一种摩擦型加载的岩土原位大剪试验系统及方法与流程

1.本发明涉及土木工程试验技术领域，尤其涉及一种摩擦型加载的岩土原位大剪试验系统及方法。


背景技术：

2.现有大剪试验中，如图1所示，利用竖向施力模块对试样施加正应力，利用千斤顶通过承压板对试验施加剪应力，试样受承压板的挤压，最先在与承压板接触的部位受压发生变形，试样中心部分由于远离承压板，受到的扰动较小，这样在受剪面上分布的剪应力不均匀，测出的剪应力不能真实反映试样的剪切强度特点，从而影响对试样剪切强度的测量。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
4.为此，本发明的实施例提出一种摩擦型加载的岩土原位大剪试验系统及方法。
5.一方面，本发明提出了一种摩擦型加载的岩土原位大剪试验系统，包括：
6.橡皮板，所述橡皮板铺设在试样顶面；
7.竖向施力模块，所述竖向施力模块放置在所述橡皮板上部，所述竖向施力模块用于产生正应力，所述橡皮板与所述竖向施力模块和所述试样之间紧密接触；
8.水平施力模块，所述水平施力模块的一端抵靠在所述竖向施力模块上，所述水平施力模块用于产生剪应力；
9.水平尺，所述水平尺用于测试所述竖向施力模块的水平位移。
10.在一些实施例中，所述橡皮板与所述竖向施力模块和所述试样接触的摩擦系数为1-4。
11.在一些实施例中，所述橡皮板的厚度为2-5mm。
12.在一些实施例中，所述竖向施力模块利用重物施加一定的正应力。
13.在一些实施例中，所述水平施力模块为千斤顶。
14.在一些实施例中，所述千斤顶的一端抵靠在所述竖向施力模块上，所述千斤顶的另一端连接测力环。
15.在一些实施例中，通过手动泵控制所述千斤顶的力。
16.在一些实施例中，所述测力环用于测试所述千斤顶施加的剪应力，所述测力环远离所述千斤顶的一端抵靠在支撑物上。
17.在一些实施例中，所述试样为软弱岩土时，利用水泥浆对所述试样顶面进行改性处理。
18.另一方面，本发明提出了一种摩擦型加载的岩土原位大剪试验方法，包括以下步骤：
19.记录剪切面横截面面积aj；
20.在需要测试的岩土中挖出试样，试样的底部与原地层岩土保持完整，并使预期的
剪切面高于周围原岩；
21.处理试样表面，使其平整且没有碎屑；
22.将橡皮板和竖向施力模块依次安放在试样表面，使其紧密接触；
23.在竖向施力模块上施加竖向力f，使其保持不变；
24.在水平施力模块上由小到大施加水平方向位移序列ui，并记录与之相应的水平方向的力ti，当试样破坏或变形过大时，停止施加位移；
25.绘制水平力与位移曲线，并确定峰值水平力t
max
，计算破坏时正应力σj与剪切应力τj；
26.试样全部完成后用最小二乘法整理出黏结力c与内摩擦角φ。
27.相对于现有技术，本发明的有益效果为：
28.本发明通过在试样与竖向施力模块之间设置橡皮板，竖向施力模块承受水平施力模块提供的水平力，再通过橡皮板传递给试样，当水平力足够大时，试样被剪坏从而测试出试样的剪切强度，橡皮板与试样之间均匀接触使得试样中产生的剪应力均匀分布，从而使得测试出的剪应力能够真实反应试样的剪切强度。
附图说明
29.本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
30.图1为现有技术中岩土原位大剪试验系统示意图；
31.图2为本发明摩擦型加载的岩土原位大剪试验系统示意图；
32.附图标记说明：
33.试样1、橡皮板2、竖向施力模块3、重物4、千斤顶5、测力环6、支撑物7。
具体实施方式
34.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
35.下面参照附图描述根据本发明实施例提出的摩擦型加载的岩土原位大剪试验系统及方法。
36.如图2所示，本发明的摩擦型加载的岩土原位大剪试验系统，包括橡皮板2、竖向施力模块3、水平施力模块和水平尺。
37.水平施力模块的一端抵靠在竖向施力模块3上，水平施力模块用于产生剪应力。
38.具体为，水平施力模块用于施加水平方向的力，即水平施力模块用于产生剪应力，水平施力模块的一端抵靠在竖向施力模块3上，竖向施力模块3承受水平施力模块提供的水平力，再通过橡皮板2传递给试样1。
39.在一些实施例中，水平施力模块为千斤顶5，也就是说，利用千斤顶5提供水平方向的力。
