本實(shí)用新型涉及一種巖土體剪切流變儀，具體涉及一種考慮降雨和爆破振動(dòng)反復(fù)作用的巖土體剪切流變儀，屬于巖土工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

巖土體的流變性質(zhì)即指其隨時(shí)間變化的變形性質(zhì)，主要包括蠕變、松弛及彈性后效，巖土體的流變性質(zhì)是在進(jìn)行重大工程設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性分析時(shí)必須要考慮的重要因素。作為自然界最活躍的因素之一，水對(duì)于巖土體變形、強(qiáng)度性質(zhì)有極大的影響，主要包括軟化、沖刷、化學(xué)腐蝕、動(dòng)水壓力等；此外，在水利、交通、礦山等領(lǐng)域的施工中，爆破是進(jìn)行坡形改造、地基處理、礦石開(kāi)采等工作的必要程序，因此，對(duì)于這些工程邊坡長(zhǎng)期穩(wěn)定性的分析，降雨和爆破振動(dòng)的反復(fù)作用對(duì)巖土體流變特性的影響不可忽視。

常規(guī)剪切流變的基本步驟包括試樣取樣與加工、法向壓力施加、逐級(jí)施加剪應(yīng)力(每一級(jí)變形穩(wěn)定之后施加下一級(jí)剪應(yīng)力)直至試樣破壞。巖土體流變性質(zhì)的研究方法主要包括現(xiàn)場(chǎng)原位流變?cè)囼?yàn)與室內(nèi)試驗(yàn)，相對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，室內(nèi)試驗(yàn)具有經(jīng)濟(jì)易行、數(shù)據(jù)采集與處理方便、試驗(yàn)條件可控性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此室內(nèi)試驗(yàn)現(xiàn)已成為研究巖土體流變性質(zhì)的主要手段。

對(duì)于動(dòng)荷載擾動(dòng)下巖土體流變性質(zhì)的研究主要采用三軸卸荷流變?cè)囼?yàn)的方式，對(duì)于降雨影響下巖土體流變性質(zhì)的研究主要采用先對(duì)試樣進(jìn)行干濕循環(huán)處理再進(jìn)行流變?cè)囼?yàn)的方式，但這些模擬方式顯然與實(shí)際中降雨與爆破荷載的作用方式不符。此外，目前的剪切流變?cè)囼?yàn)裝置中，試樣變形多采用千分尺或在試樣表面貼應(yīng)變片的方式測(cè)定，但是這些測(cè)定方式主觀因素太大，如千分尺或應(yīng)變片的位置、變形量大小等，且在添加爆破荷載擾動(dòng)時(shí)采用自動(dòng)計(jì)數(shù)方式會(huì)存在很大的誤差，如何合理模擬爆破擾動(dòng)對(duì)于巖土體流變性質(zhì)的影響并準(zhǔn)確測(cè)定變形量是巖土體流變性質(zhì)試驗(yàn)研究中亟待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)先有技術(shù)的不足，提供一種可模擬多種爆破荷載頻率與強(qiáng)度，并能在流變?cè)囼?yàn)過(guò)程中對(duì)試樣進(jìn)行干濕循環(huán)，適用于降雨和爆破振動(dòng)反復(fù)作用下各類巖土體流變性質(zhì)研究的試驗(yàn)裝置。

實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的所采用的技術(shù)方案為，一種考慮降雨和爆破振動(dòng)反復(fù)作用的巖土體剪切流變儀，至少包括由反力架、法向加壓系統(tǒng)、切向加壓系統(tǒng)、上剪切盒和下剪切盒構(gòu)成的剪切流變單元和用于檢測(cè)下剪切盒位移的位移量測(cè)系統(tǒng)，下剪切盒位于反力架的底座上，法向加壓系統(tǒng)和切向加壓系統(tǒng)均通過(guò)反力架支撐并且分別作用于上剪切盒和下剪切盒，還包括干濕循環(huán)單元和爆破擾動(dòng)單元；干濕循環(huán)單元由水槽、水泵、進(jìn)水管、電熱絲、出水管和底板開(kāi)設(shè)透水孔的水箱構(gòu)成，水槽、進(jìn)水管、水箱、上剪切盒、下剪切盒和出水管順序連通，水泵安裝于進(jìn)水管上，電熱絲封裝于上剪切盒和下剪切盒的盒壁中；所述爆破擾動(dòng)單元包括兩組由剛性支架和振動(dòng)電機(jī)構(gòu)成的擾動(dòng)組件，振動(dòng)電機(jī)安裝于剛性支架上，兩根剛性支架分別與法向加壓系統(tǒng)和切向加壓系統(tǒng)連接。

