一种可以对岩土样进行渗透和环向剪切的设备及试验方法技术

本发明专利技术公开了一种可以对岩土样进行渗透和环向剪切的设备，包括环剪仪、第一压力体积控制器和第二压力体积控制器，所述环剪仪包括下剪切盒和位于下剪切盒上方的上剪切盒，所述上剪切盒内壁靠近剪切面的位置设置有孔隙压力传感器；环剪仪的上排水管通过第一管道与第一压力体积控制器连接，环剪仪的下排水管通过第二管道与第二压力体积控制器连接，所述第一管道与第一压力体积控制器的出水口连接，第二管道与第二压力体积控制器的出水口连接，所述上排水管和下排水管上均设置有阀门。另外，本发明专利技术还公开了采用该设备对岩土样进行渗透和环向剪切的试验方法。本发明专利技术克服了以往只能在渗透或剪切单一因素条件下对岩土样力学特性进行研究所存在的限制。进行研究所存在的限制。进行研究所存在的限制。

【技术实现步骤摘要】
一种可以对岩土样进行渗透和环向剪切的设备及试验方法


[0001]本专利技术属于岩土工程领域中滑坡灾害研究
，具体涉及一种可以对岩土样进行渗透和环向剪切的设备及试验方法。

技术介绍

[0002]滑坡是一种普遍存在的自然灾害，它对人民的生命财产安全造成严重危害。近年来，随我国都市化的进程周边环境的改变导致滑坡发生更加频繁。尤其在我国黄土高原地区的黄土塬上，由于种植农作物及绿化等需要，大量的引水灌溉工程在黄土塬边缘持续进行。由此在黄土塬边缘诱发了大量的黄土滑坡，国内比较典型的区域包括甘肃永靖黑方台滑坡群以及陕西泾阳南塬黄土滑坡群。两处滑坡群主要由灌溉诱发，因此了解此类滑坡机理，对预防和治理此类滑坡是非常重要的。目前，对于滑坡土体的渗流和力学性质分别进行的研究比较丰富，但是对于自然界中，由于降雨或灌溉条件下会在土体中引起渗透过程，渗透作用进行时部分区域的土体总会发生剪切破坏，渗透和剪切同时存在的情况下，即渗流场与应力场耦合作用下，土体力学特性变化的研究较显少报道，此一研究空白使得致灾机理尚未完全明了，导致此类灾害层出不穷，为此我们提出了这种可以对岩土样进行渗透和环向剪切的设备及其试验方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种可以对岩土样进行渗透和环向剪切的设备。该设备可以分别从压力控制渗透和流速控制渗透这两种不同的渗透方式来探究饱和土体在渗流场和应力场耦合条件下的力学行为，克服了以往只能在渗透或剪切单一因素条件下，对岩土样的力学特性进行研究所存在的限制。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种可以对岩土样进行渗透和环向剪切的设备，其特征在于，包括环剪仪、第一压力体积控制器和第二压力体积控制器，所述环剪仪包括下剪切盒和位于下剪切盒上方的上剪切盒，所述上剪切盒内壁靠近剪切面的位置设置有孔隙压力传感器；环剪仪的上排水管通过第一管道与第一压力体积控制器连接，环剪仪的下排水管通过第二管道与第二压力体积控制器连接，所述第一管道与第一压力体积控制器的出水口连接，第二管道与第二压力体积控制器的出水口连接，所述上排水管和下排水管上均设置有阀门。
[0005]上述的一种可以对岩土样进行渗透和环向剪切的设备，其特征在于，所述下剪切盒内设置有第一多孔金属层，第一多孔金属层的表面设置有第一滤纸，所述上剪切盒内设置有第二多孔金属层，第二多孔金属层表面设置有第二滤纸。
[0006]上述的一种可以对岩土样进行渗透和环向剪切的设备，其特征在于，所述上剪切盒的侧壁开设有通道，孔隙压力传感器的探头穿过所述通道固定设置于上剪切盒内壁靠近剪切面的位置。
[0007]另外，本专利技术还提供了一种采用上述设备进行渗透和环向剪切的试验方法，其特
征在于，包括以下步骤：
[0008]步骤一、制样：将烘干的重塑土过筛，然后按天然含水量配制成土样，将配制的土样制作成的环状土样；
[0009]步骤二、饱和：将步骤一中所述环状土样装入上述设备的环剪仪中，对环状土样进行抽真空饱和，然后再进行水头饱和，检测孔隙压力系数B值，当B值大于0.95时饱和完成，得到饱和试样；
[0010]步骤三、固结：向环剪仪的下压轴杆上连接荷载，对步骤二中所述饱和试样施加法相应力，固结12h以上，待竖向位移速率小于0.01mm/min时固结完成；
[0011]步骤四、渗透：通过第一压力体积控制器和第二压力体积控制器分别向固结后的试样进行压力控制渗透和流速控制渗透两种不同的渗透模式，并且控制不同的渗透时间；
[0012]步骤五、剪切：待渗透完成后，通过控制不同的剪切速率对试样进行剪切。
[0013]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
[0014]1、本专利技术可以对岩土样进行渗透和环向剪切，通过设置第一压力体积控制器和第二压力体积控制器，可以分别给试样上部和试样下部施加不同的液体压力或不同液体流速，进而可以模拟在不同水力梯度下对饱和试样进行压力控制渗透或流速控制渗透，使得试验结果更加可靠。