40.水平施力模块为千斤顶5时，千斤顶5的一端抵靠在竖向施力模块3上，千斤顶5的另一端连接测力环6。
41.具体为，千斤顶5的一端抵靠在竖向施力模块3上，为竖向施力模块3提供水平方向的力，千斤顶5远离竖向施力模块3的一端连接测力环6，测力环6用于测试千斤顶5施加的水平方向的力，即剪应力。
42.另外，千斤顶5施加的水平方向的力的大小由手动泵控制，即通过手动泵控制调节水平方向的力的大小。
43.测力环6远离千斤顶5的一端抵靠在支撑物7上，支撑物7为整个测试系统提供支撑点，支撑物7在系统中提供反力模块的作用，即支撑物7用于提供反力。可以理解的是，支撑物7可以为墙体或具有一定自重的钢板盒。
44.橡皮板2铺设在试样1顶面，竖向施力模块3放置在橡皮板2上部，竖向施力模块3用于产生正应力，橡皮板2与竖向施力模块3和试样1之间紧密接触。
45.具体为，试样1的顶面放置橡皮板2，橡皮板2的上部放置竖向施力模块3，橡皮板2的下表面与试样1的顶面紧密接触，橡皮板2的上表面与竖向施力模块3的下表面紧密接触，从而使得橡皮板2与竖向施力模块3和试样1之间均紧密接触，竖向施力模块3用于对试样1产生正应力。
46.在一些实施例中，竖向施力模块3利用重物4施加一定的正应力。具体为，将已知重力的重物4施加到竖向施力模块3上，利用重物4的重力和竖向施力模块3本身的重力提供正应力。
47.在一些实施例中，竖向施力模块3为钢板盒，重物4为砝码，在钢板盒中放置一定重力的砝码，利用砝码的重力与钢板盒的自重提供正应力，同时，竖向施力模块3承受千斤顶5提供的水平力。
48.在一些实施例中，橡皮板2的厚度为2-5mm。可以理解的是，可以根据实际情况选择橡皮板2的厚度。优选地，橡皮板2的厚度为3mm。
49.橡皮板2与竖向施力模块3和试样1接触的摩擦系数为1-4。由于橡皮板2与大多数固体的摩擦系数可以达到1到4，可保证在竖向施力模块3与橡皮板2之间以及橡皮板2与试样1之间产生足够的静摩擦力。当水平力足够大时，试样1被剪坏，从而测试出试样1的剪切强度。由于橡皮板2与试样1之间的接触是均匀的，从而保证了试样1中产生的剪应力也是均匀的。
50.水平尺用于测试竖向施力模块3的水平位移，在测试过程中，将水平尺放置在水平地面上即可。
51.当试样1为软弱岩土试样时，需要对试样1的顶面进行改性处理。在一些实施例中，可以利用水泥浆使试样1顶面变得牢固，从而使橡皮板2与试样1顶面产生良好的接触。利用水泥浆对试样1顶面进行改性处理后，剪切面会出现在水泥浆处理范围的下面。
52.摩擦型加载的岩土原位大剪试验方法，利用本发明的摩擦型加载的岩土原位大剪试验系统，包括以下步骤：
53.(1)准备场地、设备；
54.(2)记录剪切面横截面面积aj，其中，j是试样1的序号，通常取三个试样1，也可以根据实际情况确定试样1的数量；
55.(3)在需要测试的岩土中挖出试样1，试样1的底部与原地层岩土保持完整，并使预期的剪切面高于周围原岩；
56.(4)处理试样1表面，使其平整且没有碎屑，另外，试样1为软弱岩土时，用水泥浆处理，使其表面坚固，处理深度不能达到预期剪切面，表面足够坚固再进行后续试验步骤；
57.(5)将橡皮板2和竖向施力模块3依次安放在试样1表面，使其紧密接触；
58.(6)在竖向施力模块3上施加竖向力f，使其保持不变；
59.(7)在水平施力模块上由小到大施加水平方向位移序列ui，并记录与之相应的水平方向的力ti，当试样1破坏或变形过大时，停止施加位移，其中，i为记录序号，从1开始；
60.(8)绘制水平力与位移曲线，并确定峰值水平力t
max
，计算破坏时正应力σj与剪切应力τj；
61.(9)试样1全部完成后用最小二乘法整理出黏结力c与内摩擦角φ。
62.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述可以针对不同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
63.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
64.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。