本发明专利技术公开了一种堆积体‑岩石界面剪切渗流耦合试验装置，包括反力架、下剪切盒、上剪切盒、箱体、孔隙水压力计、加载板、垂直位移计、水压调节单元一、水压调节单元二、流量计、滚轮装置、力传感器、水平位移计、竖直伺服电机、垂直应力加载装置、剪切应力加载装置和水平伺服电机。本装置不仅能实现复杂界面性质的堆积体‑岩石界面剪切力学性质研究，同时还可进行模拟不同埋深的堆积体‑岩石界面的剪切渗流耦合状态下的试验研究。通过改变剪切盒两侧的渗透压力，进行水的渗流侵蚀、软化等作用下堆积体‑岩石界面剪切强度变化规律及变形性质的试验研究。
A Shear-Seepage Coupling Test Device for Accumulation-Rock Interface
【技术实现步骤摘要】
一种堆积体-岩石界面的剪切渗流耦合试验装置
本专利技术涉及岩土体力学性质测试领域，具体是一种堆积体-岩石界面的剪切渗流耦合试验装置。
技术介绍
堆积体包括冲积物、洪积物、坡积物及人工填筑体等自然或人为的堆填筑土体或土石混合体。堆积体斜/边坡一般是由上覆堆积体和下覆基岩组成，坡体整体稳定性主要受这两者影响，其中上覆堆积体和下覆基岩的交界面称为基覆界面。堆积体斜/边坡的破坏大都沿基覆界面发生，尤其是堆积体滑坡造成地表出现较多裂隙时，降雨或地表水渗入基覆界面，进一步劣化此界面的力学性质，促进其沿界面侵蚀破坏。此外，在外部荷载或自身重力的作用下，堆积体与岩石接触面处常发生较大的剪切错位变形。这种剪切变形和渗流作用共同劣化堆积体斜/边坡的稳定性，对边坡的整体稳定性造成威胁。因此，开展剪切-渗流耦合作用下堆积体与岩石接触面力学行为试验研究具有重要的理论意义及工程实用价值。堆积体-岩石界面的剪切力学性质受其岩石种类、岩石表面粗糙起伏形态、上覆土体的类型、级配和含石量、渗流侵蚀条件等因素的影响，采用传统的试验仪器获取界面的动态剪切及渗流力学参数效果不佳。现有涉及界面抗剪强度特性的仪器大部分具有操作不便、试验精度不够等缺陷，如申请号201510836695.1和201610391482.7的文献所涉及的装置操作复杂，试验数据采集精度不高，同时不可进行渗流试验，无法考虑水流渗流侵蚀软化作用对堆积体-岩石界面力学性质的影响。又如申请号201510214711.3的文献公开了适用于土体水平接触面剪切变形的水平渗透仪，虽可以进行剪切渗流耦合试验，但剪切变形距离存在限制，无法实现大剪切变形下的渗流试验。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种堆积体-岩石界面的剪切渗流耦合试验装置。本专利技术解决所述技术问题的技术方案是，提供一种堆积体-岩石界面剪切渗流耦合试验装置，其特征在于该装置包括反力架、下剪切盒、上剪切盒、箱体、孔隙水压力计、加载板、垂直位移计、水压调节单元一、水压调节单元二、流量计、滚轮装置、力传感器、水平位移计、竖直伺服电机、垂直应力加载装置、剪切应力加载装置和水平伺服电机；所述箱体通过滚轮装置放置于反力架内部，能沿反力架水平移动；所述水平伺服电机固定于反力架的侧板上，其输出端安装有剪切应力加载装置；剪切应力加载装置与箱体接触；水平位移计用于采集箱体的水平位移；所述下剪切盒的底部固定于箱体内部中间位置处，侧板顶部放置有上剪切盒；下剪切盒与上剪切盒连通；上剪切盒的侧板顶部通过第一密封板与箱体的侧板顶部密封连接，形成位于矩形剪切盒与箱体之间的密封的左侧水室和右侧水室；下剪切盒与左侧水室和右侧水室接触的两侧板以及上剪切盒与左侧水室和右侧水室接触的两侧板上均开有透水孔；水压调节单元一通过管道伸入左侧水室内部，用于调节左侧水压，管道上安装有流量计；水压调节单元二通过管道伸入右侧水室内部，用于调节右侧水压，管道上安装有流量计；所述力传感器的一端固定与反力架内部，穿过箱体，另一端与上剪切盒接触；力传感器和箱体的接缝处设置有活塞，起密封作用，防止液体从力传感器和箱体的接缝处漏出；下剪切盒用于放置岩石试样，上剪切盒用于放置堆积体试样，堆积体试样与岩石试样相接触的界面为堆积体-岩石界面；所述孔隙水压力计放置于堆积体-岩石界面处；加载板放置于堆积体试样顶部，侧面与上剪切盒的内侧接触，两者的接触处设置有第二密封板；竖直伺服电机固定于反力架的顶板上，其输出端安装有垂直应力加载装置；垂直应力加载装置与加载板接触；所述垂直位移计用于采集加载板的垂直位移。