本發(fā)明涉及土工試驗，尤其涉及一種多角度滲透直剪試驗測試系統(tǒng)。

背景技術：

1、在土工試驗領域，對于土體滲透性能的檢測一般采用土工試驗用滲透儀來測定土體的滲透系數，對土體進行滲透值測量時，首先將土放入容納筒，隨后對其內部進行供水，通過記錄一定時間內水流滲透容量及所用時間，從而進行土體的滲透值計算。現有技術中的滲透儀在進行土體的滲透試驗時，對土體試樣的滲透方向往往比較單一，單次試驗只能測定特定方向的滲透性能，無法全面評估土體試樣在不同方向上的滲透性能，導致對土樣性質的理解不去全面。當需要對同一土體試樣進行不同方向上的滲透試驗時，往往需要重復設置試驗，大大增加了試驗的工作量和時間成本。

2、土體抗剪強度是巖土工程中重要的土體力學參數。粗粒土因其優(yōu)良的工程特性，被廣泛運用在工程建設中。因此如何準確、快速地測定粗粒土的強度指標尤為重要。工程實踐中通常使用直剪儀對土樣進行剪切試驗，以獲得土樣的抗剪強度參數。在實驗室中，需要對不同含水率的同一土樣分別進行剪切試驗，以獲得自然條件下的土樣抗剪強度參數?，F有技術中，對于不同含水率的同一土樣進行剪切試驗，也需要重復設置試驗，同樣增大了工作量和時間成本。

3、因此，如何在不進行頻繁拆卸、更換試驗裝置的前提下，對同一土樣采用同一臺試驗裝置即可進行土樣的滲透試驗、不同含水率土樣的滲透剪切試驗，從而降低現有技術中頻繁進行試驗設置的工作量和時間成本，是現有技術面臨的技術問題。

4、另外，在某些自然環(huán)境條件下，土體往往會多次歷經雨水滲透和干燥，對土體的抗剪強度影響很大。因此，如何對歷經雨水滲透和干燥的土樣進行土體抗剪強度參數的測定，也是需要解決的技術問題之一。

技術實現思路

1、有鑒于此，為克服上述現有技術中的缺陷，本發(fā)明提供了一種多角度滲透直剪試驗測試系統(tǒng)。本發(fā)明的試驗測試系統(tǒng)不僅可以對土樣進行不同角度、不同方向進行土體滲透試驗，同時在無需對土樣進行頻繁拆卸更換的前提下，對土樣進行不同含水率下的剪切試驗以及對歷經雨水滲透和干燥的土樣進行剪切試驗。

2、為實現上述目的，本發(fā)明提供一種多角度滲透直剪試驗測試系統(tǒng)，包括加載模塊、剪切模塊和滲流裝置；

3、所述加載模塊包括水平加載裝置、垂直加載裝置和框架，所述框架包括左立柱、右立柱和位于所述左立柱和所述右立柱之間的橫梁，所述垂直加載裝置固定設置在所述橫梁下方；

4、所述剪切模塊包括上下相對設置的上剪切盒和下剪切盒，所述上剪切盒和所述下剪切盒分別通過所述水平加載裝置與所述左立柱和所述右立柱固定連接，所述上剪切盒設置有貫通的上通孔，所述下剪切盒設置有貫通的下通孔，所述上通孔與所述下通孔圍合而成試樣槽，

5、所述剪切模塊與所述垂直加載裝置位于同一豎直軸線上；

6、所述滲流裝置包括進水口和出水口，所述進水口設置在所述滲流裝置的上端部，所述出水口設置在所述滲流裝置的下端部，所述進水口與所述出水口連通，所述出水口在所述滲流裝置的下端部上偏心設置；

