销钉固定，试样上盒与试验台之间设有量力环，通过连杆连通；试验台上设有直剪传动装置，并通过传力杆与水槽相连；试样上盒上方外接气压加载装置，并通过反力架和水平定向滑轮a固定于试验台上；气压加载装置上方设有模拟加热干燥装置，并通过立柱固定于试验台上。

优选的，所述水槽由底座和两块槽形板拼接而成，底座为一整体方形槽，槽形板上下开设螺栓孔，二者之间设有密封圈，并通过螺栓a固定连接；两块槽形板之间通过凹凸连接，之间设有密封条，并通过螺栓b固定。

优选的，试样上盒上以其中心点为圆心环向等间距分布4根竖向导向杆，竖向导向杆环向净距与试样上盒内径相同。

优选的，气压加载装置的压力腔内设有活塞，活塞上连有传压板，压力腔外部设有压力表，压力腔通过导管与空气压缩机相连，并通过调压阀调控；压力腔内径与试样上盒相同。

优选的，所述传压板上设有变形量测装置。

优选的，所述模拟加热干燥装置通过横杆架设于气压加载装置上方，横杆经升降调节装置与立柱相连；模拟加热干燥装置上设有加热灯，并外接温度调节器。

优选的，环刀试样设于试样上盒和试样下盒形成的空腔内，环刀试样与传压板之间设有透水石。

优选的，水槽与试验台之间设有水平定向滑轮b。

优选的，水槽底部设有排水阀。

以上任一所述干湿循环试验的直剪试样装置的使用方法，包括以下步骤：

第1步、将两块槽形板通过螺栓b连接为一整体，之后通过螺栓a将其与水槽底座连接；

第2步、将试样上盒置于试样下盒上方，对中，并通过销钉固定，在试样下盒底部与透水材料板之间放置一张滤纸，之后将环刀试样压入试样下盒和试样上盒组成的空腔内，并在环刀试样上方依次放置滤纸、透水石、传压板，在传压板上安装变形量测装置；

第3步、沿水平定向滑轮a推动反力架，将气压加载装置置于传压板正上方，使传压板与活塞紧密接触，调整变形量测装置零点，之后调节调压阀对环刀试样施加预定竖向压力；

第4步、关闭排水阀，向水槽中注入清水直至淹没环刀试样，静置使环刀试样饱和，再打开排水阀将水槽中的水排干，用毛巾吸干透水材料板和透水石表面多余的水分，再打开模拟加热干燥装置，通过调节温度调节器和升降调节装置改变试样表面温度，根据试验需要调整加热干燥时间，进而满足一次干湿循环试验；

第5步、完成预定干湿循环次数试验后关闭排水阀，向水槽中注入清水直至淹没环刀试样，静置使环刀试样饱和，再打开排水阀将水槽上部的水排干，将槽形板拆除，通过连杆将试样上盒与量力环连接；

第6步、移除试样下盒和试样上盒之间的销钉，按设定速率对环刀试样进行剪切。

有益效果：(1)本发明可以对土体试样施加不同的竖向压力，在模拟不同深度处土体实际受力情况下进行干湿循环，并且本发明中立柱升降调节装置、温度调节器的设置可使干燥温度可控可调，可以实现模拟不同地域土体的干燥速率，进而能够准确的对不同地域、不同深度土体试样的力学特性劣化规律进行研究；(2)本发明中水槽的上部方便安装和拆卸，可实现对干湿循环作用后的土体直接进行直剪试验，无需拆卸，避免试样扰动；(3)本发明采用气压加载装置进行加载，结构轻便；(4)本发明中反力架底部水平定向滑轮的设计可消除剪切过程中气压加载装置对环刀试样的水平约束力，试验结果真实可靠。

