一种多场耦合注水蠕变剪切仪

1.本发明涉及岩土试验技术领域，尤其涉及一种多场耦合注水蠕变剪切仪。


背景技术：

2.现有的室内剪切仪器只能测量单一的材料应变软化曲线，难以追踪材料试样剪切破坏过程中其剪切面(滑动面)应力场的动态分布演化过程，导致目前关于土质边坡、高堆填土路堤、深基坑等结构体内部变形破坏机理认识不清。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种多场耦合注水蠕变剪切仪，从而解决现有技术中存在的问题。
4.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
5.一种多场耦合注水蠕变剪切仪，包括接收系统，接收系统包括a/d转换器和计算机，
6.还包括剪切盒、两个滑轨、位移计、弯曲传感器，剪切盒内填充有试验土，弯曲传感器内置于试验土内；
7.水平加载系统和竖向加载系统，水平加载系统和竖向加载系统分别包括液压系统和电子控制阀，所述位移计安装于远离水平加载系统的一侧；
8.控水系统，控水系统包括气压控制系统及两个抗高压储水罐，控水系统用于由剪切盒上侧进行淋雨操作；
9.底部独立模块，底部独立模块包括多个嵌入式刚性模块和一一对应的压力传感器，相邻两个嵌入式刚性模块之间设置橡胶块，嵌入式刚性模块位移时对压力传感器产生挤压。
10.优选地，所述嵌入式刚性模块包括托板，托板底部固定连接两个滑块，所述滑块与滑轨滑动连接，所述托板上侧设置安装槽，所述安装槽内固定连接有第二透水石，所述安装槽底部设置透水孔，所述托板底部固定连接挡块，挡块与压力传感器对应设置。
11.优选地，所述透水孔内下端固定连接排出管，多个所述排出管下端共同固定连接汇流管，所述汇流管与其中一个抗高压储水罐固定连接并连通。
12.优选地，所述剪切盒包括两个第一下侧板、两个第二下侧板、框体和顶板，所述顶板与框体的内腔滑动连接，所述框体上侧和下侧呈敞口结构，所述第一下侧板和第二下侧板均设置滑动槽，两个所述第一下侧板之间滑动连接挡板，所述挡板两侧分别固定连接滑动板，所述滑动板与滑动槽滑动连接。
13.优选地，所述滑动板底部设置球形槽，所述球形槽内滑动连接滚珠，所述滑动板上侧设有橡胶条。
14.优选地，所述剪切盒相对的两个内壁设备设有橡胶膜，所述橡胶膜上端固定连接在顶板上侧，所述橡胶膜下端由第一下侧板和第二下侧板之间穿过并固定连接在第二下侧
板外侧。
15.优选地，所述第一下侧板与第二下侧板外侧共同固定连接卡板。
16.优选地，两个所述第一下侧板相对的一侧分别设置滑槽，所述托板伸入滑槽内并通过钢珠支撑滑动连接，所述托板上侧两端分别设置密封条。
17.本发明的优点在于：本发明所提供的一种多场耦合注水蠕变剪切仪通过水平及竖向加载，模拟不同深度岩土体材料的初始应力状态；通过装设控水系统控制注水速率，模拟降雨环境；通过将剪切仪底部设置为可自由移动的嵌入式刚性模块，结合滑轨消除摩擦力，利用压力传感器，对剪切面形成贯通过程中其应力动态分布演化规律进行实时追踪，解决岩土材料剪切破坏过程中其滑动面应力场动态分布演化规律难以追踪的难题。
附图说明
18.图1是本发明的工作原理图；
19.图2是图1中的e处局部放大图；
20.图3是本发明的剪切盒的基本结构示意图；
21.图4是图3的正视图；
22.图5是本发明的剪切盒去除框体后的立体结构图；
23.图6是图5中的f处局部放大图；
24.图7是图5的俯视图；
25.图8是图7中的a-a剖视截面旋转图；
26.图9是图7中的b-b剖视截面旋转图；
27.图10是相邻两个托板的连接结构示意图。
具体实施方式
28.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
29.如图1-10所示，本发明提供的一种多场耦合注水蠕变剪切仪，包括接收系统，接收系统包括a/d转换器和计算机，用于对传感器数据的可视化显示及对试验的控制；
