【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于土工剪切渗流试验，具体涉及一种模拟双向渗流条件下粗粒土剪切试验装置及方法。
技术介绍
1、水是边坡失稳的主要原因之一，会导致滑坡、泥石流等自然灾害。水动力作用也是工程边坡失稳破坏的主要原因。水动力致使边坡失稳的形式有很多，如降雨，层间水等。在水动力条件下，降雨和侧向渗流(层间水)作用会对边坡失稳产生重要影响。边坡失稳的情况主要表现在以下几个方面：孔压增大、含水率提高。这些因素会改变边坡内部的应力状态、降低粘聚力、影响渗流路径，并进一步增加边坡失稳的风险。
2、随着雨水和侧向渗流的进行，边坡内部的孔压逐渐增加，导致边坡内部的应力状态发生变化。在某些情况下，孔压的增加可能导致边坡破坏，引发失稳现象。在渗流过程中，边坡内部的含水率逐渐上升。高含水率会降低边坡内部的粘聚力以及内摩擦角，影响边坡的稳定性。因此土体的黏聚力以及内摩擦角作为边坡工程的重要物理参数，其科学准确的测试方法尤为重要。
3、常见测量土体的黏聚力以及内摩擦角的主要方式是通过直剪试验，但其操作以及数据计算较为繁琐。此外目前的剪切仪主要是针对物理性质相对固定的细粒土而设计的，无法真实还原渗流过程中粗粒土黏聚力以及内摩擦的变化情况。剪切过程中存在“黑箱”问题，无法观察剪切过程中剪切盒内部土体的变化形态。
4、另外，由于岩土工程的破坏大多是由于剪切破坏引起的，所以准确、便捷地测定其剪切强度尤为重要。目前，传统的剪切仪在测量土体抗剪强度时，针对的是一维平面，无法体现三维状态下的公路路堑边坡在降雨垂直下渗以及侧向渗流(层间水)工况作
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种模拟双向渗流条件下粗粒土剪切试验装置及方法，在双向渗流条件下对粗粒土进行剪切试验，在加载装置进行剪切土样的同时，使用水泵对原状土样进行侧向及降雨渗流试验，确保土样达到渗流系统与直剪系统相结合，达到剪切渗流耦合操作简便且精准的目的，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
3、一种模拟双向渗流条件下粗粒土剪切试验装置，包括用于对粗粒土进行剪切试验的粗粒土剪切模块；用于模拟不同降雨强度的垂直下渗模块；用于模拟不同层间水压力及渗流路径的侧向入渗模块；用于记录可视面的剪切过程的图像采集模块；其中，所述粗粒土剪切模块包括：上剪切盒，所述上剪切盒与提供法向压力的垂直加载部件相连接，所述上剪切盒的顶板为均匀打孔的透水石；设于上剪切盒下方的下剪切盒，所述下剪切盒与提供水平剪切力的水平加载部件相连接，所述下剪切盒的一侧具有排水口；设于所述下剪切盒底部的底板，所述底板下方连接有沿剪切方向铺设的滑轨；以及埋设于所述上剪切盒和所述下剪切盒内的土层中的湿度传感器和孔隙水压力计；所述垂直下渗模块包括安装于所述上剪切盒顶部的降雨喷头；以及与所述降雨喷头相连接的水管一；所述侧向入渗模块包括安装于所述上剪切盒一侧的侧向入渗水箱，所述侧向入渗水箱的一侧具有进水口；以及与所述侧向入渗水箱一侧进水口相连通的水管二。
4、优选的，还包括设于所述滑轨一侧的支撑台，所述支撑台的顶部安装有用于对水管一和水管二供水的供水组件，所述供水组件包括安装于所述支撑台顶部的水泵，所述水泵的排水端分别与水管一和水管二的一端相连通；以及设于所述支撑台一侧的盛水箱一，所述水泵的进水端延伸至所述盛水箱一的内腔。
5、优选的，还包括分别设于水管一和水管二上的流量控制组件，所述流量控制组件包括分别安装于所述水管一和水管二表面的流量计；以及分别安装于所述水管一和水管二表面的阀门一。
