一種滑坡抗剪強度及其剪切帶變形測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種土工測試方法，屬于土木工程或地質(zhì)工程參數(shù)測試領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]碎石土(粗粒土、土石混合體)是一種由作為骨料的礫石或塊石與作為充填料的粘土和砂組成的地質(zhì)體。碎石土作為一種填料被廣泛應(yīng)用于土石壩、公路、鐵路、機場、房屋地基等建筑工程，應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。由于碎石土由塊石和土組成，且兩者在力學(xué)性質(zhì)上呈現(xiàn)“極強”(塊石)和“極弱”(土體)兩個極端的差異性。這種差異性使碎石土在物理力學(xué)性質(zhì)上呈現(xiàn)極端的不均勻性與極端的非線性特征，其宏觀物理力學(xué)性質(zhì)不能由塊石或土簡單疊加而成。對于碎石土滑坡強度的測試及其剪切帶變形特性不能由傳統(tǒng)的土力學(xué)剪切裝置或者巖石試驗機來完成，需要研制適合碎石土自身特點的新型儀器，量測其力學(xué)強度，尤其是要考慮尺寸效應(yīng)對碎石土滑坡強度的影響以及隨剪切變形碎石土內(nèi)部軟硬接觸面的變形特性研宄。本發(fā)明就是一種用于量測碎石土包括粗粒土、土石混合體等各種巖土體材料的抗剪強度特性及其剪切帶變形特性的試驗方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的是提供一種滑坡抗剪強度及其剪切帶變形測試方法，用于解決碎石土等各種地質(zhì)體在不同固結(jié)應(yīng)力狀態(tài)下的強度參數(shù)測試與剪切帶變形特性，為滑坡工程實踐提供技術(shù)參數(shù)。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案，其特征是采用一種試驗裝置進行滑坡抗剪強度及其剪切帶變形測試，該試驗裝置包括反力架1，加載框架2，第一伺服電機3，第二伺服電機4，載樣臺5，上剪切盒6，下剪切盒7，軌道車8，垂直位移計9，第一水平位移計10，第二水平位移計11，第三水平位移計12，第四水平位移計13，第五水平位移計14，第六水平位移計15，第七水平位移計16，第八水平位移計17，第九水平位移計18，垂直加載軸19，水平加載軸20，加壓板21，側(cè)限柱22，傳力桿23，連接端頭24，第一千斤頂25，第二千斤頂26，第一支撐底座27，第二支撐底座28，水平滑軌29，第一層環(huán)30，第二層環(huán)31，第三層環(huán)32，第四層環(huán)33，第五層環(huán)34，第六層環(huán)35，第七層環(huán)36，第八層環(huán)37，上盒試樣38，下盒試樣39，插銷眼40。第一伺服電機3連接垂直加載軸19，垂直加載軸19提供垂直壓力，位于加壓板21上面，加壓板21連接垂直位移計9，加壓板21位于上盒試樣38的頂面，上剪切盒6由側(cè)限柱22固定，上剪切盒6連接第一層環(huán)30，第一層環(huán)30連接第二層環(huán)31，第二層環(huán)31連接第三層環(huán)32，第三層環(huán)32連接第四層環(huán)33，第四層環(huán)33連接第五層環(huán)34，第五層環(huán)34連接第六層環(huán)35，第六層環(huán)35連接第七層環(huán)36，第七層環(huán)36連接第八層環(huán)37，第八層環(huán)37位于下剪切盒7之上，下剪切盒7內(nèi)裝有下盒試樣39，下剪切盒7連接軌道車8，軌道車8可沿水平滑軌29移動到載樣臺5之上，水平滑軌29與加載框架2連接，第一千斤頂25連接第一支撐底座27，第二千斤頂26連接第二支撐底座28，下剪切盒7連接傳力桿23和第九水平位移計18，連接端頭24與水平加載軸20對準(zhǔn)，水平加載軸20連接第二伺服電機4，第一層環(huán)30連接第一水平位移計10，第二層環(huán)31連接第二水平位移計11，第三層環(huán)32連接第三水平位移計12，第四層環(huán)33連接第四水平位移計13，第五層環(huán)34連接第五水平位移計14，第六層環(huán)35連接第六水平位移計15，第七層環(huán)36連接第七水平位移計16，第八層環(huán)37連接第八水平位移計17。上剪切盒6尺寸為長500mm，連接側(cè)限柱22 —側(cè)的上剪切盒6的盒壁高為140mm，下剪切盒7尺寸為長500mm寬500mm盒壁高300mm，第一層環(huán)30至第八層環(huán)37高度均為20mm。上剪切盒6、下剪切盒7、第一層環(huán)30至第八層環(huán)37均采用質(zhì)量輕強度高的合金材料，且進行陽極電鍍防腐處理；上剪切盒6、下剪切盒7、第一層環(huán)30至第八層環(huán)37的內(nèi)壁四個角均為圓形設(shè)計，圓角半徑為30mm?60mm ;第一伺服電機3和第二伺服電機4通過反力架I施加力，反力架I和加載框架2以及加壓板21均采用高強度不銹鋼材料，加壓板21與上剪切盒6間的縫隙間隔為2_?4_ ;水平滑軌17為高強度不銹鋼材料，且表面均涂有特富龍材料。