一種大尺度土石混合體動剪切強度試驗方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明是一種土工測試方法，屬于土木工程或地質(zhì)工程測試領域。
【背景技術】
[0002]土石混合體(碎石土、粗粒土)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。土石混合體作為一種填料被廣泛應用于土石壩、公路、鐵路、機場、房屋地基等建筑工程，應用范圍相當廣泛。由于土石混合體由塊石和土組成，且兩者在力學性質(zhì)上呈現(xiàn)“極強”(塊石)和“極弱”(土體)兩個極端的差異性。這種差異性使土石混合體在物理力學性質(zhì)上呈現(xiàn)極端的不均勻性與極端的非線性特征，其宏觀物理力學性質(zhì)不能由塊石或土簡單疊加而成。對于西南地區(qū)土石混合體邊坡在地震作用下發(fā)生滑坡災害，其治理措施要充分考慮動荷載對邊坡災害的控制性作用，因此動荷載作用下土石混合體強度的測試不能由傳統(tǒng)的土力學剪切裝置或者巖石試驗機來完成，需要研制適合土石混合體自身特點的新型儀器，量測其動荷載強度，尤其是要考慮尺寸效應對土石混合體強度的影響。本發(fā)明就是一種用于量測動荷載作用下土石混合體的動直剪強度特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的是提供一種大尺度土石混合體動剪切強度試驗方法，用于解決土石混合體在動荷載作用下的直剪強度參數(shù)獲取，為工程實踐提供技術參數(shù)。
[0004]本發(fā)明的技術解決方案，其特征是采用一種試驗裝置，進行大尺度土石混合體動剪切強度試驗，該裝置包括反力架1，加載框架2，第一伺服加載裝置3，第二伺服加載裝置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，第一垂直滑軌10，上盒試樣11，滾珠軸排12，下盒擴展板13，下盒試樣14，第一千斤頂15，第一支撐底座16，水平滑軌17，第二支撐底座18，第二千斤頂19，傳力桿20，連接端頭21，水平加載軸22，水平位移計23，第一側(cè)限柱24，垂直加載軸25，加壓板26，第二側(cè)限柱27，伸縮臂28，第三側(cè)限柱29，第二垂直滑軌30。第一伺服加載裝置3的作動器連接垂直加載軸25，垂直加載軸25提供垂直壓力，位于加壓板26上面，加壓板26連接垂直位移計9，加壓板26位于上盒試樣11的頂面，上剪切盒6由第一側(cè)限柱24和第二側(cè)限柱27固定，第一側(cè)限柱24連接第一垂直滑軌10，第二側(cè)限柱27通過伸縮臂28與第三側(cè)限柱29相連，第三側(cè)限柱29連接第二垂直滑軌30，上剪切盒6通過滾珠軸排12對準下剪切盒7，上剪切盒6內(nèi)安裝上盒試樣11，下剪切盒7內(nèi)安裝下盒試樣14，下剪切盒7連接下盒擴展板13，下剪切盒7連接軌道車8，軌道車8可沿水平滑軌17移動到載樣臺5之上，水平滑軌17與加載框架2連接，第一千斤頂15連接第一支撐底座16，第二千斤頂19連接第二支撐底座18，下剪切盒7連接傳力桿20和水平位移計23，連接端頭21與水平加載軸22對準，水平加載軸22連接第二伺服加載裝置4的作動器。上剪切盒6尺寸為長500mm寬500mm，連接第一側(cè)限柱24 —側(cè)的上剪切盒6的盒壁高為445mm，連接第二側(cè)限柱27 —側(cè)的上剪切盒6的盒壁高為155mm，下剪切盒7尺寸為長500mm寬500mm，連接下盒擴展板13 —側(cè)的下剪切盒7的盒壁高為155mm，連接傳力桿20 一側(cè)的下剪切盒7的盒壁高為445mm，滾珠軸排12傾角為30°，上剪切盒6和下剪切盒7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和下剪切盒7的內(nèi)壁四個角為圓形設計，圓角半徑為30mm?60mm，上剪切盒6可以沿下盒擴展板13滑動，第一側(cè)限柱24可以沿第一垂直滑軌10垂直滑動，第三側(cè)限柱29可以沿第二垂直滑軌30垂直滑動，第一伺服加載裝置3和第二伺服加載裝置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26均采用高強度不銹鋼材料，加壓板26與上剪切盒6間的縫隙間隔為2mm?4mm，滾珠軸排12、下盒擴展板13和水平滑軌17均為高強度不銹鋼材料，且表面均涂有特富龍材料。