附图说明

图1是本发明所述干湿循环试验的直剪试样装置的结构示意图；

图2是沿图1的a-a线剖视结构示意图；

其中，1为试验台，2为水槽，21为槽形板，22为螺栓a，23为密封圈，24为排水阀，25为密封条，26为螺栓b，3为试验下盒，31为透水材料板，4为试验上盒，41为竖向导向杆，42为销钉，5为透水石，6为直剪传动装置，61为传力杆，7为气压加载装置，71为活塞，72为压力表，73为调压阀，74为导管，75为空气压缩机，76为反力架，77为传压板，8为模拟加热干燥装置，81为温度调节器，82为加热灯，83为横杆，84为升降调节装置，85为立柱，9为量力环，91为连杆，10为变形量测装置，11为水平定向滑轮b，12为水平定向滑轮a。

具体实施方式

以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

实施例1

干湿循环试验的直剪试样装置，所述装置包括设于试验台1上的水槽2，水槽2内底部设有透水材料板31，透水材料板31内嵌入试样下盒3，试样下盒3上对应设置试样上盒4，通过销钉42固定，试样上盒4与试验台1之间设有量力环9，通过连杆91连通；试验台1上设有直剪传动装置6，并通过传力杆61与水槽2相连；试样上盒4上方外接气压加载装置7，并通过反力架76和水平定向滑轮a12固定于试验台1上；气压加载装置7上方设有模拟加热干燥装置8，并通过立柱85固定于试验台1上。

所述水槽2由底座和两块槽形板21拼接而成，底座为一整体方形槽，槽形板21上下开设螺栓孔，二者之间设有密封圈23，并通过螺栓a22固定连接；两块槽形板21之间通过凹凸连接，之间设有密封条25，并通过螺栓b26固定。

试样上盒4上以其中心点为圆心环向等间距分布4根竖向导向杆41，竖向导向杆41环向净距与试样上盒4内径相同。

气压加载装置7的压力腔内设有活塞71，活塞71上连有传压板77，压力腔外部设有压力表72，压力腔通过导管74与空气压缩机75相连，并通过调压阀73调控；压力腔内径与试样上盒4相同。

所述传压板77上设有变形量测装置10。

所述模拟加热干燥装置8通过横杆83架设于气压加载装置7上方，横杆83经升降调节装置84与立柱85相连；模拟加热干燥装置8上设有加热灯82，并外接温度调节器81。

环刀试样设于试样上盒4和试样下盒3形成的空腔内，环刀试样与传压板77之间设有透水石5。

水槽2与试验台1之间设有水平定向滑轮b11。

水槽2底部设有排水阀24。

所述干湿循环试验的直剪试样装置的使用方法，包括以下步骤：

第1步、将两块槽形板21通过螺栓b26连接为一整体，之后通过螺栓a22将其与水槽2底座连接；

第2步、将试样上盒4置于试样下盒3上方，对中，并通过销钉42固定，在试样下盒3底部与透水材料板31之间放置一张滤纸，之后将环刀试样压入试样下盒3和试样上盒4组成的空腔内，并在环刀试样上方依次放置滤纸、透水石5、传压板77，在传压板77上安装变形量测装置10；

第3步、沿水平定向滑轮a12推动反力架76，将气压加载装置7置于传压板77正上方，使传压板77与活塞71紧密接触，调整变形量测装置10零点，之后调节调压阀73对环刀试样施加预定竖向压力；

第4步、关闭排水阀24，向水槽2中注入清水直至淹没环刀试样，静置使环刀试样饱和，再打开排水阀24将水槽2中的水排干，用毛巾吸干透水材料板31和透水石5表面多余的水分，再打开模拟加热干燥装置8，通过调节温度调节器81和升降调节装置84改变试样表面温度，根据试验需要调整加热干燥时间，进而满足一次干湿循环试验；

第5步、完成预定干湿循环次数试验后关闭排水阀24，向水槽2中注入清水直至淹没环刀试样，静置使环刀试样饱和，再打开排水阀24将水槽2上部的水排干，将槽形板21拆除，通过连杆91将试样上盒4与量力环9连接；

第6步、移除试样下盒3和试样上盒4之间的销钉42，按设定速率对环刀试样进行剪切。