6、优选的，所述湿度传感器和孔隙水压力计均设置有多组，分别为湿度传感器a、湿度传感器b、湿度传感器c、湿度传感器d、湿度传感器e、湿度传感器f和孔隙水压力计g、孔隙水压力计h、孔隙水压力计i，其中：所述湿度传感器a和孔隙水压力计g分别固定于距透水石顶板5cm上剪切盒一侧的中心处，与土体充分接触，且与湿度传感器a和孔隙水压力计g配套的观测电缆分别于所述透水石顶板内穿过；所述湿度传感器d和孔隙水压力计h分别埋于所述上剪切盒与下剪切盒交界中心处，且与所述湿度传感器d和孔隙水压力计h配套的观测电缆分别于所述上剪切盒对应位置穿出；所述湿度传感器f和孔隙水压力计i分别固定于距底板5cm的下剪切盒一侧的中心处，且与所述湿度传感器f和孔隙水压力计i配套的观测电缆分别于所述底板内穿过。
7、优选的，还包括安装于所述侧向入渗水箱一侧的若干组阀门二，所述侧向入渗水箱的底部安装有用于排水的阀门三；还包括设于下剪切盒一侧的盛水箱二，所述排水口通过管道通入盛水箱二的内腔。
8、优选的，还包括安装于所述上剪切盒和下剪切盒正面用于观察剪切过程中粗颗粒土运动情况的亚克力板，所述亚克力板为透明设置。
9、优选的，所述图像采集模块包括设于所述下剪切盒正面的三脚架；安装于所述三脚架顶部的照相机，所述照相机与亚克力板呈相对应设置；以及安装于所述三脚架一侧的紫外线灯。
10、优选的，所述上剪切盒和下剪切盒的两侧面的内外两侧均设置有橡胶垫，所述橡胶垫通过螺钉栓紧固定于上剪切盒和下剪切盒两侧面的内外两侧；还包括设于上剪切盒与下剪切盒之间剪切缝处的密封橡胶套，所述上剪切盒和下剪切盒的前后两侧均设置有用于对密封橡胶套进行密封的密封胶条。
11、优选的，还包括安装于上剪切盒和下剪切盒前后两侧的上下盒连接板，所述上下盒连接板的表面滑动插接有插销；还包括安装于上剪切盒一侧的两组防倾斜稳定板，所述防倾斜稳定板的表面固定连接有防倾斜撑杆。
12、基于上述的一种模拟双向渗流条件下粗粒土剪切试验装置，本专利技术还公开了一种模拟双向渗流条件下粗粒土剪切试验装置的使用方法，包括以下步骤：
13、步骤一、影响因素测试工作：将下剪切盒与减摩滑动底板用螺栓进行组装，将橡胶垫用螺钉安装在上剪切盒和下剪切盒剪切缝两侧，在y轴方向上用5mm垫片将上剪切盒和下剪切盒垫起，并用插销将上剪切盒和下剪切盒进行连接，以保证对齐上剪切盒和下剪切盒，将密封橡胶套套在剪切缝上并聚氨酯材质的密封密封胶条进行密封，将上剪切盒和下剪切盒安装到yt1200型剪切仪上，然后去掉上剪切盒和下剪切盒连接插销，安装防倾斜撑杆，测试密封橡胶套对于实验结果的影响；
14、步骤二、试样准备工作：根据所需制备的公路路堑边坡土试样的密度、颗粒级配和剪切盒容积，计算出所需全部粗粒土的重量，将待压实的粗粒土按照重量平分为三份，随后将待压实的粗粒土逐份填入组装后的上剪切盒和下剪切盒内并逐份进行压实，在每份土体中间不同距离处埋入湿度传感器和孔隙水压力计，且在每份待压实的粗粒土压实完成后，进行下一份待压实粗粒土压实之前，对已压实的土样表面进行刨毛处理，完成试样制备工作；将上下剪切盒所有可能发生渗水位置防水胶进行密封，以防止水从缝隙中渗出，影响结果的准确性；将剪切盒密封橡胶套套在剪切缝上并聚氨酯材质的密封密封胶条进行密封；
15、步骤三、防水测试工作：需要对土本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种模拟双向渗流条件下粗粒土剪切试验装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种模拟双向渗流条件下粗粒土剪切试验装置，其特征在于，还包括设于所述滑轨(6)一侧的支撑台(33)，所述支撑台(33)的顶部安装有用于对水管一(18)和水管二(29)供水的供水组件，所述供水组件包括：
