一種用于測定飽和黃土?泥巖接觸面的原位剪切實驗儀的制作方法

本發明涉及原位測試技術領域，特別涉及一種用于測定飽和黃土-泥巖接觸面的原位剪切實驗儀。

背景技術：

原位剪切實驗實為測定實驗對象在外力作用下巖土體沿軟弱面或接觸面移動時巖土體本身的抗剪強度；測定實驗對象不同軸向壓力下的抗剪強度，得出土的抗剪強度指標粘聚力c和摩擦角ψ，可以計算滑坡等地質體的穩定性。

目前，原位剪切實驗多是試驗同一種巖土體的實驗，如純黃土，純碎石土等，針對西北地區廣泛發育的“黃土-泥巖接觸面”滑坡，鮮少有研究黃土和泥巖接觸面之間飽和狀態下的原位剪切實驗，這種黃土-泥巖接觸面之所以能形成災害是由于接觸面上下透水性有著較大的差異，黃土的透水性比泥巖大得多，水下滲后在巖土接觸面匯集，使得接觸面的黃土受到水的飽和作用長期處于過濕飽和軟塑的狀態，降低了黃土的強度。

綜上所述，為了真實有效的獲取黃土-泥巖接觸面“異質土體”原位瞬時剪切強度和長期蠕變剪切強度參數，發明一種用于測定飽和黃土-泥巖接觸面“異質土體”的原位剪切實驗儀。

技術實現要素：

為了克服現有技術的上述問題，本發明的目的是提供一種用于測定飽和黃土-泥巖接觸面的原位剪切實驗儀。本發明可在黃土-泥巖接觸面滑坡滑動帶的任何部位做原位土體的剪切強度和靜載荷測試，隨時測得土體的應力-應變曲線或應力-應變-時間曲線。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種用于測定飽和黃土-泥巖接觸面的原位剪切實驗儀，包括上部剪切盒和下部剪切盒，下部剪切盒安裝在實驗基坑內，上部剪切盒安裝在下部剪切盒上，上部剪切盒與實驗基坑內壁間水平設置水平液壓千斤頂；上部剪切盒與水平液壓千斤頂間安裝水平液壓千斤頂前頂板，實驗基坑與水平液壓千斤頂間安裝水平液壓千斤頂后頂板；上部剪切盒頂部安裝剪切盒壓力蓋，剪切盒壓力蓋通過軸向液壓千斤頂連接配重物支撐板，配重物支撐板上裝有配重物；實驗基坑內還通過盛水器支桿安裝盛水器，盛水器通過輸水管連接上部剪切盒上部的進水孔，使得注水從上部剪切盒的下部流出；上部剪切盒、下部剪切盒內設置若干傳感器，傳感器分別采集系統的軸向壓力、水平剪切力以及上部剪切盒的位移大小。

所述上部剪切盒、下部剪切盒均由數個剪切板組成，每個剪切板上均設有若干進水孔和銜接孔；上部剪切盒與下部剪切盒的接觸面為剪切面位置，上部剪切盒、下部剪切盒在剪切面位置不設進水孔和銜接孔，且在剪切面位置不相互銜接。

工作時，所述上部剪切盒內裝填黃土試樣，下部剪切盒內裝填泥巖試樣，黃土試樣與泥巖試樣的接觸面為剪切面。

工作時，向所述上部剪切盒的進水孔內注水，注水流經剪切面，從上部剪切盒的下部流出，使得剪切面及其上部的黃土試樣保持飽和狀態。

所述上部剪切盒的內腔的長×寬×高為500mm×500mm×600mm。

所述配重物選取當地易于采集的砂袋、石塊等材料。

所述黃土試樣、泥巖試樣位于黃土-泥巖接觸面滑坡的滑帶位置。

本發明的有益效果是：

本發明可以在原位真實反映，并保持黃土與泥巖接觸面長期處于過濕飽和軟塑的狀態，未對土體擾動，試驗的試樣尺寸大，從而獲得真實有效的黃土-泥巖接觸面“異質土體”原位瞬時剪切強度和長期蠕變剪切強度。

