非饱和土湿载直剪试验装置及增湿强度获取方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种非饱和土湿载直剪试验装置及增湿强度获取方法，包括水平平台、剪切盒、剪切试样、固定装置、垂直加载组件、水平加载组件、增湿装置和抽气装置，所述的剪切盒分为上剪切盒和下剪切盒，所述的下剪切盒设在水平平台上，所述的上剪切盒一侧与固定装置连接，所述的水平加载组件设在下剪切盒远离固定装置的一侧；所述的上剪切盒顶部设有传压板，所述的垂直加载组件设在传压板上，所述的增湿装置设在上剪切盒顶部，所述的抽气装置设在下剪切盒上，所述的剪切试样设在剪切盒内。本发明专利技术通过增湿装置和抽泣装置可获取非饱和土体在不同含水率下的增湿强度参数，更准确的确保了后续施工时土体的稳定性。

Direct shear test apparatus for unsaturated soil under wet load and method for obtaining the strength of humidification

【技术实现步骤摘要】
非饱和土湿载直剪试验装置及增湿强度获取方法
本专利技术涉及土木工程
，具体涉非饱和土湿载直剪试验装置及增湿强度获取方法。
技术介绍
土的抗剪强度是土体抵抗剪切破坏的抵抗能力，建筑物地基的破坏、人工或自然斜坡的滑动、挡土墙的移动或倾倒等，都是由于土内的剪应力超过其本身的抗剪强度而引起的。非饱和土是由固相、液相和气相组成的复合介质，非饱和土分布广泛，在干旱和半干旱地区，因为气候作用，土体通常处于非饱和状态，并且经过开挖、重塑和再压实的土体通常也是非饱和土。非饱和土的结构性强，对水电敏感性高，抗剪强度随含水率变化显著。在实际岩土环境中，非饱和土在降雨或管道渗漏造成的土体含水量变化的同时，强度也发生改变，传统直剪试验装置及试验方法无法考虑土体的含水率变化对强度的影响，导致得到的非饱和土增湿强度参数与真实情况差异较大。因此，在地基与基础工程、边坡工程、水利与水电工程中合理地提出非饱和土在不同状态下的强度参数是客观需要。
技术实现思路
为了克服传统直剪试验装置及试验方法无法考虑土体的含水率变化对强度的影响，导致得到的非饱和土增湿强度参数与真实情况差异较大，导致施工时土体稳定性不确定的问题，本专利技术提供一种非饱和土湿载直剪试验装置及增湿强度获取方法，本专利技术通过增湿装置和抽泣装置可获取非饱和土体在不同含水率下的增湿强度参数，更准确的确保了后续施工时土体的稳定性。本专利技术采用的技术方案为：一种非饱和土湿载直剪试验装置，包括水平平台、剪切盒、剪切试样、固定装置、垂直加载组件、水平加载组件、增湿装置和抽气装置，所述的剪切盒分为上剪切盒和下剪切盒，所述的下剪切盒设在水平平台上，所述的上剪切盒一侧与固定装置连接，所述的水平加载组件设在下剪切盒远离固定装置的一侧；所述的上剪切盒顶部设有传压板，所述的垂直加载组件设在传压板上，所述的增湿装置设在上剪切盒顶部，所述的抽气装置设在下剪切盒上，所述的剪切试样设在剪切盒内；所述的上剪切盒顶部内表面上和下剪切盒的底部的内表面上均设有透水板和滤纸，所述的下剪切盒内底部设有多个排水孔。所述的固定装置包括量力钢环和竖直平台，所述的剪切盒的上剪切盒通过量力钢环固定在竖直平台上。所述的剪切盒的下剪切盒通过滚珠设在水平平台上。所述的增湿装置包括四个水箱、水箱阀门和水箱水管，所述的四个水箱均匀分布在上剪切盒顶部四周，每个水箱下端均通过对应的水箱水管与上剪切盒内部连通，每个水箱水管上均设置有水箱阀门；四个水箱上均设有刻度。所述的抽气装置包括四个气泵、气泵阀门和气泵水管，所述的四个气泵分布在下剪切盒下部的四周，每个气泵均通过对应的气泵水管与下剪切盒内部连通，每个气泵水管上均设有气泵阀门。一种非饱和土湿载直剪试验增湿强度获取的方法，具体步骤为：步骤一，制备剪切试样，分别得到剪切试样质量m1的土粒质量ms；步骤二，对准上剪切盒和下剪切盒，在下剪切盒内放入透水板和滤纸后，将剪切试样置于剪切盒中，再在剪切试样上放滤纸和透水板；调控垂直加载组件施加垂直压力，使剪切试样固结变形稳定；步骤三，交替打开对角处的增湿装置和抽气装置，使进入剪切试样的水分均匀的分布在剪切试样内，记录进入剪切试样内水的体积，并求出水的质量m2；步骤四，剪切试样增湿后，通过水平加载组件对下剪切盒施加剪切力，进行剪切，直至破坏或剪切位移超过剪切试样尺寸的1/10；步骤五，重复步骤一到四，进行至少4个剪切试样的剪切试验；步骤六，分别测量排水孔及气泵中水的体积并求出水的质量m3及m4，剪切试样增加的质量为进入剪切试样内水的总质量，以此可确定改变后的土样含水率w；步骤七，完成直剪试验，得到非饱和土增湿强度指标，确保后续施工中土体的稳定性。