所述位移量測(cè)系統(tǒng)為CCD位移自動(dòng)量測(cè)系統(tǒng)，由光源發(fā)射器、CCD芯片和帶孔的擋光片構(gòu)成，光源發(fā)射器和擋光片均固定于下剪切盒上，CCD芯片固定于底座上，擋光片位于光源發(fā)射器與CCD芯片之間，光源發(fā)射器與擋光片的孔位置相對(duì)。

擋光片的孔為方形孔。

所述剛性支架由豎向支撐桿件以及通過(guò)豎向支撐桿件連接的上剛性桿件和下剛性桿件構(gòu)成，豎向支撐桿件與上剛性桿件和下剛性桿件的連接位置均可調(diào)，下剛性桿件固定于反力架的底座上，振動(dòng)電機(jī)固定于上剛性桿件的其中一端，上剛性桿件的另一端與其作用的法向加壓系統(tǒng)或切向加壓系統(tǒng)固連。

所述上剛性桿件和下剛性桿件上均沿其軸向開(kāi)設(shè)有2個(gè)以上螺紋孔，上剛性桿件和下剛性桿件分別通過(guò)螺紋緊固件安裝于豎向支撐桿件的頂端和底端。

法向加壓系統(tǒng)和切向加壓系統(tǒng)均由加載元件和剛性墊塊構(gòu)成，剛性墊塊位于加載元件與加載元件作用的上剪切盒或下剪切盒之間，上剛性桿件與剛性墊塊固連。

所述上剛性桿件與剛性墊塊焊接。

上剪切盒的盒底為中空結(jié)構(gòu)，空腔通過(guò)位于上剪切盒盒底上的通孔與上剪切盒的盒腔連通，上剪切盒盒底的空腔構(gòu)成水箱、通孔構(gòu)成透水孔。

所述出水管貫穿下剪切盒的盒底。

由上述技術(shù)方案可知，本實(shí)用新型提供的考慮降雨和爆破振動(dòng)反復(fù)作用的巖土體剪切流變儀，在現(xiàn)有巖土體剪切流變儀的基礎(chǔ)上增加爆破擾動(dòng)單元，通過(guò)兩組由剛性支架和振動(dòng)電機(jī)構(gòu)成的擾動(dòng)組件分別對(duì)法向加壓系統(tǒng)和切向加壓系統(tǒng)提供一定的擾動(dòng)，振動(dòng)擾動(dòng)通過(guò)剛性支架傳遞至加壓系統(tǒng)，對(duì)法向壓力與剪切應(yīng)力產(chǎn)生擾動(dòng)，模擬爆破荷載。

為在一次實(shí)驗(yàn)中模擬不同大小的振動(dòng)擾動(dòng)，本實(shí)用新型將振動(dòng)電機(jī)和加壓系統(tǒng)分別設(shè)置于剛性支架兩側(cè)，剛性支架由豎向支撐桿件及其連接的上剛性桿件和下剛性桿件構(gòu)成，下剛性桿件固定于反力架的底座上，穩(wěn)定剛性支架，豎向支撐桿件與上、下剛性桿件的連接位置可調(diào)，通過(guò)改變豎向支撐桿件與上剛性桿件的連接位置可調(diào)節(jié)振動(dòng)電機(jī)作用的力臂的大小，調(diào)整傳遞至加壓系統(tǒng)的擾動(dòng)大小，實(shí)現(xiàn)不同強(qiáng)度的擾動(dòng)荷載，可實(shí)現(xiàn)流變?cè)囼?yàn)過(guò)程中爆破荷載的定量模擬。

本實(shí)用新型改進(jìn)了現(xiàn)有的剪切盒結(jié)構(gòu)，將剪切盒盒底設(shè)置為導(dǎo)通結(jié)構(gòu)、盒壁內(nèi)置電熱絲，即上剪切盒盒底中空且與盒腔連通，出水管貫穿下剪切盒的盒底，水槽、進(jìn)水管、水箱、上剪切盒、下剪切盒和出水管順序連通形成滲透回路，在剪切流變?cè)囼?yàn)的過(guò)程中，水泵提供具有一定滲透壓的水，通至水箱中，通過(guò)水箱下方的透水孔滲透試樣，試樣滲水飽和后連接下剪切盒的水管會(huì)有水分滲出，試樣飽和后對(duì)剪切盒內(nèi)的電熱絲通電，對(duì)試樣進(jìn)行烘干處理，通過(guò)定期對(duì)試樣進(jìn)行飽和與烘干，模擬降雨的干濕循環(huán)作用。

