一种加筋土植物垫接触面强度原位测试装置与方法与流程

本发明涉及一种加筋土植物垫接触面强度原位测试装置与方法，属于加筋植物土力学特性检测技术领域。

背景技术：

植物根系对土体强度的加强作用包括锚固作用和浅层加筋作用，而在边坡植物根系内加入加筋垫以形成加筋土植物垫可以产生比原位土体更高的强度，加筋土植物垫对保持边坡稳定及防治水土流失现象的发生，维护生态系统的平衡，具有重要的作用和良好的前景，因此在研究加筋植物土物理力学性质这一新领域时，亟待一种直接有效、可行可靠的测量植物加筋土准确强度值的方法。

加筋土植物垫接触面强度是衡量植物加筋土对边坡加固作用的一个重要的参数，获得接触面强度，可为加筋土植物垫的稳定分析提供了基础数据，同时也为加筋土植物垫的设计提供了参考依据。但是，与单一土工材料加筋土或者单一植物草皮相比，加筋植物土根系的空间分布更为复杂，且土体表面的整体性、抗撕裂性和整体抗冲刷性也尤为重要，因此直接对加筋植物土取样进行试验测量，势必会破坏植物根系-土工垫-土体三者之间的相互作用，改变加筋土植物垫与土体接触面的原状特征。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种加筋土植物垫接触面强度原位测试装置，包括剪切盒、盖板、荷载测量装置和牵引装置；所述盖板设置在剪切盒上盒内，所述盖板上压有荷载物，所述剪切盒上盒的一个侧面依次连接荷载测量装置和牵引装置，与连接荷载测量装置相对的另一个侧面上设置有位移测量装置。

所述盖板与剪切盒上盒空腔横截面一致。

所述剪切盒上盒空腔横截面与剪切盒下盒空腔横截面一致。

所述牵引装置的底部设置有调节装置，所述调节装置可调节牵引装置牵引力的方向。

一种加筋土植物垫接触面强度原位测试装置的测试方法，包括以下步骤，

步骤1，将剪切盒下盒压入土体内，使剪切盒上盒与剪切盒下盒之间的剪切面和加筋土植物垫与土体之间的接触面齐平；

步骤2，将盖板放入剪切盒上盒内，并在盖板中心处压上荷载物；

步骤3，在剪切盒上盒的一个侧面依次连接荷载测量装置和牵引装置，与连接荷载测量装置相对的另一个侧面上设置位移测量装置；

步骤4，启动牵引装置，使牵引装置产生的牵引力作用在剪切盒上盒侧面的中心处并通过剪切面的中心，使剪切盒上盒移动；

步骤5，记录荷载测量装置的数值，其测出的峰值即为总剪力值；记录位移测量装置的值，根据剪切盒尺寸和位移值计算剪切面积；

步骤6，根据总剪力值和剪切面积计算出抗剪强度值。

本发明所达到的有益效果：本发明克服了现有设备与方法无法直接测量加筋土植物垫与土体接触强度的问题，可实现在现场原位进行加筋土植物垫与土体接触面抗剪强度试验，获得接触面强度，为加筋土植物垫的稳定分析提供了基础数据，同时也为加筋土植物垫的设计提供了参考依据；试验中不需要对加筋土植物垫进行取样，不破坏植物根系-土工垫-土体三者之间的相互作用，保留了加筋土植物垫与土体接触面的原状特征，操作简单、质量可控、可重复性强。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

图2为本发明装置的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1和2所示，一种加筋土植物垫接触面强度原位测试装置，包括剪切盒、盖板12、荷载测量装置10、位移测量装置9和牵引装置5；盖板12设置在剪切盒上盒2内，所述盖板12上压有荷载物11，剪切盒上盒2的一个侧面依次连接荷载测量装置10和牵引装置5，与连接荷载测量装置10相对的另一个侧面上设置位移测量装置9，牵引装置5的底部设置有调节装置6，调节装置6可调节牵引装置5牵引力的方向。