与现有技术相比，本专利技术有益效果在于：(1)本装置不仅能实现复杂界面性质(不同岩石的种类和粗糙度及堆积体不同的物质组成和级配)的堆积体-岩石界面剪切力学性质研究，同时还可进行模拟不同埋深的堆积体-岩石界面的剪切渗流耦合状态下的试验研究。(2)通过改变剪切盒两侧的渗透压力，进行水的渗流侵蚀、软化等作用下堆积体-岩石界面剪切强度变化规律及变形性质的试验研究。(3)本装置可在试验过程中实时采集堆积体-岩石接触面处的孔隙水压力，对剪切过程中的渗流特性进行试验研究。(4)本装置具有结构设计合理、试验操作方便、测量精度较高等优点，同时也满足了不同垂直应力，考虑堆积体不同种类、不同级配和不同含石量条件下以及考虑岩石界面形态的直剪试验要求。(5)本装置除了可实现在不同渗透压力状态下，堆积体-岩石界面的大剪切变形试验研究，还可实现在不同渗透压力状态下，堆积体的大剪切变形试验研究。附图说明图1为本专利技术一种实施例的整体结构内部示意图；图2为本专利技术图1中A-A线剖视图；图3为本专利技术图1中B-B线剖视图；图4为本专利技术一种实施例的上剪切盒的结构示意图；图5为本专利技术一种实施例的下剪切盒的结构示意图；图6为本专利技术一种实施例的第一密封板结构示意图；图中：1、反力架；2、下剪切盒；3、上剪切盒；4、水平控制杆；5、箱体；6、透水板；7、孔隙水压力计；8、加载板；9、垂直位移计；10、第一密封板；11、左侧水室；12、右侧水室；13、活塞；14、水压调节单元一；15、水压调节单元二；16、流量计；17、滚轮装置；18、力传感器；19、水平位移计；20、堆积体试样；21、岩石试样；22、堆积体-岩石界面；23、插栓；24、密封条；25、竖直伺服电机；26、垂直应力加载装置；27、剪切应力加载装置；28、水平伺服电机；29、透水孔；30、第二密封板；31、上刚性板；32、下刚性板；33、橡胶轴。具体实施方式下面给出本专利技术的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本专利技术，不限制本申请权利要求的保护范围。本专利技术提供了一种堆积体-岩石界面剪切渗流耦合试验装置(简称装置，参见图1-5)，其特征在于该装置包括反力架1、下剪切盒2、上剪切盒3、箱体5、孔隙水压力计7、加载板8、垂直位移计9、水压调节单元一14、水压调节单元二15、流量计16、滚轮装置17、力传感器18、水平位移计19、竖直伺服电机25、垂直应力加载装置26、剪切应力加载装置27和水平伺服电机28；所述箱体5的底部通过滚轮装置17放置于反力架1内部，能沿反力架1水平移动；所述水平伺服电机28固定于反力架1的侧板上，其输出端安装有剪切应力加载装置27，水平伺服电机28控制试验过程中剪切应力大小；剪切应力加载装置27与箱体5的侧板接触，实现箱体5的水平移动；水平位移计19安装于反力架1内部，用于采集箱体5的水平位移；所述下剪切盒2的底部通过插栓23固定于箱体5内部中间位置处，侧板顶部放置有上剪切盒3，与上剪切盒3的侧板底部接触；下剪切盒2与上剪切盒3连通；上剪切盒3的侧板顶部通过第一密封板10与箱体5的侧板顶部密封连接，形成位于矩形剪切盒(上剪切盒3和下剪切盒2)与箱体5之间的密封的左侧水室11和右侧水室12；下剪切盒2与左侧水室11和右侧水室12接触的两侧板以及上剪切盒3与左侧水室11和右侧水室12接触的两侧板上均开有透水孔29；水压调节单元一14通过管道穿过第一密封板10伸入左侧水室11内部，用于调节左侧水压，管道上安装有流量计16，用于测量液体流量；水压调节单元二15通过管道穿过第一密封板10伸入右侧水室12内部，用于调节右侧水压，管道上安装有流量计16本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种堆积体‑岩石界面剪切渗流耦合试验装置，其特征在于