(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210465854.1 (22)申请日 2022.04.29 (71)申请人 西安理工大 学 地址 710048 陕西省西安市碑林区金花 南 路5号 (72)发明人 温立峰　杨雨　李炎隆　刘军　 汤荣平　张会员　 (74)专利代理 机构 西安弘理专利事务所 61214 专利代理师 涂秀清 (51)Int.Cl. G01N 3/02(2006.01) G01N 3/24(2006.01) (54)发明名称 具有渗流压力控制的叠环式剪切仪及其使 用方法 (57)摘要 本发明公开了具有渗流压力控制的叠环式 剪切仪， 包括依次连接的渗流调节模块、 剪切模 块和测量模块， 渗流调节模块包括通过软管连接 的高压气瓶和封闭水箱， 封闭水箱连接水源， 测 量模块包括电子称， 电子称上放置盛水容器。 本 发明具有渗流压力控制的叠环剪切仪， 解决了 现 有技术中存在的叠环式剪切仪不能给试样稳定 的施加渗流水压的问题， 通过直接将渗流水压施 加在试样上， 测得试样在不同剪切 力、 法向压力、 渗流水压等受力状态下的应力 ‑应变与强度关 系， 具有简单、 实用的优势。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 114755095 A 2022.07.15 CN 114755095 A 1.具有渗流压力控制的叠环式剪切仪， 其特征在于， 包括剪切模块， 剪切模块分别连接 渗流控制模块和 测量模块。 2.根据权利要求1所述的具有渗流压力控制的叠环式剪切仪， 其特征在于， 所述剪切模 块包括底 座(1)， 底座(1)上设置框架结构， 框架结构内设置下剪切盒(2)， 下剪切盒(2)与底 座(1)之间设置滚轴 排， 剪切盒(2)呈长方体结构， 下剪切盒(2)上开设矩形凹槽， 矩形凹槽 内设置压力传感器(3)， 下剪切盒(2)环绕矩形凹槽的上表面开设若干球形槽， 球形槽内设 置钢板叠环(5)， 钢板叠环(5)上铺设滚针排(4)， 若干层滚针排(4)与钢板叠环(5)围绕矩形 凹槽交错设置， 最上层钢板叠环(5)顶部设置上剪切盒(6)， 矩形凹槽上通过若干层滚针排 (4)与钢板 叠环(5)、 上剪切盒(6)形成压力室， 压力室内铺设乳胶膜。 3.根据权利要求2所述的具有渗流压力控制的叠环式剪切仪， 其特征在于， 所述渗流控 制模块包括封闭水箱(16)， 封闭水箱(16)底部设置进水管(21)， 进水管(21)连接下剪切盒 (2)底部通过乳胶膜进入压力室， 封闭水箱(16)通过气管连接高压气瓶(22)， 气管上设置第 一阀门(17)， 封闭水箱(16)通过水管连接水源(20)， 水管的出水口设置第二阀门(19)， 高压 气瓶(22)上设置 压力表(12)， 封闭水箱(16)上设置流速表(15)。 4.根据权利要求3所述的具有渗流压力控制的叠环式剪切仪， 其特征在于， 所述测量模 块包括盛水容器(13)， 盛水容器(13)顶部设置出水管(11)， 出水管(11)连接上剪切盒(6)顶 部通过乳胶膜进入压力室， 出水管(11)上设置第三阀门(18)， 盛水容器(13)底部设置电子 称(14)， 上剪切盒(6)顶部内侧设置流速传感器， 下剪切盒(2)底部内侧设置孔隙水压力计。 5.根据权利要求4所述的具有渗流压力控制的叠环式剪切仪， 其特征在于， 所述框架结 构顶部设置轴向油压系统(8)， 轴向油压系统(8)包括轴向液压油缸， 轴向液压油缸活塞杆 连接压块(7)， 上剪切盒(6)顶部设置凹槽， 凹槽内设置橡胶圈， 压块(7)与凹槽相卡接挤压 密封； 框架结构底部一侧设置水平油压系统(9)， 水平油压系统(9)包括水平液压油缸， 水平 液压油缸活塞杆 连接下剪切盒(2)侧壁。 6.根据权利要求5所述的具有渗流压力控制的叠环式剪切仪， 其特征在于， 所述压力传 感器(3)、 流速传感器、 孔隙水压力计、 轴向油压系统(8)、 水平油压系统(9)、 压力表(12)、 流 速表(15)均电连接微机采集系统(10)。 7.根据权利要求2所述的具有渗流压力控制的叠环式剪切仪， 其特征在于， 所述压力室 与下剪切盒(2)、 上剪切盒(6)相对位置设置密封 橡胶垫。 8.具有渗流压力控制的叠环式剪切仪的使用方法， 使用如权利要求6所述具有渗流压 力控制的叠环式剪切仪， 其特 征在于， 具体按照以下步骤进行实施： 步骤1， 根据剪切实验原料， 在下剪切盒(2)上交错铺设所需滚针排(4)与钢板叠环(5) 构成的压力室高度； 步骤2， 将乳胶膜顺压力室内壁向上铺满固定， 使乳胶膜顺 直紧贴压力室内壁； 步骤3， 将试块放入下剪切盒(2)内， 再将备好的土石料倒入压力室内直至高度满足过 渡料装填要求之后停止， 振捣压实到密实， 压力室顶部放入密封橡胶垫后设置上剪切盒 (6)； 步骤4， 检查压力室内气密性； 步骤5， 启动轴向油压系统(9)、 水平油压系统(8)和渗流控制模块， 通过轴向油压系统 对下剪切盒(2)内试样施加所需的法向压力；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114755095 A 2步骤6， 法向压力稳定后， 给试样施加渗流水压， 让试样保持在固定的法向压力与渗流 水压下， 逐渐给 试样增加水平压力， 进行 单剪试验， 测得 试样的应力 ‑应变关系。 9.根据权利要求8所述的具有渗流压力控制的叠环式剪切仪的使用方法， 其特征在于， 所述检查压力室内气密性的具体操作为： 高压气瓶(22)作用在封闭水箱(16)向压力室内部 注水， 使得压力室内部充满 水， 检查乳胶膜的破裂情况以及橡胶圈的密封情况， 对破裂的乳 胶膜进行粘补。 10.根据权利要求8所述的具有渗流压力控制的叠环式剪切仪的使用方法， 其特征在 于， 所述步骤6的具体过程为： 先给封闭水箱(16)内注满水， 调整第一阀门(17)和第二阀门 (19)， 使气体压着 封闭水箱(16)内的水从试样的底部向上流， 从压力室顶部 溢出， 通过观 察 封闭水箱(16)内的流速表(15)和孔隙水压力计得到的的试样进水口孔隙水压力的情况来 通过控制阀门反调节气压与水压， 用微机采集系统(10)测此时流出的水的流速， 调整多个 阀门使得封闭水箱内的水位保持稳定， 并且试样上部的排水管(11)流出的水量稳定， 建立 气压‑孔隙水压 ‑流量的相关关系， 联合调节渗流调节系统气压参数， 使得试样内部形成自 下而上稳定的渗 流水压。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114755095 A 3