带有自动数据采集系统的岩土体原位直剪试验装置及方法

摘要

本发明公开了一种带有自动数据采集系统的岩土体原位直剪试验装置及方法，涉及岩土力学试验技术。本发明通过对岩土体试样施加法向荷载，并通过施加水平剪切力，使试样在拟定的剪切面上发生剪切破坏，并通过自动数据采集系统记录试验过程中的剪应力、位移等相关数据。本试验装置包括试样（00）、剪切盒（10）、反力系统（20）、垂向压力系统（30）、传力系统（40）、切向压力系统（50）、滚轴排（60）和自动数据采集系统（70）。本发明采用应变控制，测量精度高，稳定性好；具有自动数据采集系统；使用应力控制使用轮辐传感器，使应力的测量更加精确；所有部件可拆卸，方便运输，便于安装。

主权项

一种带有自动数据采集系统的岩土体原位直剪试验装置的试验方法，试验装置包括试样(00)、剪切盒(10)、反力系统(20)、垂向压力系统(30)、传力系统(40)、切向压力系统(50)、滚轴排(60)和自动数据采集系统(70)；其连接关系是：试样(00)置于剪切盒(10)内；反力系统(20)、垂向压力系统(30)、传力系统(40)、滚轴排(60)和试样(00)依次连接，将垂向压力施加于试样(00)；切向压力系统(50)、传力系统(40)和试样(00)依次连接，将侧向压力施加于试样(00)；自动数据采集系统(70)由四个垂向位移计(71)、两个切向位移计(72)和数据采集箱(73)组成；四个垂向位移计(71)位于垂向压力板(33)的四个角点，用于量测试验过程中试样(00)的垂向位移；两个切向位移计(72)位于剪力受力面的另一侧，用于量测试验过程中试样(00)的切向位移；垂向位移计(71)和切向位移计(72)分别与数据采集箱(73)相连，量测垂向位移和切向位移；垂向压力系统(30)的垂向压力传感器(32)和切向压力系统(50)的切向压力传感器(52)分别与数据采集箱(73)相连，量测垂向压力和切向压力；所述的反力系统(20)由依次连接的反力梁(21)、连接杆(22)和地锚器(23)组成；所述的垂向压力系统(30)由依次连接的垂向压力千斤顶(31)、垂向压力传感器(32)和垂向压力板(33)组成；垂向压力千斤顶(31)为手动油压千斤顶；垂向压力传感器(32)采用轮辐传感器，垂向压力传感器(32)与数据采集箱(73)相连；垂向压力板(33)包括上垂向压力板(331)和下垂向压力板(332)；在上垂向压力板(331)和下垂向压力板(332)之间安放有滚轴排(50)；所述的传力系统(40)由垂向传力筒(41)、垂向传力板(42)、切向传力筒(43)和切向传力板(44)组成；垂向传力筒(41)、垂向传力板(42)和垂向压力千斤顶(31)依次连接，切向传力筒(43)、切向传力板(44)和切向压力千斤顶(51)依次连接；所述的切向压力系统(50)由依次连接的切向压力千斤顶(51)、切向压力传感器(52)和切向压力板(53)组成；切向压力千斤顶(51)为手动油压千斤顶；切向压力传感器(52)采用轮辐传感器，切向压力传感器(52)和数据采集箱(73)相连；所述的滚轴排(60)内置滚珠，位于上垂向压力板(331)和下垂向压力板(332)之间，试验时随着切向位移的发展而沿垂向压力板(33)表面滚动，保证垂向压力不产生偏心力矩；所述的自动数据采集系统(70)由垂向位移计(71)、两个切向位移计(72)和数据采集箱(73)组成；垂向位移计(71)和切向位移计(72)分别与数据采集箱(73)相连；垂向位移计(71)采用VWD‑50振弦式位移计；切向位移计(72)采用VWD‑50振弦式位移计；数据采集箱(73)包括集成PXI总线和PC机；其特征在于试验方法包括下列步骤：①试样的制备在开挖的探坑或试验平硐内选择未经扰动且具有代表性的原位岩土体，使用削土刀将岩土体削切为略小于剪切盒内径大小的块体，浸水时间视试样的透水性而定；试样削切完成后安放剪切盒内，并组装好仪器，开启数据采集流程；②试验工作开始时，首先对试样分级施加垂向荷载，4个试样的垂向压力分别为100kPa、200kPa、400kPa和600kPa，分4～5级达到试验要求的荷载，施加荷载后每5min观测变形一次，至每分钟的变形不超过0.05mm时，加下一级荷载；最后一级荷载施加后当1h内的垂向变形不超过0.05mm时，认为稳定，即可施加切向剪切荷载；③对试样施加切向剪应力，剪应力的施加采用分级的方法，即每1min加一级，开始按垂向总荷载的10％施加，当某级切向剪力下的变形超过前一级变形的1.5～2.0倍时，改为按垂向总荷载的5％施加；每施加一级，观测水平位移一次，当切向剪切达到峰值或稳定值时，即认为试样剪损；剪切变形达到10％试样边长时，即可停止试验；在施加切向剪应力过程中，保持垂向荷载不变；剪切时间控制在10～20min内；④在不同垂向荷载条件下，对同一土层以同样方式进行4个试样的剪切试验；⑤在数据自动采集中，绘制不同压力条件下的剪切位移—剪应力曲线，回归分析采用峰值时或10％剪切位移对应的剪应力，计算抗剪强度及c、值；步骤①中：剪切盒与试样之间的缝隙填满细砂，垂向压力板的底面与试样的顶面间垫薄层砂，并使垂向压力板与剪切盒的底平面平行；步骤②中：施加垂向荷载时，须保证垂向压力板中心、压力传感器中心、垂向压力千斤顶底座中心和试样中心，保持在同一轴线上。