本發(fā)明涉及巖土體力學(xué)試驗(yàn)，具體涉及一種封閉式試樣全包裹透明環(huán)剪剪切盒及重塑土制樣方法。

背景技術(shù)：

1、在巖土工程領(lǐng)域，了解和預(yù)測(cè)土體在不同環(huán)境條件下的行為對(duì)于確保工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性至關(guān)重要。特別是在設(shè)計(jì)和評(píng)估基礎(chǔ)、邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)、擋土墻等土木工程結(jié)構(gòu)時(shí)，準(zhǔn)確測(cè)量土體的剪切強(qiáng)度、理解其在受力過程中的變形和破壞機(jī)制是必不可少的。傳統(tǒng)的土工試驗(yàn)方法，盡管在很大程度上提供了評(píng)估土體力學(xué)性質(zhì)的手段，但仍存在一些局限性，特別是在模擬復(fù)雜應(yīng)力條件、監(jiān)測(cè)土體變形過程以及重復(fù)利用試樣方面。

2、環(huán)剪儀作為巖土體力學(xué)特性測(cè)試裝備，由于其允許試樣的無限變形的特性，多用于研究滑坡大剪切位移下沿滑動(dòng)面的殘余抗剪強(qiáng)度。

3、剪切盒作為環(huán)剪儀最重要的部分，其決定了試樣的邊界條件、加載條件，對(duì)試驗(yàn)過程和試驗(yàn)結(jié)果影響極大。目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上的環(huán)剪儀剪切盒多為上下分離式結(jié)構(gòu)，功能單一，需要在外部制樣，且大都無法對(duì)試樣進(jìn)行封閉式加載以及實(shí)時(shí)觀測(cè)加載過程中剪切帶的發(fā)展情況。部分環(huán)剪儀在上下剪切盒間安裝密封橡膠圈以達(dá)到密封效果，但這種只能實(shí)現(xiàn)低速剪切條件下的密封，對(duì)于高速剪切條件下，剪切盒間隙大小很難控制，便無法保證剪切過程中剪切盒的密封性，整個(gè)環(huán)剪裝置便無法模擬在不排水條件下巖土體的力學(xué)特性，這種影響會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性和真實(shí)性降低。鑒于此，亟需提出一種封閉式試樣全包裹透明環(huán)剪盒，以解決上述提到的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種封閉式試樣全包裹透明環(huán)剪剪切盒及重塑土制樣方法，封閉式試樣全包裹透明環(huán)剪剪切盒可在壓力室內(nèi)直接進(jìn)行重塑土試樣的制作，高速加載過程中，試樣殘?jiān)捎谘b置整體良好的封閉性不會(huì)有溢出，同時(shí)，通過透明剪切盒能清晰地觀察土體剪切帶的形成過程及位置，解決了上述背景技術(shù)中提到的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種封閉式試樣全包裹透明環(huán)剪剪切盒，所述封閉式試樣全包裹透明環(huán)剪剪切盒包括上剪切盒和下剪切盒，所述上剪切盒包括：壓力室頂蓋、第一反壓接口、第二反壓接口，第一反壓接口、第二反壓接口依靠其尾部螺絲固定于壓力室頂蓋；所述下剪切盒包括：壓力室底座、第一孔壓接口、第二孔壓接口；第一孔壓接口、第二孔壓接口依靠其尾部螺絲固定于壓力室底座；壓力室頂蓋上設(shè)置有排氣孔，壓力室腔體完全位于下剪切盒，避免了由于加載過程中試樣高度改變引起的上下剪切盒間縫隙增大甚至是土樣的外溢，能保證壓力室良好的密封性。

3、優(yōu)選的，壓力室上部的縫隙采用斯特封、外密封格萊圈、內(nèi)密封格萊圈、特氟龍導(dǎo)向環(huán)組合方式，保證同軸密封性；內(nèi)導(dǎo)向環(huán)、外導(dǎo)向環(huán)位于上剪切盒壓頭與下剪切盒最頂部的齊平位置，外密封格萊圈、內(nèi)密封格萊圈位于上剪切盒壓頭與上不銹鋼透水板的上方。由于采用了特殊彈性材質(zhì)的密封圈，密封圈與壓力室側(cè)壁間的摩擦力可以定量標(biāo)定，能實(shí)現(xiàn)剪切盒進(jìn)行穩(wěn)定的高速單調(diào)加載、循環(huán)加載和數(shù)據(jù)采集。