為克服現(xiàn)有技術(shù)中采用千分尺或在試樣表面貼應(yīng)變片的方式測(cè)定位移存在的主觀因素大、測(cè)量誤差大的弊端，本實(shí)用新型采用CCD位移自動(dòng)量測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)下剪切盒的切向位移，當(dāng)試樣在剪切流變過(guò)程中發(fā)生位移時(shí)，光源發(fā)射器與擋光片相對(duì)于CCD芯片產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而改變了通過(guò)擋光片的孔的光線照射在CCD芯片上的位置，引起CCD芯片輸出信號(hào)的變化，然后通過(guò)信號(hào)采集電路，獲得CCD芯片的輸出信號(hào)，通過(guò)計(jì)算機(jī)或微處理器進(jìn)行運(yùn)算顯示，即可測(cè)量巖樣的剪切變形量的大小，測(cè)量精度高。

為精簡(jiǎn)裝置結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型將水箱設(shè)置于上剪切盒的盒底，將上剪切盒的盒底設(shè)置為中空結(jié)構(gòu)，并在靠近試樣的盒底板上開(kāi)設(shè)通孔作為水箱的透水孔；法向加壓系統(tǒng)和切向加壓系統(tǒng)均由加載元件和剛性墊塊構(gòu)成，加載元件產(chǎn)生的載荷通過(guò)剛性墊塊作用于上剪切盒和下剪切盒上，使得載荷分布均勻，另外法向擾動(dòng)組件和切向擾動(dòng)組件的上剛性桿件分別與法向加壓系統(tǒng)和切向加壓系統(tǒng)的剛性墊塊固連，法向擾動(dòng)組件和切向擾動(dòng)組件的震動(dòng)擾動(dòng)通過(guò)剛性墊塊傳遞至上剪切盒和下剪切盒，由于剛性墊塊與加載元件和對(duì)應(yīng)的剪切盒均為接觸傳力，并無(wú)直接連接關(guān)系，因此剛性墊塊傳遞的震動(dòng)擾動(dòng)不會(huì)干擾加載元件的運(yùn)行。

與現(xiàn)有剪切流變儀相比，本實(shí)用新型提供考慮降雨和爆破振動(dòng)反復(fù)作用的巖土體剪切流變儀的優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)利用本實(shí)用新型的巖土體剪切流變儀進(jìn)行剪切流變?cè)囼?yàn)，在試驗(yàn)過(guò)程中可對(duì)試樣進(jìn)行定期的干濕循環(huán)處理，并可通過(guò)簡(jiǎn)單的桿件位置調(diào)整與儀器設(shè)定，定量模擬不同強(qiáng)度、頻率及時(shí)間的爆破荷載；

(2)本實(shí)用新型的巖土體剪切流變儀采用光源發(fā)射器與CCD芯片進(jìn)行剪切變形的測(cè)量，精度高、響應(yīng)快、量程大及易于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集存儲(chǔ)；

(3)本實(shí)用新型的巖土體剪切流變儀機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于調(diào)節(jié)、操作方便，適用于研究爆破荷載擾動(dòng)下各類巖土體剪切流變特性的研究。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型提供的考慮降雨和爆破振動(dòng)反復(fù)作用的巖土體剪切流變儀的主視圖。

圖2為本實(shí)用新型提供的考慮降雨和爆破振動(dòng)反復(fù)作用的巖土體剪切流變儀的左視圖。

圖3為CCD位移自動(dòng)量測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1-法向加壓系統(tǒng)；2-剛性墊塊；3-上剛性桿件；4-螺紋孔；5-振動(dòng)電機(jī)；6-下剛性桿件；7-豎向支撐桿件；8-水箱；9-電熱絲；10-上剪切盒；11-下剪切盒；12-光源發(fā)射器；13-擋光片，131-方形孔；14-CCD芯片；15-底座；16-出水管；17-進(jìn)水管；18-切向加壓系統(tǒng)；19-水槽；20-水泵；21-試樣；22-透水孔；23-反力架。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)具體說(shuō)明，本實(shí)用新型的內(nèi)容不局限于以下實(shí)施例。

本實(shí)用新型提供的考慮降雨和爆破振動(dòng)反復(fù)作用的巖土體剪切流變儀，其結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示(為方便顯示，圖2中拆除了水槽、進(jìn)水管、水泵以及反力架的上部分)，整體包括剪切流變單元、干濕循環(huán)單元、爆破擾動(dòng)單元和用于檢測(cè)下剪切盒位移的位移量測(cè)系統(tǒng)；

剪切流變單元由反力架23、法向加壓系統(tǒng)1、切向加壓系統(tǒng)18、上剪切盒10和下剪切盒11構(gòu)成，下剪切盒11位于反力架的底座15上，法向加壓系統(tǒng)和切向加壓系統(tǒng)均通過(guò)反力架支撐并且分別作用于上剪切盒和下剪切盒，法向加壓系統(tǒng)和切向加壓系統(tǒng)均由加載元件和剛性墊塊2構(gòu)成，剛性墊塊2位于加載元件與加載元件作用的剪切盒之間，用于均勻施壓和傳遞振動(dòng)擾動(dòng)；