第一伺服加載裝置3和第二伺服加載裝置4均可采用液壓加載，也可以采用電機加載，均可以進行快進快退操作，也可以進行應變加載和應力加載，第一伺服加載裝置3的作動器和第二伺服加載裝置4的作動器最高頻率均可達70Hz，作動器行程均可達100mm，最大出力均可達1000kN，出力測量精度可達0.5% FS，可實現(xiàn)自定義加載波形；第二伺服加載裝置4的應變剪切速率為0.02?5.00mm/min，應力剪切速率為100?600kN/min ;垂直位移計9的最大量程為150mm，測量精度可達1mm，水平位移計23的最大量程為170_，測量精度可達1_。
[0005]量測土石混合體動剪切強度的試驗方法如下:
[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)由滾珠軸排12對齊下剪切盒7，將第一份混合料裝入下剪切盒7中，將加壓板26置于混合料上，將軌道車8移至垂直加載軸25正下方，啟動第一千斤頂15和第二千斤頂19，將第一支撐底座16和第二支撐底座18分別與加載框架2接觸，使軌道車8懸空，開動第一伺服加載裝置3，使垂直加載軸25接觸加壓板26頂帽，按要求施加垂直壓力F，待垂直位移計9顯示達到要求的密度時對應的位移值，停止加載；
[0008](3)開動第一伺服加載裝置3，卸載使垂直加載軸25離開加壓板26頂帽，啟動第一千斤頂15和第二千斤頂19，將第一支撐底座16和第二支撐底座18分別與加載框架2脫離，使軌道車8與水平滑軌17接觸，將軌道車8移至載樣臺5上，取出加壓板26，將混合料拉毛，裝入第二份混合料，將加壓板26置于混合料上，將軌道車8移至垂直加載軸25正下方，啟動第一千斤頂15和第二千斤頂19，將第一支撐底座16和第二支撐底座18分別與加載框架2接觸，使軌道車8懸空，開動第一伺服加載裝置3，使垂直加載軸25接觸加壓板26頂帽，按要求施加垂直壓力F，待垂直位移計9顯示達到要求的密度時對應的位移值，停止加載；
[0009](4)開動第一伺服加載裝置3，卸載使垂直加載軸25離開加壓板26頂帽，啟動第一千斤頂15和第二千斤頂19，將第一支撐底座16和第二支撐底座18分別與加載框架2脫離，使軌道車8與水平滑軌17接觸，將軌道車8移至載樣臺5上，取出加壓板26，將混合料拉毛，裝入第三份混合料，將加壓板26置于混合料上，將軌道車8移至垂直加載軸25正下方，啟動第一千斤頂15和第二千斤頂19，將第一支撐底座16和第二支撐底座18分別與加載框架2接觸，使軌道車8懸空，開動第一伺服加載裝置3，使垂直加載軸25接觸加壓板26頂帽，按要求施加垂直壓力F，待垂直位移計9顯示達到要求的密度時對應的位移值，保持垂直壓力F不變；
[0010](5)將第一側(cè)限柱24和第二側(cè)限柱27分別與上剪切盒6連接，將第二側(cè)限柱27通過伸縮臂28與第三側(cè)限柱29連接，使上剪切盒6固定，啟動第二伺服加載裝置4，使連接端頭21與連接作動器的水平加載軸22相連，按要求的振動頻率和振幅通過傳力桿20施加推力T，使下剪切盒7向遠離第二伺服加載裝置4方向移動，同時采用水平位移計23測量水平位移S，保持上剪切盒6水平方向固定，上剪切盒6通過第一垂直滑軌10和第二垂直滑軌30向上滑動，使連接垂直加載軸25的作動器的輸出壓力按照P = F-Ttg30°變化，并采用垂直位移計9測量加壓板26的垂直位移S'，滾珠軸排12沿下盒擴展板13滑動，以避免上剪切盒6內(nèi)部的上盒試樣11漏出；
[0011](6)待水平位移S增大到75mm時停止試驗，獲得上盒試樣11與下盒試樣14接觸面處正壓力f = P cos30° +Tsin30°，取f的最大值fmaxl，獲得接觸面處剪切力Iw =Tcos30° -F' sin30°，取 T'的最大值 T' maxl；
[0012](7)通過垂直加載軸25使第一伺服加載裝置3卸載，第二伺服加載裝置4通過水平加載軸22施加拉力拉動下剪切盒7移動，使得上剪切盒6與下剪切盒7重合，卸除上剪切盒6與第一側(cè)限柱24及第二