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专利号: 2017110484527
申请人: 中国地质大学(武汉)
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种力控式宽截面环剪仪在滑坡研究中的应用方法,其特征是,该环剪仪包括环形剪切盒、油压加载系统、动力旋转系统、剪切缝微调系统、监测控制系统和框架;所述环形剪切盒、油压加载系统、动力旋转系统、剪切缝微调系统安装于所述框架中;所述油压加载系统、动力旋转系统、剪切缝微调系统与所述监测控制系统连接;所述环形剪切盒包括上剪切盒与下剪切盒,所述上剪切盒与下剪切盒的外环半径均分别远大于其内环半径,上剪切盒与下剪切盒形成剪切室,所述剪切室内沿径向等间距布设同步变形变阻器,穿过预设的剪切面;所述剪切缝微调系统包括调节所述上剪切盒位置的液压控制仪、监测所述上剪切盒与下剪切盒之间预设剪切裂缝缝宽的测缝计;所述动力旋转系统包括旋转平台、伺服电机,所述旋转平台与所述下剪切盒的底部固定连接,所述伺服电机的输出轴与所述旋转平台上的齿轮啮合连接,传输剪切力于所述下剪切盒;

该应用方法包括以下步骤:

(1)电压测试;将所述同步变形变阻器垂直布设于环形剪切盒仪中的环形土样中,并穿过预设剪切面;在固定的垂向压力下对试样进行固结试验,固结完成后,展开均匀剪切速率的常规环剪试验,获得土体剪切面上刚越过峰值强度时所对应的电压值Vp和到达残余强度时所对应的电压值Vr;

(2)剪力范围测试;在油压加载系统下完成土样的所述固结试验,然后展开均匀剪切速率的宽截面环剪试验,并记录下实验过程中的剪力‑位移数据;从中选取出三种剪力数值:径向最外缘的长条形同步变形变阻器到达电压值Vp所对应的剪力值F1、整个试验过程中的峰值剪力F2、试验末尾的残余剪力F3;再将F1和F3进行大小比较,选取较大者max(F1,F3),与峰值剪力F2组成剪力范围:max(F1,F3)

(3)力控式环剪蠕变实验模拟:在剪力范围内的选取多项剪力值分别展开恒定剪力控制的环剪蠕变试验,所述环剪蠕变过程分为初始变形阶段、蠕变滑移阶段以及整体加速破坏阶段,根据电压计的电压变化反映出的所述同步变形变阻器 的形变得到剪切面不同位置在破坏全过程中的渐进性破坏状况;

(4)应用于滑坡研究。

2.根据权利要求1所述的一种力控式宽截面环剪仪在滑坡研究中的应用方法,其特征是,所述上剪切盒外环靠近剪切面的内侧壁上设有环形水槽,所述环形水槽的槽口处连接孔隙水压力传感器;所述上剪切盒与下剪切盒之间设置橡胶环。

3.根据权利要求1所述的一种力控式宽截面环剪仪在滑坡研究中的应用方法,其特征是,所述下剪切盒内呈十字设置小于下剪切盒高度的剪切板,两相邻剪切板之间设置所述同步变形变阻器,所述同步变形变阻器通过电缆与电压计连接。

4.根据权利要求1所述的一种力控式宽截面环剪仪在滑坡研究中的应用方法,其特征是,所述框架包括横杠、底座、中部支撑轴和立柱,所述立柱分别固定于所述底座两侧,所述横杠与所述立柱的顶端固定连接,所述中部支撑轴固定于所述底座中部的凹槽中,穿过所述旋转平台,与所述旋转平台接触处设置竖向轴承。

5.根据权利要求4所述的一种力控式宽截面环剪仪在滑坡研究中的应用方法,其特征是,所述动力旋转系统还包括光滑滚轮、转动力矩传感器和角位移传感器,所述光滑滚轮位于所述旋转平台的底部,与所述底座连接;所述转动力矩传感器位于所述伺服电机输出轴的齿轮上,监测伺服电机输出的力矩大小;所述角位移传感器位于所述立柱上,监测所述旋转平台转动的角度。

6.根据权利要求4所述的一种力控式宽截面环剪仪在滑坡研究中的应用方法,其特征是,所述剪切缝微调系统还包括水平盖板、耳板、竖向轴承;所述耳板固定于所述立柱上,所述水平盖板通过所述耳板与所述立柱相连;所述液压控制仪、测缝计位于所述立柱上,与所述耳板相连接。

7.根据权利要求6所述的一种力控式宽截面环剪仪在滑坡研究中的应用方法,其特征是,所述水平盖板与所述上剪切盒的内环、外环通过螺栓连接;所述水平盖板设有所述中部支撑轴穿过的开孔,所述开孔外围均匀分布通孔。

8.根据权利要求7所述的一种力控式宽截面环剪仪在滑坡研究中的应用方法,其特征是,所述油压加载系统包括油压室、压力传感器、竖向加载环板,所述油压室与所述横杠固定连接,所述油压室内水平向设有分隔板,将所述油压室分为上下两个活动的储油空间;所述竖向加载环板的上端位于油压室内,并穿过所述分隔板,与所述分隔板为一体结构,其下端穿过所述通孔嵌合于所述上剪切盒的环形试样空间内;所述压力传感器安装于所述竖向加载环板的传力轴上,位于所述油压室与所述水平盖板之间。

9.根据权利要求1所述的一种力控式宽截面环剪仪在滑坡研究中的应用方法,其特征是,步骤(4)中,力控式宽截面环剪仪在滑坡临界失稳强度研究应用包括以下具体步骤:(4‑1)在滑坡体的不同厚度处打钻孔,并穿透滑动带,进行钻孔测斜,监测滑动面上随时间的累积蠕动位移;

(4‑2)测量出各个钻孔位置的滑体厚度,并计算出各个钻孔所处滑动面上的垂直于滑面的正应力;

(4‑3)取原状滑带土,分别在计算出的各级正应力下,重复步骤(1)~(3),在各级正应力下分别获得与各项剪力值相对应的位移‑时间试验曲线;

(4‑4)将钻孔处监测的滑动面累积位移曲线与该钻孔对应正应力条件下的试验曲线簇进行对比研究;并通过相似度对比方法,选取出与监测的滑动面累积位移曲线最为相似的试验曲线,则该试验曲线所对应的剪应力值即为钻孔ZK1处滑面所受的剪切应力;根据库伦摩尔准则,将获得的各个钻孔滑面上的正应力和剪应力值的数据进行线性拟合,从整体上获取滑坡的失稳强度平均指标,即粘聚力以及摩擦角评价滑坡的失稳强度。