一种卸荷土体强度弱化的室内试验装置及试验方法制造方法及图纸

一种卸荷土体强度弱化的室内试验装置及试验方法，其装置的主要构成是：底座左右侧的立柱与横梁螺栓连接；横梁上挂有两个梯形的保护性悬绳，其间距小于带挂臂砝码的最大宽度；底座中部的底盘上放置的土样试件位于两个梯形的保护性悬绳间，土样试件的顶面与砝码板的底部接触，砝码板的立杆顶部穿出上方横梁中部的通孔；砝码板、横梁中部的通孔与土样试件中心在同一中轴线上；砝码板上置有砝码；土样试件前后侧、左右侧分别安装有数显千分表。该装置能直接、准确测算出卸荷作用在卸荷方向造成的岩样强度弱化值，为卸荷工程的设计、施工和维护提供更可靠、准确的试验依据；既能对岩样也能对土样进行试验；且其结构简单、操作简单方便快捷。方便快捷。方便快捷。

【技术实现步骤摘要】
一种卸荷土体强度弱化的室内试验装置及试验方法


[0001]本专利技术涉及一种卸荷土体强度弱化的室内试验装置与试验方法。

技术介绍

[0002]在工程建设中，常常会遇到大量复杂岩体卸荷工程，比如高陡边坡开挖、地下洞室工程、基坑工程等。这些卸荷工程由于伴随大体量的开挖，导致工程岩体大范围的卸荷。开挖形成的卸荷会引起工程区域土体的初始地应力释放，导致工程区域土体损伤，土体的剪切强度等强度弱化，土体的稳定性减低，严重影响工程的建设和运营安全。同时，这些岩体卸荷工程往往具有尺度大、地应力高、赋存地质环境复杂、工程防护要求严等特点。因此，需要通过试验得到土体在不同卸荷强度下，土体强度弱化后的土体强度值，并揭示出土体的卸荷与土体的强度弱化关系和规律；从而为土体卸荷工程的强度加固设计、施工和运营，提供试验依据；同时，也为卸荷土体的强度弱化机理研究提供试验数据。
[0003]现有的土体卸荷力学试验，较多的是利用各种图像处理及微观测试技术和方法，对卸荷土体内部的微观损伤演化规律进行试验与观察，只能得到定性分析结果，能对不同应力路径下土体卸荷力学特性及破坏机理进行定性揭示；但没有定量的强度弱化测试数据，不能对土体卸荷工程的强度加固设计、施工和运营提供准确的试验数据支撑，对实际工程没有直接应用价值。
[0004]近年，对岩土体卸荷后强度弱化的定量测试试验，通常是采用三轴试验仪对进行，其具体做法为：按静水压力条件逐步以一定速率，对岩石试样逐步增加竖向轴压和周向的围压(前后左右的压力)，待轴压和围压加至设定值后，保持轴压恒定，逐渐减小围压至试样破坏。试验过程中通过实时监测试样的应力、应变得到其应力
‑
应变曲线及其他一些物理量变化(如：体变)；通过不同围压下的峰值抗剪强度，得到其在不同围压下的卸荷破坏特征及卸荷路径下的岩石抗剪强度参数；通过观测试样破坏面(破坏面形状及倾角、分形维数等)，研究不同卸荷量时的变形破坏特征。
[0005]该种试验方法存在的问题或不足是：(1)对于土样，尤其是强度较低的土样，围压一减，土样迅即破坏，很难得到有效的数据；使得该试验主要针对岩石试样进行，几乎不涉及土样，尤其是强度较低的土样。(2)该试验得到的是卸荷状态下的非卸荷路径(加载路径)方向的岩样强度参数，无法由试验直接得到卸荷后在卸荷方向上的岩样强度的减少值，直接判断不出因卸荷作用造成的岩样强度弱化值；难以满足地下洞室、隧道等卸荷方向与承压方向一致的卸荷工程，需要直接、准确测出卸荷作用在卸荷方向造成的岩样强度弱化值的要求。(3)试验在特制三轴仪上完成，仪器价格昂贵，试验操作过程复杂精细，误差干扰因素较多，妨碍了其应用。