所述的步骤一中，制备的剪切试样为土样，土样质量m1为土样的天然质量，土样的土粒质量ms为土样的干质量。所述的步骤二中，剪切试样施加垂直压力后，每1h测读一次垂直变形量值，直至每小时的变形不大于0.005mm后判定为固结稳定。所述的步骤三中，依次交替打开位于对角处的增湿装置和抽吸装置，首先打开第一个水箱对应的水箱阀门，同时打开位于第一个水箱对角处的第一个气泵上的气泵阀门，通过第一个气泵将第一个水箱中注入的水从剪切试样上方一端抽吸到剪切试样下方另一端的气泵处，然后同样的打开剩余的三个水箱和对应的气泵，使水箱中的水均匀分布在剪切试样内；完成对剪切试样的增湿，并记录进入剪切试样内水的体积，求出水的质量m2。所述的步骤六中，分别测量排水孔及气泵中水的体积并求出质量m3及m4，剪切试样增加的质量为进入土样内水的总质量，即由四个水箱水量总和减去排水孔排除的水量，以此可确定改变后的土样含水率w；其中：m为土的总质量；为土样原始质量；为增湿装置加入土样中水的质量；为排水孔中水的质量；为气泵中水的质量；其中：w为土的含水率；为土中水的质量；为土粒的质量；m为土的总质量；通过试验结果绘制剪应力与剪切位移关系曲线，得到土体的增湿强度。本专利技术的有益效果为：（1）本专利技术可实现在直剪试验过程中动态调控试样的含水率，解决了非饱和土增湿强度参数获取的问题，且工程运用简便、快捷。（2）本专利技术适用于多种实际岩土环境中非饱和土参数取值问题，包括无压增湿、压力增湿及剪切过程增湿等，可分别应用于降雨后土体参数的获取、建筑物下土体浸水后的参数的获取、及由于水浸入导致边坡或地基破坏过程中参数的获取，适用范围广。（3）通过本专利技术获得的增湿强度，可以有效反映出由于增湿产生的土体抗剪强度变化，可更真实地得到非饱和土体的抗剪强度参数，从而指导工程设计施工。附图说明图1是本专利技术实验装置立面示意图。图2是本专利技术实验装置俯视示意图。图中，附图标记为：1、增湿装置；101、水箱；102、水箱阀门；103、水箱水管；2、刻度；3、抽气装置；301、气泵；302、气泵阀门；303、气泵水管；4、水平平台；5、滚珠；6、传压板；7、透水板；8、滤纸；9、剪切盒；901、上剪切盒；902、下剪切盒；10、剪切试样；11、排水孔；12、垂直加载组件；13、水平加载组件；14、固定装置；1401、量力钢环；1402、竖直平台。以下将结合附图进行进一步的说明。具体实施方式实施例1：为了克服传统直剪试验装置及试验方法无法考虑土体的含水率变化对强度的影响，导致得到的非饱和土增湿强度参数与真实情况差异较大，导致施工时土体稳定性不确定的问题，本专利技术提供如图1和2所示的一种非饱和土湿载直剪试验装置及增湿强度获取方法，本专利技术通过增湿装置和抽泣装置可获取非饱和土体在不同含水率下的增湿强度参数，更准确的确保了后续施工时土体的稳定性。一种非饱和土湿载直剪试验装置，包括水平平台4、剪切盒9、剪切试样10、固定装置14、垂直加载组件12、水平加载组件1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非饱和土湿载直剪试验装置，其特征在于：包括水平平台（4）、剪切盒（9）、剪切试样（10）、固定装置（14）、垂直加载组件（12）、水平加载组件（13）、增湿装置（1）和抽气装置（3），所述的剪切盒（9）分为上剪切盒（901）和下剪切盒（902），所述的下剪切盒（902）设在水平平台（4）上，所述的上剪切盒（901）一侧与固定装置（14）连接，所述的水平加载组件（13）设在下剪切盒（902）远离固定装置（14）的一侧；所述的上剪切盒（901）顶部设有传压板（6），所述的垂直加载组件（12）设在传压板（6）上，所述的增湿装置（1）设在上剪切盒（901）顶部，所述的抽气装置（3）设在下剪切盒（902）上，所述的剪切试样（10）设在剪切盒（9）内；所述的上剪切盒（901）顶部内表面上和下剪切盒（902）的底部的内表面上均设有透水板（7）和滤纸（8），所述的下剪切盒（902）内底部设有多个排水孔（11）。/n

