现场剪切试验方法技术

本发明专利技术提供了现场剪切试验方法，通过向现场岩土体中钻孔，从而使孔洞围成指定的岩土体剪切区域，在多组相对的孔洞中填充膨胀剂，当膨胀剂产生膨胀力，使岩土体发生错动的效果，从而产生剪切破坏。在填充膨胀剂的孔洞中安装压应力片监测应力，实现对岩土体剪应力的原位测试，同时可以在产生膨胀力的一侧安装钢垫片，使岩土体所受到的膨胀力均匀化，所测数据比较精确。通过在孔洞不同深度即不同位置处逐层填充膨胀剂，监测每层剪应力，实现多层次剪切。可模拟的工况有：通过向孔洞中灌水的方法模拟降雨工况；通过在岩土体顶部进行加载，模拟不同正应力下的剪应力工况；通过对不同深度的孔洞逐层填充膨胀剂，监测每一层剪应力，模拟多层次、多方向剪应力工况。

【技术实现步骤摘要】
现场剪切试验方法
本专利技术属于剪切试验装置领域，特别是涉及一种现场剪切试验方法。
技术介绍
剪切试验的原理是根据库伦定律，土的内摩擦力与剪切面上的法向压力成正比，将同一种土制备成几个土样，分别在不同的法向压力下，沿固定的剪切面直接施加水平剪力，得其剪坏时剪应力，即为抗剪强度。为使试验结果尽可能接近实际情况，传统的剪切试验通常用各种剪切试验装置和相应的试验方法来模拟实标工件的工况条件，对试样施加剪力直至断裂，以测定其抗剪强度。常见的试验方法有：单剪试验、双剪试验、冲孔剪切试验、开缝剪切试验留底铆钉剪切试验和复合钢材剪切试验。正是如此，使得传统方法具有操作难度大、操作步骤繁琐复杂的特点。
技术实现思路
为解决以上技术问题，本专利技术提供现场剪切试验方法，此试验装置及方法能避免试验过程中的诸多繁琐操作，不用挖出岩土体即能轻松测得各深度、各工况的剪应力，本专利技术为现场试验，模拟效果更加接近真实情况。为了实现上述的技术特征，本专利技术的目的是这样实现的：现场剪切试验方法，它包括以下步骤：步骤一：对现场的岩土体进行钻孔操作，形成孔洞，并使得多个孔洞围成岩土体的指定剪切区域；步骤二：选择一侧的孔洞，并在其内部安装用于监测应力的压应力片，实现对岩土体剪应力的原位测试；步骤三：在紧靠压应力片所在位置安装垫片；步骤四：在多组相对的孔洞中填充膨胀剂，通过膨胀剂对安装有压应力片的孔洞产生膨胀力，使岩土体发生错动效果，并实时监测应力；步骤五：当岩土体的指定剪切区域发生破坏后试验结束，抽出垫片中囊体里的水分，从而回收垫片；步骤六：备份剪切试验所测得的数据，后期对试验数据进行分析。所述试验方法能够模拟的工况有：通过向孔洞中灌水的方法模拟降雨工况；通过在岩土体顶部进行加载，模拟不同正应力下的剪应力工况；通过对不同深度的孔洞逐层填充膨胀剂，监测每一层剪应力，模拟多层次、多方向剪应力工况。所述步骤四中膨胀剂的填充方式为某一组的一个孔洞底部和其相对孔洞相对高的位置，对多组相对的孔洞进行此类填充方式；所述步骤四中膨胀剂产生膨胀力，使指定的岩土剪切区域产生错动变形，从而产生剪切破坏，在破坏的瞬间，压应力片所监测到的最大应力为抗剪强度，实现对岩土剪应力的原位测试；所述步骤一中孔洞的数量和位置根据岩土体剪切区域的大小和形状确定；所述步骤四中在膨胀剂上方放置钢垫层，作为阻挡物，防止下方剪切对上方岩土体产生影响，方便分次剪切，以实现多层次剪切，多方位监测的目的。所述步骤三中在孔洞和岩土体指定剪切区域相切的位置安装垫片，使指定的岩土体剪切区域受力均匀，从而使所测数据比较精确；所述垫片的表面贴有压应力片或其它压应力传感器，监测应力。所述模拟不同正应力下的剪应力工况，是在岩土体顶部安装液压式千斤顶，在液压式千斤顶顶部安装反力框架，反力框架的两端进行固定，通过液压式千斤顶向岩土体施加应力，实现正应力可控，从而监测在不同应力下的剪应力变化。所述垫片采用钢垫片，该钢垫片结构为金属框架式，由半圆形和菱形连接而成，该钢垫片采用拆卸以及便回收结构形式，钢垫片背面集成多个压应力片，半圆形部分为剪切着力零件，与剪切部分相连接，菱形为支撑部分，压缩后能够轻松取出垫片。所述垫片中间为高强度纤维囊体，囊体内容物由水和砂的混合物或水和钢球的混合物组成，在实验完毕之后将囊体内水分抽取出，囊体回缩后便可以取出钢垫片，以达到回收循环利用的效果。