第一伺服電機3和第二伺服電機4均可以進行快進快退操作，也可以進行勻速應(yīng)變加載和應(yīng)力加載，應(yīng)變剪切速率為0.02?5.00mm/min，最大出力可達100kN,出力測量精度可達0.5% FS，應(yīng)力剪切速率為100?600kN/min。垂直位移計9的最大量程為150_，測量精度可達1_，第一水平位移計10至第八水平位移計17的最大量程均為170_，測量精度均可達1_。第一層環(huán)30至第八層環(huán)37之間使用直線導(dǎo)向軸承，層環(huán)之間可以滾動，減小摩擦阻力；上剪切盒6、下剪切盒7與第一層環(huán)30至第八層環(huán)37間使用插銷固定于插銷眼40內(nèi)，便于裝樣。
[0005]量測滑坡抗剪強度及其剪切帶變形的試驗方法如下:
[0006](I)按照一定含水量、含石量與密度要求，稱取相應(yīng)質(zhì)量的土體、碎石和水，將土體、碎石、水三者混合均勻，成為混合料，分成均勻的三份備用；
[0007](2)將軌道車8移至載樣臺5上，將上剪切盒6經(jīng)由第一層環(huán)30至第八層環(huán)37對齊下剪切盒7，并把插銷插入插銷眼40內(nèi)，將第一份混合料裝入下剪切盒7中，將加壓板21置于混合料上，將軌道車8移至垂直加載軸19正下方，啟動第一千斤頂25和第二千斤頂26，將第一支撐底座27和第二支撐底座28分別與加載框架2接觸，使軌道車8懸空，開動第一伺服電機3，使垂直加載軸19接觸加壓板21頂帽，按要求施加垂直壓力F1，待垂直位移計9顯示達到要求的密度時對應(yīng)的位移值，停止加載；
[0008](3)開動第一伺服電機3，卸載使垂直加載軸19離開加壓板21頂帽，啟動第一千斤頂25和第二千斤頂26，將第一支撐底座27和第二支撐底座28分別與加載框架2脫離，使軌道車8與水平滑軌29接觸，將軌道車8移至載樣臺5上，取出加壓板21，將混合料拉毛，裝入第二份混合料，將加壓板21置于混合料上，將軌道車8移至垂直加載軸19正下方，啟動第一千斤頂25和第二千斤頂26，將第一支撐底座27和第二支撐底座28分別與加載框架2接觸，使軌道車8懸空，開動第一伺服電機3，使垂直加載軸19接觸加壓板21頂帽，按要求施加垂直壓力F1，待垂直位移計9顯示達到要求的密度時對應(yīng)的位移值，停止加載；
[0009](4)開動第一伺服電機3，卸載使垂直加載軸19離開加壓板21頂帽，啟動第一千斤頂25和第二千斤頂26，將第一支撐底座27和第二支撐底座28分別與加載框架2脫離，使軌道車8與水平滑軌29接觸，將軌道車8移至載樣臺5上，取出加壓板21，將混合料拉毛，裝入第三份混合料，將加壓板21置于混合料上，將軌道車8移至垂直加載軸19正下方，啟動第一千斤頂25和第二千斤頂26，將第一支撐底座27和第二支撐底座28分別與加載框架2接觸，使軌道車8懸空，開動第一伺服電機3，使垂直加載軸19接觸加壓板21頂帽，按要求施加垂直壓力F1，待垂直位移計9顯示達到要求的密度時對應(yīng)的位移值，保持垂直壓力F1不變；
[0010](5)將側(cè)限柱22和上剪切盒6連接，使上剪切盒6固定，啟動第二伺服電機4，使水平加載軸20與連接端頭24相連，將插銷從插銷眼40中拔出，按要求的等應(yīng)變速率通過傳力桿23施加推力T1，保持上剪切盒6水平方向固定，使下剪切盒7向遠離第二伺服電機4方向移動，下盒試樣39受剪，分別帶動第一層環(huán)30至第八層環(huán)37發(fā)生水平位移，同時采用第一水平位移計10測量第一層環(huán)30的水平位移S1，采用第二水平位移計11測量第二層環(huán)31的水平位移S2，采用第三水平位移計12測量第三層環(huán)32的水平位移S2，采用第四水平位移計13測量第四層環(huán)33的水平位移S4，采用第五水平位移計14測量第五層環(huán)34的水平位移S5，采用第六水平位移計15測量第六層環(huán)35的水平位移S6，采用第七水平位移計16測量第七層環(huán)36的水平位移S7，采用第八水平位移計17測量第八層環(huán)37的水平位移S8，用第九水平位移計18測量下剪切盒7的水平位移S ;
[0011](6)待水平位移S增大到75mm時停止試驗，獲得上盒試樣38與下盒試樣39接觸面處正壓力F1及接觸面處剪切力T i，取T1的最大值T maxl，并獲得第一水平位移計10至第八水平位移計19的位移值，繪制第一層環(huán)30至第八層環(huán)37隨剪切時間發(fā)生的位移曲線；
[0012](7)通過垂直加載軸19使第一伺服電機3卸載，第二伺服電機4通過水平加載軸20施加拉力拉動下剪切盒7移動，使得上剪切盒6通過第一層環(huán)30至第八層環(huán)37與下剪切盒7重合，卸除上剪切盒6與側(cè)限柱22的連接，啟動第一千斤頂25和第二千斤頂26，將第一支撐底座27和第二支撐底座28分別與加載框架2脫離，使軌道車8與水平滑軌