4、優(yōu)選的，所述壓力室腔體以及壓力室的外壁采用高強(qiáng)高韌性pc聚碳酸酯透明有機(jī)玻璃材質(zhì)，壓力室的外壁通過m5絲套和壓力室密封圈與壓力室底座連接和密封，用于直接觀察試樣。

5、優(yōu)選的，上下剪切盒和試樣之間各設(shè)置有一塊鑲嵌有防滑肋條的燒結(jié)不銹鋼透水板，分別為上不銹鋼透水板和下不銹鋼透水板，所述上不銹鋼透水板和下不銹鋼透水板之間固定設(shè)置有上不銹鋼肋條和下不銹鋼肋條，以增強(qiáng)上下剪切盒與試樣之間的摩擦。

6、優(yōu)選的，所述下剪切盒中的壓力室底座上設(shè)置有限位槽，限位槽中對(duì)應(yīng)匹配的設(shè)置有能置于限位槽內(nèi)部的限位器。

7、另一方面，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了如下技術(shù)方案：一種封閉式試樣全包裹透明環(huán)剪剪切盒的重塑土制樣方法，包括如下步驟：

8、將原狀土樣放入烘箱中在100℃至105℃下烘干，冷卻至室溫后取出碾碎，將所有土樣過2mm篩；

9、稱量過篩干土質(zhì)量，根據(jù)目標(biāo)含水率向其中加入指定質(zhì)量的脫氣水，攪拌均勻；

10、用保鮮膜密封，保濕環(huán)境中放置48小時(shí)以上，使水分充分與土顆粒結(jié)合；

11、在下剪切盒底部墊好濾紙，將限位器置于底座限位槽中，試樣分兩次均勻裝入剪切盒，第一次裝入后先用壓實(shí)器進(jìn)行壓實(shí)，再將表面進(jìn)行刮毛處理，保證試樣不會(huì)出現(xiàn)分層。剩余土樣裝入后，用壓實(shí)器壓實(shí)至目標(biāo)高度處，在土樣頂面放上濾紙，至此裝樣完成。

12、本發(fā)明的有益效果是：

13、1)本發(fā)明完全將壓力室空腔設(shè)置在下剪切盒內(nèi)，可直接在壓力室內(nèi)進(jìn)行重塑土試樣的制作；這種設(shè)計(jì)優(yōu)化了試樣制作流程，同時(shí)避免了土樣在移動(dòng)過程中的擾動(dòng)，確保試樣的一致性。

14、2)本發(fā)明使用高強(qiáng)度、高韌性的pc聚碳酸酯透明有機(jī)玻璃作為壓力室外壁，允許直接觀察試樣的高度、變形、破碎以及剪切帶的發(fā)展情況。這種透明設(shè)計(jì)極大地便利了試驗(yàn)過程的監(jiān)控和分析，可以讓實(shí)驗(yàn)人員清晰地觀察試驗(yàn)過程中土體的變形和應(yīng)力分布情況，有助于實(shí)時(shí)調(diào)整試驗(yàn)參數(shù)和更深入地理解土體在剪切過程中的行為。

15、3)本發(fā)明裝置有較高的密封性，可保證壓力室中試樣在高速剪切過程中，沒有水及殘?jiān)绯?，有效防止水和試樣殘?jiān)诟咚偌羟羞^程中泄漏，顯著提高了試驗(yàn)的密封性和可靠性，保證了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在壓力室高密封性的條件下，反壓接口、孔壓接口及孔壓傳感器可實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣直接在壓力室內(nèi)飽和、施加反壓、實(shí)時(shí)測(cè)量超靜孔隙水壓力的功能。