3.根据权利要求1所述的一种模拟双向渗流条件下粗粒土剪切试验装置，其特征在于，还包括分别设于水管一(18)和水管二(29)上的流量控制组件，所述流量控制组件包括：
4.根据权利要求1所述的一种模拟双向渗流条件下粗粒土剪切试验装置，其特征在于：所述湿度传感器(24)和孔隙水压力计(23)均设置有多组，分别为湿度传感器a(24a)、湿度传感器b(24b)、湿度传感器c(24c)、湿度传感器d(24d)、湿度传感器e(24e)、湿度传感器f(24f)和孔隙水压力计g(23g)、孔隙水压力计h(23h)、孔隙水压力计i(23i)，其中：
5.根据权利要求1所述的一种模拟双向渗流条件下粗粒土剪切试验装置，其特征在于，还包括安装于所述侧向入渗水箱(28)一侧
6.根据权利要求1所述的一种模拟双向渗流条件下粗粒土剪切试验装置，其特征在于：还包括安装于所述上剪切盒(1)和下剪切盒(2)正面用于观察剪切过程中粗颗粒土运动情况的亚克力板(10)，所述亚克力板(10)为透明设置。
7.根据权利要求6所述的一种模拟双向渗流条件下粗粒土剪切试验装置，其特征在于：所述图像采集模块包括：
8.根据权利要求1所述的一种模拟双向渗流条件下粗粒土剪切试验装置，其特征在于：所述上剪切盒(1)和下剪切盒(2)的两侧面的内外两侧均设置有橡胶垫(32)，所述橡胶垫(32)通过螺钉(9)栓紧固定于上剪切盒(1)和下剪切盒(2)两侧面的内外两侧；
9.根据权利要求1所述的一种模拟双向渗流条件下粗粒土剪切试验装置，其特征在于：还包括安装于上剪切盒(1)和下剪切盒(2)前后两侧的上下盒连接板(8)，所述上下盒连接板(8)的表面滑动插接有插销(7)；
10.一种根据权利要求1至9任意一项所述的模拟双向渗流条件下粗粒土剪切试验装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种模拟双向渗流条件下粗粒土剪切试验装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种模拟双向渗流条件下粗粒土剪切试验装置，其特征在于，还包括设于所述滑轨(6)一侧的支撑台(33)，所述支撑台(33)的顶部安装有用于对水管一(18)和水管二(29)供水的供水组件，所述供水组件包括：
3.根据权利要求1所述的一种模拟双向渗流条件下粗粒土剪切试验装置，其特征在于，还包括分别设于水管一(18)和水管二(29)上的流量控制组件，所述流量控制组件包括：
4.根据权利要求1所述的一种模拟双向渗流条件下粗粒土剪切试验装置，其特征在于：所述湿度传感器(24)和孔隙水压力计(23)均设置有多组，分别为湿度传感器a(24a)、湿度传感器b(24b)、湿度传感器c(24c)、湿度传感器d(24d)、湿度传感器e(24e)、湿度传感器f(24f)和孔隙水压力计g(23g)、孔隙水压力计h(23h)、孔隙水压力计i(23i)，其中：
5.根据权利要求1所述的一种模拟双向渗流条件下粗粒土剪切试验装置，其特征在于，还包括安装于所述侧向入渗水箱(28)一侧的若干组阀门二(3...
【专利技术属性】
技术研发人员：李泽闯，王越，王立峰，纪泳丞，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：
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