【技术特征摘要】
1.一种非饱和土湿载直剪试验装置，其特征在于：包括水平平台（4）、剪切盒（9）、剪切试样（10）、固定装置（14）、垂直加载组件（12）、水平加载组件（13）、增湿装置（1）和抽气装置（3），所述的剪切盒（9）分为上剪切盒（901）和下剪切盒（902），所述的下剪切盒（902）设在水平平台（4）上，所述的上剪切盒（901）一侧与固定装置（14）连接，所述的水平加载组件（13）设在下剪切盒（902）远离固定装置（14）的一侧；所述的上剪切盒（901）顶部设有传压板（6），所述的垂直加载组件（12）设在传压板（6）上，所述的增湿装置（1）设在上剪切盒（901）顶部，所述的抽气装置（3）设在下剪切盒（902）上，所述的剪切试样（10）设在剪切盒（9）内；所述的上剪切盒（901）顶部内表面上和下剪切盒（902）的底部的内表面上均设有透水板（7）和滤纸（8），所述的下剪切盒（902）内底部设有多个排水孔（11）。


2.根据权利要求1所述的一种非饱和土湿载直剪试验装置，其特征在于：所述的固定装置（14）包括量力钢环（1401）和竖直平台（1402），所述的剪切盒（9）的上剪切盒（901）通过量力钢环（1401）固定在竖直平台（1402）上。


3.根据权利要求1所述的一种非饱和土湿载直剪试验装置，其特征在于：所述的剪切盒（9）的下剪切盒（902）通过滚珠（5）设在水平平台（4）上。


4.根据权利要求1所述的一种非饱和土湿载直剪试验装置，其特征在于：所述的增湿装置（1）包括四个水箱（101）、水箱阀门（102）和水箱水管（103），所述的四个水箱（101）均匀分布在上剪切盒（901）顶部四周，每个水箱（101）下端均通过对应的水箱水管（103）与上剪切盒（901）内部连通，每个水箱水管（103）上均设置有水箱阀门（102）；四个水箱（101）上均设有刻度。


5.根据权利要求1所述的一种非饱和土湿载直剪试验装置，其特征在于：所述的抽气装置（3）包括四个气泵（301）、气泵阀门（302）和气泵水管（303），所述的四个气泵（301）分布在下剪切盒（902）下部的四周，每个气泵（301）均通过对应的气泵水管（303）与下剪切盒（902）内部连通，每个气泵水管（303）上均设有气泵阀门（302）。


6.根据权利要求1-5所述的任意一种非饱和土湿载直剪试验增湿强度获取的方法，其特征在于：具体步骤为：
步骤一，制备剪切试样（10），分别得到剪切试样（10）质量m1的土粒质量ms；
步骤二，对准上剪切盒（901）和下剪切盒（902），在下剪切（902）盒内放入透水板（7）和滤纸（8）后，将剪切试样（10）置于剪切盒（9）中，再在剪切试样（10）上放滤纸（8）和透水板（7）；调控垂直加载组件（12）施加垂直压力，使剪切试样（10）固结变形稳定；
步骤三，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张莹，狄圣杰，刘奉银，吕庆超，
申请(专利权)人：中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61