剪切盒的材质为铜质或硬质不锈钢，剪切盒上盒2空腔横截面与剪切盒下盒3空腔横截面一致，内部空腔均为柱形，横截面可为矩形、圆形或其他合适的形状，剪切盒上盒2的高度不小于5cm，剪切盒下盒3的高度不小于10cm。

盖板12的材质为为铜质或硬质不锈钢，盖板12与剪切盒上盒2空腔横截面一致，厚度不小于1cm。

荷载物11可采用砝码，普通圆形砝码即可，便于直接读取重量，砝码和盖板12的总重量根据实际工况所需的垂直荷载选定，只需控制垂直荷载为30kPa～500kPa。

荷载测量装置10采用电阻式压力传感器，精度根据工程需要选定；位移测量装置9采用位移计，通常采用百分表，剪切盒上盒2侧面的每个角(一般为四个角)各安装一个，以检测剪切盒上盒2是否有平行推移，同时记录所有位移计的数值，以其平均值作为剪切位移值，其精度和量程根据工程需要选定。

牵引装置5采用加载电机，该加载电机采用低速电机，控制其最大转速不超过12r/min，加载电机通过齿轮比转换以调节加载速率。加载电机在使用时需要连接一个反力架8，反力架8与剪切盒的距离大于40cm，以减少反力架8对原位土体强度的影响；反力架8通常可选用角钢或者槽钢作为作用力杆，其入土深度不小于10cm，以保证反力架8本身稳固不摇动。

牵引装置5的底部的调节装置6包括垫块4和销钉7，牵引装置5设置在垫块4上，通过销钉7调节垫块4顶面的角度，使牵引装置5产生的牵引力作用在剪切盒上盒2侧面的中心处并通过剪切面的中心，牵引力与剪切面夹角不大于10度。

上述装置的测试方法，包括以下步骤：

步骤1，将剪切盒下盒3压入土体内，使剪切盒上盒2与剪切盒下盒3之间的剪切面和加筋土植物垫1与土体之间的接触面齐平。

具体可采用如下方法：

在在所需测量的坡面土体处，按照剪切盒在坡面上画出待测量的位置与形状；

在画好的待测量位置处，用刮土刀向下挖除旁边的土体，并修剪成待剪切的柱体；

剪切盒下盒3按入所需测量的柱体，使剪切盒上盒2与剪切盒下盒3之间的剪切面和加筋土植物垫1与土体之间的接触面齐平，并保证剪切盒下盒3内充满土体无空隙。

步骤2，将盖板12放入剪切盒上盒2内，并在盖板12中心处压上荷载物11。

步骤3，在剪切盒上盒2的一个侧面依次连接荷载测量装置10和牵引装置5；与连接荷载测量装置10相对的另一个侧面上设置位移测量装置9。

步骤4，启动牵引装置5，使牵引装置5产生的牵引力作用在剪切盒上盒2侧面的中心处并通过剪切面的中心，使剪切盒上盒2移动。

步骤5，记录荷载测量装置10的数值，其测出的峰值即为总剪力值；记录位移测量装置9的值，根据剪切盒尺寸和位移值计算剪切面积。

步骤6，根据总剪力值和剪切面积计算出抗剪强度值。

具体计算公式如下：

其中，τ为抗剪强度；P为总剪力值；S为剪切面积。

本发明克服了现有设备与方法无法直接测量加筋土植物垫1与土体接触强度的问题，可实现在现场原位进行加筋土植物垫与土体接触面抗剪强度试验，获得接触面强度，为加筋土植物垫1的稳定分析提供了基础数据，同时也为加筋土植物垫1的设计提供了参考依据；试验中不需要对加筋土植物垫1进行取样，不破坏植物根系-土工垫-土体三者之间的相互作用，保留了加筋土植物垫1与土体接触面的原状特征，操作简单、质量可控、可重复性强。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。