技術(shù)特征：

1.一種封閉式試樣全包裹透明環(huán)剪剪切盒，其特征在于，所述封閉式試樣全包裹透明環(huán)剪剪切盒包括上剪切盒和下剪切盒，所述上剪切盒包括：壓力室頂蓋(9)、第一反壓接口(17)、第二反壓接口(18)，第一反壓接口(17)、第二反壓接口(18)依靠其尾部螺絲固定于壓力室頂蓋(9)；所述下剪切盒包括：壓力室底座(1)、第一孔壓接口(20)、第二孔壓接口(19)；第一孔壓接口(20)、第二孔壓接口(19)依靠其尾部螺絲固定于壓力室底座(1)；壓力室頂蓋(9)上設(shè)置有排氣孔(14)，壓力室腔體(12)完全位于下剪切盒。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封閉式試樣全包裹透明環(huán)剪剪切盒，其特征在于：壓力室上部的縫隙采用斯特封、外密封格萊圈(7)、內(nèi)密封格萊圈(11)、特氟龍導(dǎo)向環(huán)組合方式，保證同軸密封性；內(nèi)導(dǎo)向環(huán)(10)、外導(dǎo)向環(huán)(8)位于上剪切盒壓頭(15)與下剪切盒最頂部的齊平位置，外密封格萊圈(7)、內(nèi)密封格萊圈(11)位于上剪切盒壓頭(15)與上不銹鋼透水板(6)的上方。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封閉式試樣全包裹透明環(huán)剪剪切盒，其特征在于：所述壓力室腔體(12)以及壓力室的外壁采用高強(qiáng)高韌性pc聚碳酸酯透明有機(jī)玻璃材質(zhì)，壓力室的外壁通過m5絲套(13)和壓力室密封圈(2)與壓力室底座(1)連接和密封，用于直接觀察試樣。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封閉式試樣全包裹透明環(huán)剪剪切盒，其特征在于：上下剪切盒和試樣之間各設(shè)置有一塊鑲嵌有防滑肋條的燒結(jié)不銹鋼透水板，分別為上不銹鋼透水板(6)和下不銹鋼透水板(3)，所述上不銹鋼透水板(6)和下不銹鋼透水板(3)之間固定設(shè)置有上不銹鋼肋條(5)和下不銹鋼肋條(4)，以增強(qiáng)上下剪切盒與試樣之間的摩擦。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封閉式試樣全包裹透明環(huán)剪剪切盒，其特征在于：所述下剪切盒中的壓力室底座(1)上設(shè)置有限位槽(16)，限位槽(16)中對(duì)應(yīng)匹配的設(shè)置有能置于限位槽內(nèi)部的限位器(21)。

6.一種基于權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述封閉式試樣全包裹透明環(huán)剪剪切盒的重塑土制樣方法，其特征在于：包括如下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及巖土體力學(xué)試驗(yàn)領(lǐng)域，具體公開了一種封閉式試樣全包裹透明環(huán)剪剪切盒及重塑土制樣方法，剪切盒包括上剪切盒和下剪切盒，上剪切盒包括：壓力室頂蓋、第一反壓接口、第二反壓接口，第一反壓接口、第二反壓接口依靠其尾部螺絲固定于壓力室頂蓋；下剪切盒包括：壓力室底座、第一孔壓接口、第二孔壓接口；第一孔壓接口、第二孔壓接口依靠其尾部螺絲固定于壓力室底座；壓力室頂蓋上設(shè)置有排氣孔，壓力室腔體完全位于下剪切盒。本發(fā)明封閉式試樣全包裹透明環(huán)剪剪切盒可在壓力室內(nèi)直接進(jìn)行重塑土試樣的制作，高速加載過程中，試樣殘?jiān)捎谘b置整體良好的封閉性不會(huì)有溢出，同時(shí)，通過透明剪切盒能清晰地觀察土體剪切帶的形成過程及位置。

技術(shù)研發(fā)人員：張迎賓,丁天力,馬關(guān)愿,李得建,魏江濤,崔治
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西南交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/26