技术实现思路

[0006]本专利技术的第一专利技术目的是提供一种土体卸荷强度弱化的室内试验装置，该装置能直接、准确测算出卸荷作用在卸荷方向造成的岩样强度弱化值，能为卸荷工程的设计、施工
和维护提供更可靠、准确的试验依据；且既能对岩样进行试验，也能对土样进行试验；其结构简单、操作简单方便快捷，生产成本低，误差影响因素少，试验结果更准确可靠。
[0007]本专利技术实现其第一专利技术目的所采用的技术方案是，一种卸荷土体强度弱化的室内试验装置，其特征在于：底座的左右两侧中部各固定有一根立柱，立柱的上部设有螺纹；两根立柱的顶部分别穿过横梁左右两端的螺栓孔，与横梁螺栓连接；横梁在立柱内侧部位挂有两个梯形的保护性悬绳，两个梯形的保护性悬绳的间距小于带挂臂砝码的最大宽度；
[0008]所述的底座的中部固定有底盘，底盘上放置有土样试件，且土样试件位于两个梯形的保护性悬绳之间，土样试件的顶面与砝码板的底部接触，砝码板的立杆顶部穿出上方横梁中部的通孔；所述的砝码板的中心、横梁中部的通孔中心与土样试件中心在同一中轴线上；所述的砝码板上置有砝码；
[0009]所述的土样试件前、后侧的底盘上通过万向支座安装有两个竖向的数显千分表，竖向的数显千分表的测头与砝码板底部接触；所述的两根立柱上通过万向支座安装有两个横向的数显千分表，横向的数显千分表的测头与土样试件接触；
[0010]所述的底座的左侧和前侧均安装有水平尺，底座的后方设置有高速摄像机；所述的数显千分表和高速摄像机通过数据传输线与电脑电连接。
[0011]所述的砝码为带挂臂砝码、I型砝码、II型砝码、III型砝码和IV型砝码。
[0012]本专利技术的第二专利技术目的是提供使用上述的一种卸荷土体强度弱化的室内试验装置进行土体卸荷强度弱化试验的方法，该方法操作简单方便快捷，误差影响因素较少，试验结果准确可靠。
[0013]本专利技术实现其第二专利技术目的所采用的技术方案是，使用上述的一种卸荷土体强度弱化的室内试验装置进行土体卸荷强度弱化试验的方法，其步骤是：
[0014]A、初始准备阶段
[0015]通过水平尺调平底座的水平位置，拧松立柱上部的螺母，调节横梁的高度，以使保护性悬绳底部的水平位置位于砝码板的上表面和底面之间；
[0016]B、土体极限强度值的测试
[0017]B1、将待测的土样试件放置于底盘上，并将数显千分表的初始读数调零，开启高速摄像机；
[0018]B2、将带挂臂砝码轻置于砝码板上，使带挂臂砝码的挂臂位于保护性悬绳的正上方，再用其他砝码逐步增加荷载，直至土样试件被破坏；
[0019]B3、试验过程中，记录各步加载的砝码累计值，得到各步加载的竖向荷载；同时，四个数显千分表实时测得的位移数据和高速摄像机实时拍摄的土样试件变形图像，通过数据传输线自动传入电脑；
[0020]B4、土样试件被破坏时的竖向荷载，即为土样试件的最大单轴极限强度 q
m
；再由各步加载的竖向荷载与各步加载时两个竖向的数显千分表测出的位移平均值，绘制出加载过程中的竖向荷载
‑
竖向位移关系曲线；并由高速摄像机得到的图像，测算出土样试件破坏后的破坏面的倾角；
[0021]C、加载
‑
卸载试验
[0022]C1、根据最大单轴极限强度q
m
，得到第i组试验的初始加载值q
i
，
[0023]q
i
＝(q
m
×
i)/(I+1)，i＝1、2
……
I；I为加载
‑
卸载试验的总组数，其取值为5
‑
10；同
时，确定第i组试验的第j次试验的荷载卸除量值d
ij
，d
ij
＝(q
i
×
j) /(J+1),其中J为每组试验的加载
‑
卸载试验总次数；
[0024]C2、第i组加载
‑
卸载试验：
[0025]将与B1步完全相同的另一个待测的土样试件放置于底盘上，并将数显千分表的初始读数调零，开启高速摄像机；