该装置包括反力架、下剪切盒、上剪切盒、箱体、孔隙水压力计、加载板、垂直位移计、水压调节单元一、水压调节单元二、流量计、滚轮装置、力传感器、水平位移计、竖直伺服电机、垂直应力加载装置、剪切应力加载装置和水平伺服电机；所述箱体通过滚轮装置放置于反力架内部，能沿反力架水平移动；所述水平伺服电机固定于反力架的侧板上，其输出端安装有剪切应力加载装置；剪切应力加载装置与箱体接触；水平位移计用于采集箱体的水平位移；所述下剪切盒的底部固定于箱体内部中间位置处，侧板顶部放置有上剪切盒；下剪切盒与上剪切盒连通；上剪切盒的侧板顶部通过第一密封板与箱体的侧板顶部密封连接，形成位于矩形剪切盒与箱体之间的密封的左侧水室和右侧水室；下剪切盒与左侧水室和右侧水室接触的两侧板以及上剪切盒与左侧水室和右侧水室接触的两侧板上均开有透水孔；水压调节单元一通过管道伸入左侧水室内部，用于调节左侧水压，管道上安装有流量计；水压调节单元二通过管道伸入右侧水室内部，用于调节右侧水压，管道上安装有流量计；所述力传感器的一端固定与反力架内部，穿过箱体，另一端与上剪切盒接触；力传感器和箱体的接缝处设置有活塞，起密封作用，防止液体从力传感器和箱体的接缝处漏出；下剪切盒用于放置岩石试样，上剪切盒用于放置堆积体试样，堆积体试样与岩石试样相接触的界面为堆积体‑岩石界面；所述孔隙水压力计放置于堆积体‑岩石界面处；加载板放置于堆积体试样顶部，侧面与上剪切盒的内侧接触，两者的接触处设置有第二密封板；竖直伺服电机固定于反力架的顶板上，其输出端安装有垂直应力加载装置；垂直应力加载装置与加载板接触；所述垂直位移计用于采集加载板的垂直位移。...
【技术特征摘要】
1.一种堆积体-岩石界面剪切渗流耦合试验装置，其特征在于该装置包括反力架、下剪切盒、上剪切盒、箱体、孔隙水压力计、加载板、垂直位移计、水压调节单元一、水压调节单元二、流量计、滚轮装置、力传感器、水平位移计、竖直伺服电机、垂直应力加载装置、剪切应力加载装置和水平伺服电机；所述箱体通过滚轮装置放置于反力架内部，能沿反力架水平移动；所述水平伺服电机固定于反力架的侧板上，其输出端安装有剪切应力加载装置；剪切应力加载装置与箱体接触；水平位移计用于采集箱体的水平位移；所述下剪切盒的底部固定于箱体内部中间位置处，侧板顶部放置有上剪切盒；下剪切盒与上剪切盒连通；上剪切盒的侧板顶部通过第一密封板与箱体的侧板顶部密封连接，形成位于矩形剪切盒与箱体之间的密封的左侧水室和右侧水室；下剪切盒与左侧水室和右侧水室接触的两侧板以及上剪切盒与左侧水室和右侧水室接触的两侧板上均开有透水孔；水压调节单元一通过管道伸入左侧水室内部，用于调节左侧水压，管道上安装有流量计；水压调节单元二通过管道伸入右侧水室内部，用于调节右侧水压，管道上安装有流量计；所述力传感器的一端固定与反力架内部，穿过箱体，另一端与上剪切盒接触；力传感器和箱体的接缝处设置有活塞，起密封作用，防止液体从力传感器和箱体的接缝处漏出；下剪切盒用于放置岩石试样，上剪切盒用于放置堆积体试样，堆积体试样与岩石试样相接触的界面为堆积体-岩石界面；所述孔隙水压力计放置于堆积体-岩石界面处；加载板放置于堆积体试样顶部，侧面与上剪切盒的内侧接触，两者的接触处设置有第二密封板；竖直伺服电机固定于反力架的顶板上，其输出端安装有垂直应力加载装置；垂直应力加载装置与加载板接触；所述垂直位移计用于采集加载板的垂直位移。2.根据权利要求1所述的堆积体-岩石界面剪切渗流耦合试验装置，其特征在于该装置还包括水平控制杆；水平控制杆的一端固定于箱体内部，另一端与下剪切盒的外侧面接触，用于支撑下剪切盒，保证下剪切盒和箱体固定。3.根据权利要求1所述的堆积体-岩石界面剪切渗流耦合试验装置，其特征在于该装...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄达，黄文波，裴向军，宋宜祥，岑夺丰，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12
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