附圖說明

圖1為剪切試驗選取的實驗位置示意圖；

圖2為本發明的整體結構示意圖；

圖3為飽和剪切儀的剪切盒工作示意圖；

圖4為上部剪切盒的下部小剪切板的結構示意圖。

圖中，1為實驗基坑；2為盛水器；3為輸水管；4為盛水器支桿；5為下部剪切盒；6為上部剪切盒；7為剪切盒壓力蓋；8為配重物；9為配重物支撐板；10為軸向液壓千斤頂；11為黃土試樣；12為水平液壓千斤頂前頂板；13為泥巖試樣；14為水平液壓千斤頂；15為水平液壓千斤頂后頂板。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明的一個具體實施方式進行詳細描述，但應當理解本發明的保護范圍并不受具體實施方式的限制。

參照圖1~圖4，一種用于測定飽和黃土-泥巖接觸面的原位剪切實驗儀，本發明一般用于黃土-泥巖接觸面滑坡的滑動剪切面。本發明所述裝置，包括：剪切盒，軸向壓力系統，剪切力系統，數據采集系統，加水飽和系統。

所述原位直剪試驗選取試樣大小為長×寬×高為500mm×500mm×600mm的試樣，剪切盒的內徑與試樣大小相同，剪切盒分三部分：下部剪切盒、上部剪切盒、剪切盒壓力蓋；剪切盒下部和剪切盒上部都是由長短不一兩種且寬度相同的數個小剪切板組裝而成，剪切盒下部和剪切盒上部的組裝高度是可以調節的，通過組裝的件數控制，每個小剪切板有兩種孔：一種為進水孔，是試樣飽和所用；一種為銜接孔，之間用插銷進行銜接小剪切板。剪切面位置為剪切盒下部和剪切盒上部分界處，上下剪切板不進行銜接，且不設置孔洞。所述軸向壓力系統為作用在剪切盒壓力蓋的加壓裝置系統，在進行野外原位試驗時，為實驗簡單易于操作，我們選取液壓千斤頂和提供反力的配重進行加壓，配重物可以是砂袋、石塊等，一般選取當地易于使用的材料。所述剪切力系統為作用在上部剪切盒上的水平剪切壓力裝置系統，剪切力裝置的作用力方向與滑坡的滑向一致，同樣選用液壓千斤頂，一端作用于上部剪切盒上，另一端作用在實驗坑的后壁上，通過液壓千斤頂來提供剪切力。所述數據采集系統主要采集軸向壓力系統和剪切力系統力的大小以及上部剪切盒的移動距離。所述加水飽和系統為試驗黃土提供水源，飽和剪切面，水從點滴瓶通過水管流進上部剪切盒的進水孔，從上部剪切盒的下部流出，滲進剪切面，使得剪切面及其以上黃土保持飽和狀態。

所述實驗試樣位于黃土-泥巖接觸面滑坡的滑帶位置，其上部為黃土，下部為泥巖，下部剪切盒和上部剪切盒之間的剪切面在要原位剪切試樣的黃土與泥巖接觸面處。

所述剪切盒分三部分：剪切盒下部、剪切盒上部、剪切盒壓力蓋；

所述的剪切盒下部和剪切盒上部都是由長短不一兩種且寬度相同的數個小剪切板組裝而成，原位直剪試驗選取試樣大小為長500mm×500mm高600mm的試樣，剪切盒的內徑與試樣大小相同，剪切盒下部和剪切盒上部的組裝高度是可以調節的，通過組裝的件數控制，每個小剪切板有兩種孔：一種為進水孔，是保持試樣飽和所用；一種為銜接孔，之間用插銷進行銜接小剪切板。