[0026]在砝码板上逐级增加砝码，当增加的砝码中有带挂臂砝码时，则将带挂臂砝码置于最下面，并使带挂臂砝码的挂臂位于保本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卸荷土体强度弱化的室内试验装置，其特征在于：底座(1)的左右两侧中部各固定有一根立柱(2)，立柱(2)的上部设有螺纹；两根立柱(2)的顶部分别穿过横梁(3)左右两端的螺栓孔，与横梁(3)螺栓连接；横梁(3)在立柱(2)内侧部位挂有两个梯形的保护性悬绳(4)，两个梯形的保护性悬绳(4)的间距小于带挂臂砝码(10)的最大宽度；所述的底座(1)的中部固定有底盘(15)，底盘(15)上放置有土样试件(5)，且土样试件(5)位于两个梯形的保护性悬绳(4)之间，土样试件(5)的顶面与砝码板(6)的底部接触，砝码板(6)的立杆(6a)顶部穿出上方横梁(3)中部的通孔；所述的砝码板(6)的中心、横梁(3)中部的通孔(3b)中心与土样试件(5)中心在同一中轴线上；所述的砝码板(6)上置有砝码；所述的土样试件(5)前、后侧的底盘(15)上通过万向支座安装有两个竖向的数显千分表(7)，竖向的数显千分表(7)的测头与砝码板(6)底部接触；所述的两根立柱(2)上通过万向支座安装有两个横向的数显千分表(7)，横向的数显千分表(7)的测头与土样试件(5)接触；所述的底座(1)的左侧和前侧安装有水平尺(8)，底座(1)的后方设置有高速摄像机(9)；所述的数显千分表(7)和高速摄像机(9)通过数据传输线与电脑电连接。2.根据权利要求1所述的一种卸荷土体强度弱化的室内试验装置，其特征在于：所述的砝码为带挂臂砝码(10)、I型砝码(11)、II型砝码(12)、III型砝码(13)和IV型砝码(14)。3.使用权利要求2所述的一种卸荷土体强度弱化的室内试验装置进行土体卸荷强度弱化试验的方法，其步骤是：A、初始准备阶段通过水平尺(8)调平底座(1)的水平位置，拧松立柱(2)上部的螺母(3b)，调节横梁(3)的高度，以使保护性悬绳(4)底部的水平位置位于砝码板(6)的上表面和底面之间；B、土体极限强度值的测试B1、将待测的土样试件(5)放置于底盘(15)上，并将数显千分表(7)的初始读数调零，开启高速摄像机(9)；B2、将带挂臂砝码(10)轻置于砝码板(6)上，使带挂臂砝码(10)的挂臂位于保护性悬绳(4)的正上方，再用其他砝码逐步增加荷载，直至土样试件(5)被破坏；B3、试验过程中，记录各步加载的砝码累计值，得到各步加载的竖向荷载；同时，四个数显千分表(7)实时测得的位移数据和高速摄像机(9)实时拍摄的土样试件(5)变形图像，通过数据传输线自动传入电脑；B4、土样试件(5)被破坏时的竖向荷载，即为土样试件(5)的最大单轴极限强度q
m
；再由各步加载的竖向荷载与各步加载时两个竖向的数显千分表(7)测出的位移平均值，绘制出加载过程中的竖向荷载
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竖向位移关系曲线；并由高速摄像机(9)得到的图像，测算出土样试件(5)破坏后的破坏面的倾角；C、加载
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卸载试验C1、根据最大单轴极限强度q
m
，得到第i组试验的初始加载值q
i
，q
i
＝(q
m
×
i)/(I+1)，i＝1、2
……
I；I为加载
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卸载试验的总组数，其取值为5
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10；同时，确定第i组试验的第j次试验的荷载卸除量值d
ij
，d
ij
＝(q
i
×
j)/(J+1),其中J为每组试验的加载
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卸载试验总次数；C2、第i组加载
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卸载试验：
将与B1步完全相同的另一个待测的土样试件(5)放置于底盘(15)上，并将数显千分表(7)的初始读数调零，开启高速摄像机(9)；在砝码板(6)上逐级增加砝码，当增加的砝码中有带挂臂砝码(10)时，则将带挂臂砝码(10)置于最下面，并使带挂臂砝码...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖世国，邓威，陈志辉，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：