[0015]2、本专利技术通过在上剪切盒内壁靠近剪切面的位置设置孔隙压力传感器，可以精确监控渗透和剪切共同作用下剪切带孔隙水压力在土体中的传递和动态发展情况，对比渗透前后剪切过程中孔隙水压力变化情况，得出的试验数据可用以揭示试样强度弱化机制。
[0016]3、采用本专利技术的设备，可以分别从压力控制渗透和流速控制渗透这两种不同的渗透方式来探究饱和土体在渗流场和应力场耦合条件下的力学行为，克服了以往只能在渗透或剪切单一因素条件下，对岩土样的力学特性进行研究存在的限制。
[0017]4、采用本专利技术设备和方法可充分了解不同降雨形态或剪切作用对土体抗剪强度和承载力的影响，明确地下水渗流、剪应力和坡体自重应力相互作用关系，揭示黄土滑坡致灾机理，对预防和治理此类黄土滑坡有着重要的科学意义。
[0018]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。
附图说明
[0019]图1为本专利技术设备的结构示意图。
[0020]图2为采用本专利技术设备和方法在不同流速进行渗透和环向剪切的剪切强度图。
[0021]图3为采用本专利技术设备和方法在不同渗透压力下进行渗透和环向剪切的剪切强度图。
[0022]图4为采用本专利技术设备和方法在不同渗透压力下进行渗透和环向剪切的孔压变化图。
[0023]附图标记说明：
[0024]1—上剪切盒；
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2—下剪切盒；
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3—孔隙压力传感器；
[0025]4—第一多孔金属层；
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5—第一滤纸；
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6—第二多孔金属层；
[0026]7—第二滤纸；
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8—第一压力体积控制器；
[0027]9—第二压力体积控制器；
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10—上排水管；
[0028]11—第一管道；
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12—下排水管；
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13—第二管道。
具体实施方式
[0029]如图1所示，本专利技术的可以对岩土样进行渗透和环向剪切的设备，包括环剪仪、第一压力体积控制器8和第二压力体积控制器9，所述环剪仪包括下剪切盒2和位于下剪切盒2上方的上剪切盒1，所述上剪切盒1内壁靠近剪切面的位置设置有孔隙压力传感器3；环剪仪的上排水管10通过第一管道11与第一压力体积控制器8连接，环剪仪的下排水管12通过第二管道13与第二压力体积控制器9连接，所述第一管道11与第一压力体积控制器8的出水口连接，第二管道13与第二压力体积控制器9的出水口连接，所述上排水管10和下排水管12上均设置有阀门14。
[0030]本实施例中，所述下剪切盒2内设置有第一多孔金属层4，第一多孔金属层4的表面设置有第一滤纸5，所述上剪切盒1内设置有第二多孔金属层6，第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可以对岩土样进行渗透和环向剪切的设备，其特征在于，包括环剪仪、第一压力体积控制器(8)和第二压力体积控制器(9)，所述环剪仪包括下剪切盒(2)和位于下剪切盒(2)上方的上剪切盒(1)，所述上剪切盒(1)内壁靠近剪切面的位置设置有孔隙压力传感器(3)；环剪仪的上排水管(10)通过第一管道(11)与第一压力体积控制器(8)连接，环剪仪的下排水管(12)通过第二管道(13)与第二压力体积控制器(9)连接，所述第一管道(11)与第一压力体积控制器(8)的出水口连接，第二管道(13)与第二压力体积控制器(9)的出水口连接，所述上排水管(10)和下排水管(12)上均设置有阀门(14)。2.根据权利要求1所述的一种可以对岩土样进行渗透和环向剪切的设备，其特征在于，所述下剪切盒(2)内设置有第一多孔金属层(4)，第一多孔金属层(4)的表面设置有第一滤纸(5)，所述上剪切盒(1)内设置有第二多孔金属层(6)，第二多孔金属层(6)表面设置有第二滤纸(7)。3.根据权利要求1所述的一种可以对岩土样进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑文杰，肖伟，康农波，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：