干濕循環(huán)單元由水槽19、水泵20、進(jìn)水管17、電熱絲9、出水管16和底板開(kāi)設(shè)透水孔22的水箱8構(gòu)成，本實(shí)施例中，上剪切盒10的盒底為中空結(jié)構(gòu)，空腔通過(guò)位于上剪切盒盒底上的通孔與上剪切盒的盒腔連通，該空腔構(gòu)成水箱8、該通孔構(gòu)成透水孔22，出水管貫穿下剪切盒的盒底，水槽、進(jìn)水管、水箱、上剪切盒、下剪切盒和出水管順序連通，水泵20安裝于進(jìn)水管17上，電熱絲9封裝于上剪切盒和下剪切盒的盒壁中；

爆破擾動(dòng)單元包括兩組由剛性支架和振動(dòng)電機(jī)5構(gòu)成的擾動(dòng)組件，參見(jiàn)圖1和圖2，所述剛性支架由豎向支撐桿件7以及通過(guò)豎向支撐桿件連接的上剛性桿件3和下剛性桿件6構(gòu)成，豎向支撐桿件7與上剛性桿件3和下剛性桿件6的連接位置均可調(diào)，優(yōu)選在上剛性桿件3和下剛性桿件6上沿軸向開(kāi)設(shè)2個(gè)以上螺紋孔、通過(guò)螺紋緊固件與豎向支撐桿件連接的方式實(shí)現(xiàn)連接位置的調(diào)節(jié)，當(dāng)然也可以通過(guò)現(xiàn)有的任何其他結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)連接位置的調(diào)節(jié)，下剛性桿件固定于反力架的底座上，穩(wěn)定剛性支架整體，振動(dòng)電機(jī)5固定于3上剛性桿件的其中一端，上剛性桿件的另一端與對(duì)應(yīng)加壓系統(tǒng)中的剛性墊塊2焊接固定，振動(dòng)電機(jī)5可人為設(shè)定振動(dòng)頻率與振動(dòng)時(shí)間，利用杠桿原理，通過(guò)調(diào)整豎向支撐桿件7的位置，可改變作用在法向加壓系統(tǒng)和切向加壓系統(tǒng)上的擾動(dòng)強(qiáng)度；

參見(jiàn)圖3，所述位移量測(cè)系統(tǒng)為CCD位移自動(dòng)量測(cè)系統(tǒng)，由光源發(fā)射器12、CCD芯片14和帶方形孔131的擋光片13構(gòu)成，擋光片13直接安裝于下剪切盒上，光源發(fā)射器通過(guò)一支架固定于下剪切盒上、位于擋光片13正上方，并且與擋光片的方形孔131位置相對(duì)，CCD芯片14固定于底座上、位于擋光片13正下方。

利用上述考慮降雨和爆破振動(dòng)反復(fù)作用的巖土體剪切流變儀進(jìn)行剪切流變?cè)囼?yàn)，具體實(shí)施步驟如下：

①首先設(shè)計(jì)好試驗(yàn)過(guò)程中需要的擾動(dòng)荷載強(qiáng)度與頻率，采用預(yù)實(shí)驗(yàn)的方式，調(diào)整振動(dòng)電機(jī)的頻率、豎向支撐桿件的位置，測(cè)定作用于加壓系統(tǒng)的擾動(dòng)荷載強(qiáng)度與頻率是否符合要求，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整；

②將切割好的試樣放置在下剪切盒中，依次放置好上剪切盒、法向荷載傳遞裝置與剛性墊塊，調(diào)整剪切縫的大小，在下剪切盒上安裝光源發(fā)射器與開(kāi)有方形孔的擋光片，在底座上安裝CCD芯片；

③按照試驗(yàn)方案施加法向應(yīng)力，達(dá)到預(yù)定法向應(yīng)力之后開(kāi)始逐級(jí)施加剪應(yīng)力，開(kāi)始剪切流變?cè)囼?yàn)；

④在剪切流變?cè)囼?yàn)過(guò)程中，按照預(yù)期的試驗(yàn)方案，定期設(shè)定振動(dòng)電機(jī)開(kāi)關(guān)，模擬剪切流變?cè)囼?yàn)過(guò)程中的爆破擾動(dòng)荷載；此外，定期通過(guò)水泵提供由一定滲透壓的水，通過(guò)水箱滲入試樣，待試樣飽和后對(duì)試樣進(jìn)行烘干處理，模擬剪切流變?cè)囼?yàn)過(guò)程中的降雨作用；

⑤在整個(gè)剪切流變?cè)囼?yàn)過(guò)程中，CCD位移自動(dòng)量測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)自動(dòng)記錄試樣的位移變化情況。