对岩土体开槽时用切刀切出方孔，使模拟效果更加接近真实的受力情况；对岩土体倾斜一定角度进行开槽，使得开槽面为斜面，模拟实际情况中剪切面为斜面的情况。膨胀剂在封闭反应盒中进行反应，反应盒中间必须封闭搭接，整体为抽屉式结构仅可在水平方向左右移动，利用封闭反应盒对纵向和前后方向进行限制，使纵向和前后向的膨胀力减弱，从而加强左右方向的膨胀力。膨胀剂反应盒的材质为足够坚硬的金属材料，为使反应盒尽量较小，选用铝合金材料制作，并且安装由耐用钢材制成的弹簧来限制纵向和前后向。本专利技术有如下有益效果：1、膨胀剂填充在多组相对孔洞中产生膨胀力使围成的指定的岩土体剪切区域产生错动效果。2、在产生膨胀力的一侧安装钢垫片，使指定的岩土体剪切区域受力均匀，所测数据更精确。3、在钢垫片表面贴应变片，可实时监测指定的岩土体剪切区域所受应力。4、指定的岩土体剪切区域破坏的瞬间可检测到最大应力为其抗剪强度。5、不同孔洞的数量和位置自由组合可围成各种适应不同需要的岩土体剪切区域形状。6、若对岩土体进行分层剪切，可在膨胀剂上方设置刚垫层，其可作为阻挡物，防止下方进行剪切时对上方岩土体产生影响，从而影响分层剪切试验的准确性。7、在孔洞不同深度不同位置处逐层填充膨胀剂，监测每层剪应力，能实现多层次剪切。8、可在施工前向孔洞中灌水从而模拟降雨工况9、可在施工前在岩土体顶部设置液压式千斤顶进行加载，模拟不同正应力下的剪切变化工况10、所述钢垫片可回收循环利用，从而降低试验成本。11、所述膨胀剂反应盒当膨胀剂反应产生膨胀力时，该反应盒可限制其纵向和前后方向的膨胀，从而加强左右方向的膨胀效果，使指定的岩土体剪切区域受到更加集中的膨胀力。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1为四个钻孔所围成的岩土体立体示意图。图2为四个钻孔所围成的岩土体横截面示意图。图3为十二个钻孔所围成的岩土体立体示意图。图4为十二个钻孔所围成的岩土体横截面示意图。图5为应力可变式可回收钢垫片结构示意图。图6为膨胀剂反应盒示意图。图7为剪切槽为长方体的立体示意图。图8为剪切槽为长方体的俯视示意图。图9为剪切槽为长方体且与周围岩土有连接的立体示意图。图10为剪切槽为长方体且与周围岩土有连接的俯视示意图。图中：岩土体1、孔洞2、膨胀剂3、压应力片4、垫片5、钢垫层6、液压式千斤顶7、反力框架8。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施方式做进一步的说明。实施例1：参见图1-10，现场剪切试验方法，它包括以下步骤：步骤一：对现场的岩土体1进行钻孔操作，形成孔洞2，并使得多个孔洞2围成岩土体1的指定剪切区域；步骤二：选择一侧的孔洞2，并在其内部安装用于监测应力的压应力片4，实现对岩土体1剪应力的原位测试；步骤三：在紧靠压应力片4所在位置安装垫片5；步骤四：在多组相对的孔洞2中填充膨胀剂3，通过膨胀剂3对安装有压应力片4的孔洞2产生膨胀力，使岩土体1发生错动效果，并实时监测应力；步骤五：当岩土体1的指定剪切区域发生破坏后试验结束，抽出垫片5中囊体里的水分，从而回收垫片5；步骤六：备份剪切试验所测得的数据，后期对试验数据进行分析。实施例2：进一步的，所述试验方法能够模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.现场剪切试验方法，其特征在于它包括以下步骤：/n步骤一：对现场的岩土体（1）进行钻孔操作，形成孔洞（2），并使得多个孔洞（2）围成岩土体（1）的指定剪切区域；/n步骤二：选择一侧的孔洞（2），并在其内部安装用于监测应力的压应力片（4），实现对岩土体（1）剪应力的原位测试；/n步骤三：在紧靠压应力片（4）所在位置安装垫片（5）；/n步骤四：在多组相对的孔洞（2）中填充膨胀剂（3），通过膨胀剂（3）对安装有压应力片（4）的孔洞（2）产生膨胀力，使岩土体（1）发生错动效果，并实时监测应力；/n步骤五：当岩土体（1）的指定剪切区域发生破坏后试验结束，抽出垫片（5）中囊体里的水分，从而回收垫片（5）；/n步骤六：备份剪切试验所测得的数据，后期对试验数据进行分析。/n