30.还包括剪切盒1、两个滑轨2、位移计3、弯曲传感器4，剪切盒1内填充有试验土，弯曲传感器4内置于试验土内；剪切盒1和滑轨2可以固定连接底面上，也可以固定在试验台上；
31.剪切盒1包括两个第一下侧板11、两个第二下侧板12、框体13和顶板14，顶板14与框体13的内腔滑动连接，框体13上侧和下侧呈敞口结构，第一下侧板11和第二下侧板12均设置滑动槽15，两个第一下侧板11之间滑动连接挡板16，挡板16两侧分别固定连接滑动板17，滑动板17与滑动槽15滑动连接，第一下侧板11与第二下侧板12外侧共同固定连接卡板111，卡板111将第一下侧板11与第二下侧板12固定成整体，框体13下侧与第二下侧板12上侧接触面即为剪切面；
32.水平加载系统51和竖向加载系统52，水平加载系统51和竖向加载系统52分别包括液压系统和电子控制阀，水平加载系统51用于推动框体13位移，竖向加载系统52位于顶板
14上侧中心位置，位移计3安装于远离水平加载系统51的一侧；水平加载系统51、竖向加载系统52和位移计3的后侧设置反力架，用于起到支撑作用。
33.控水系统6，控水系统6包括气压控制系统及两个抗高压储水罐61，控水系统6用于由剪切盒1上侧进行淋雨操作；顶板14底部固定连接第一透水石，第一透水石上侧设置容纳腔，其中一个抗高压储水罐61的内存水通过输送泵和水管输送，水管贯穿顶板14并向容纳腔内注水，水透过第一透水石后流到试验土内，模拟雨水作用。
34.底部独立模块7，底部独立模块7包括多个嵌入式刚性模块71和一一对应的压力传感器72，压力传感器72为固定位，可以固定在地面或试验台上，相邻两个嵌入式刚性模块71之间设置橡胶块73，嵌入式刚性模块71包括托板711，托板711底部固定连接两个滑块712，滑块712与滑轨2滑动连接，托板711上侧设置安装槽，安装槽内固定连接有第二透水石713，安装槽底部设置透水孔714，托板711底部固定连接挡块721，挡块721与压力传感器72对应设置。
35.底部独立模块7位于剪切盒1内腔的底部，摩擦力小的底部独立模块7组成、采用不锈钢材料、车铣数控车床精细打磨、保证模块之间接触面绝对平整光滑，试验摩擦力在试验用可以忽略不计，在底部独立模块7上填充试验土后，顶板14压在试验土上侧，在注水模拟雨淋的过程中，施加竖向加载或水平加载。
36.通过水平及竖向加载，模拟不同深度岩土体材料的初始应力状态；通过装设控水系统6控制注水速率，模拟降雨环境；通过将剪切仪底部设置为可自由移动的嵌入式刚性模块71，结合滑轨2消除摩擦力，利用压力传感器72，对剪切面形成贯通过程中其应力动态分布演化规律进行实时追踪，解决岩土材料剪切破坏过程中其滑动面应力场动态分布演化规律难以追踪的难题。
37.进一步，透水孔714内下端固定连接排出管715，多个排出管715下端共同固定连接汇流管716，汇流管716与其中一个抗高压储水罐61固定连接并连通；注水能够及时回收，便于控制试验土内的含水量。
38.滑动板17底部设置球形槽，球形槽内滑动连接滚珠18，滑动板17上侧设有橡胶条19；两个第一下侧板11相对的一侧分别设置滑槽710，托板711伸入滑槽710内并通过钢珠支撑滑动连接，托板711上侧两端分别设置密封条720。相邻两个托板711，其中一个面设置凸条，相接触的面设置凹槽，凸条伸入凹槽内并通过橡胶块73密封。
39.剪切盒1相对的两个内壁设备设有橡胶膜10，橡胶膜10上端固定连接在顶板14上侧，橡胶膜10下端由第一下侧板11和第二下侧板12之间穿过并固定连接在第二下侧板12外侧。
40.弯曲传感器4为flex传感器并经过封装，具体结构参见cn113338252a公开的结构，具体是一种电阻式传感器，与传统的弯曲感器相比有着许多不可替代的优点，如:准确度高、重量轻、可无线传输等。由于它是由超薄的电阻片构成，使得它与传统的弯曲传感器相比，又有许多优点：可以借助超薄的外部封装将它固定在被测物曲面上，十分方便将数据进行采集并处理。
41.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。