剪切面位置為剪切盒下部和剪切盒上部分界處，此處上下剪切板不進行銜接，且未設置孔洞。小剪切板接觸面在接觸試樣的面有孔，讓水從此流出，使得剪切面及其以上黃土保持飽和狀態。

所述剪切盒壓力蓋是蓋在組裝的上部剪切盒內的試樣上，尺寸為上部剪切盒的內尺寸。剪切盒壓力蓋是用于將上部的壓力平均的分擔給試樣，使試樣受力平衡，減小實驗的無處和防止式樣的破壞。

所述軸向壓力系統為作用在剪切盒壓力蓋的加壓裝置系統，選取液壓千斤頂和提供反力的配重進行加壓。

所述剪切力系統是用液壓千斤頂作用在滑坡的滑向方向，一端作用于上部剪切盒上，另一端作用在實驗坑的后壁上，通過液壓千斤頂來提供剪切力。

所述數據采集系統主要采集軸向壓力系統和剪切力系統力的大小以及上部剪切盒的移動距離。

所述加水飽和系統將水從點滴瓶通過水管流進上部剪切盒的進水孔，從上部剪切盒的下部流出，滲進剪切面，使得剪切面及其以上黃土保持飽和狀態。

本發明的工作原理為：

參照圖1、圖2，在進行原位剪切試驗時，選取好要進行實驗的位置，進行挖坑留樣，原位直剪試驗選取試樣大小為長500mm×500mm高600mm的試樣，剪切盒的內徑與試樣大小相同，安裝剪切盒，首先安裝下部剪切盒，控制高度到剪切面的位置，即下部剪切盒的高度到達泥巖和黃土的接觸面部位，其次安裝上部剪切盒，下部剪切盒和上部剪切盒之間的剪切面要在試樣黃土和泥巖接觸面部位，下部剪切盒和上部剪切盒都是由長短不一兩種且寬度相同的數個小剪切板組裝而成，剪切盒下部和剪切盒上部的組裝高度是可以調節的，通過組裝的件數控制。

小剪切板是除過接觸面處的每個小剪切板有兩種孔：一種為進水孔，是保持試樣飽和所用；一種為銜接孔，之間用插銷進行銜接小剪切板。上部剪切盒和下部剪切盒接觸面處的小剪切板接觸面沒有孔，上部剪切盒下部的小剪切板在接觸試樣的面有出水孔，讓水滲進剪切面，使得剪切面及其以上黃土保持飽和狀態。

安裝完剪切盒后蓋上剪切盒壓力蓋，剪切盒壓力蓋在組裝的上部剪切盒內的試樣上，尺寸為上部剪切盒的內尺寸，剪切盒壓力蓋下部為試樣，上部為軸向液壓千斤頂，剪切盒壓力蓋是用于將上部的軸向壓力平均的分擔給試樣，使試樣受力平衡，減小實驗的誤差并防止試樣的破壞。

軸向液壓千斤頂上部為配重物支撐板，在配重物支撐板上放置配重物形成反力系統，為作用在剪切盒壓力蓋上的加壓裝置，選取液壓千斤頂和配重物進行加壓，配重物可以是砂袋、石塊等。

在試樣滑動方向的后緣提供剪切力系統，用水平液壓千斤頂作用在滑坡的滑動方向，一端作用于上部剪切盒上，另一端作用在實驗坑的后壁上，通過液壓千斤頂來提供剪切力，水平液壓千斤頂與上部剪切盒、實驗坑的后壁都有頂板，防之上部剪切盒受力不均和厚壁的破壞影響實驗。

在實驗過程中用數據采集系統對軸向壓力系統和剪切力系統的力大小以及上部剪切盒的移動距離進行實時監測與采集。

實驗進行前用加水系統將水從點滴瓶通過水管流進上部剪切盒的進水孔，從上部剪切盒的下部流出，讓水滲進剪切面，使得剪切面及其以上黃土保持飽和狀態，流水不能快，需要長達數小時的飽和，飽和后并維持飽和狀態來進行實驗。