【技术特征摘要】
1.现场剪切试验方法，其特征在于它包括以下步骤：
步骤一：对现场的岩土体（1）进行钻孔操作，形成孔洞（2），并使得多个孔洞（2）围成岩土体（1）的指定剪切区域；
步骤二：选择一侧的孔洞（2），并在其内部安装用于监测应力的压应力片（4），实现对岩土体（1）剪应力的原位测试；
步骤三：在紧靠压应力片（4）所在位置安装垫片（5）；
步骤四：在多组相对的孔洞（2）中填充膨胀剂（3），通过膨胀剂（3）对安装有压应力片（4）的孔洞（2）产生膨胀力，使岩土体（1）发生错动效果，并实时监测应力；
步骤五：当岩土体（1）的指定剪切区域发生破坏后试验结束，抽出垫片（5）中囊体里的水分，从而回收垫片（5）；
步骤六：备份剪切试验所测得的数据，后期对试验数据进行分析。


2.根据权利要求1所述现场剪切试验方法，其特征在于：所述试验方法能够模拟的工况有：通过向孔洞（2）中灌水的方法模拟降雨工况；
通过在岩土体（1）顶部进行加载，模拟不同正应力下的剪应力工况；
通过对不同深度的孔洞（2）逐层填充膨胀剂（3），监测每一层剪应力，模拟多层次、多方向剪应力工况。


3.根据权利要求1所述现场剪切试验方法，其特征在于：所述步骤四中膨胀剂（3）的填充方式为某一组的一个孔洞（2）底部和其相对孔洞（2）相对高的位置，对多组相对的孔洞进行此类填充方式；
所述步骤四中膨胀剂（3）产生膨胀力，使指定的岩土剪切区域产生错动变形，从而产生剪切破坏，在破坏的瞬间，压应力片（4）所监测到的最大应力为抗剪强度，实现对岩土剪应力的原位测试；
所述步骤一中孔洞（2）的数量和位置根据岩土体（1）剪切区域的大小和形状确定；
所述步骤四中在膨胀剂（3）上方放置钢垫层（6），作为阻挡物，防止下方剪切对上方岩土体（1）产生影响，方便分次剪切，以实现多层次剪切，多方位监测的目的。


4.根据权利要求1所述现场剪切试验方法，其特征在于：所述步骤三中在孔洞（2）和岩土体指定剪切区域相切的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘杰，何卓文，王瑞红，熊博文，张瀚，李远航，陶鑫波，骆浩，包顺，王芳，李洪亚，唐洪宇，谢晓康，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42