7、所述滲流裝置可拆卸并可旋轉的設置在所述上剪切盒的上端部。

8、所述垂直加載裝置可通過所述滲流裝置對所述剪切模塊施加垂直加載力。

9、進一步的，所述水平加載裝置包括力傳感器、水平驅動單元和水平加載單元，所述水平驅動單元與所述水平加載單元固定連接，所述水平驅動單元的另一端通過固定板與所述左立柱/右立柱固定連接，所述水平加載單元的另一端通過固定板與所述上剪切盒/下剪切盒固定連接，所述力傳感器與所述水平驅動單元電連接。

10、進一步的，所述垂直加載裝置包括垂直驅動單元和垂直加載單元，所述垂直驅動單元與所述垂直加載單元固定連接，所述垂直驅動單元的另一端通過固定板與所述橫梁固定連接。

11、進一步的，所述水平驅動單元和所述垂直驅動單元為伺服電機或伺服油缸，所述水平加載單元和所述垂直加載單元為加載桿。

12、進一步的，所述下剪切盒的所述下通孔的底部設置透水石，所述透水石上方設置過濾板，所述透水石下方設置導通管，所述下剪切盒的正下方設置有盛水槽。

13、進一步的，所述滲流裝置包括外蓋板、內蓋板和位于外蓋板與內蓋板之間的密閉空腔，所述密閉空腔由所述外蓋板和內蓋板圍合而成，所述外蓋板設置有進水口，所述內蓋板設置有出水口，所述進水口與所述出水口均與所述密閉空腔連通，所述出水口在所述內蓋板上偏心設置。

14、進一步的，本發(fā)明還包括加水模塊，所述加水模塊可通過進水管道與所述滲流裝置的所述進水口連通。

15、進一步的，所述加水模塊包括水流傳感器、水流傳感器顯示屏、管道一、管道二、連通器和注水箱，所述連通器的兩端分別與所述管道二和所述管道一連接，所述管道二與所述注水箱連接，所述管道一與所述滲流裝置的進水口連接，所述水流傳感器設置在管道二與所述注水箱的連通端口處，所述水流傳感器顯示屏設置在所述注水箱上。

16、進一步的，本發(fā)明還包括位移傳感器和位移接收器，所述位移傳感器設置在所述下剪切盒邊緣，所述位移接收器設置在所述上剪切盒邊緣。

17、進一步的，本發(fā)明還包括氣體干燥模塊，所述氣體干燥模塊可通過進氣管道與所述滲流裝置的所述進水口連通。

18、本發(fā)明在對土樣進行滲透試驗時，操作過程如下：

19、第一步，將預制土樣安放在由所述上剪切盒的所述上通孔和所述下剪切盒的所述下通孔圍合而成的所述試樣槽中；

20、第二步，將所述滲流裝置安放在所述上剪切盒的上端部以覆蓋所述上通孔，按照預期滲透的方向和位置，旋轉所述滲流裝置，使得所述滲流裝置下方的所述出水口與所述土樣所要預期滲透的位置相對應；

21、第三步，將所述加水模塊通過進水管道與所述滲流裝置上端部設置的所述進水口連通，打開進水管道上的閥門對土樣進行滲流；

22、第四步，記錄所述水流傳感器測量的水流量以及所用的滲流時間，以用于計算土滲透值；

23、第五步，當需要對土樣其他位置進行滲透試驗時，重復上述第二步至第四步，完成對所述土樣所需方向和位置的滲透試驗。

24、本發(fā)明在對不同含水率的同一土樣進行直剪試驗時，操作過程如下：

25、第一步，將預制土樣安放在由所述上剪切盒的所述上通孔和所述下剪切盒的所述下通孔圍合而成的試樣槽中；

26、第二步，將所述滲流裝置安放在所述上剪切盒的上端部以覆蓋所述上通孔，按照預期滲透的方向和位置，旋轉所述滲流裝置，使得所述滲流裝置下方的所述出水口與所述土樣所要預期滲透的位置相對應；

27、第三步，將所述加水模塊通過進水管道與所述滲流裝置上端部設置的所述進水口連通，打開進水管道上的閥門對土樣進行滲流，通過控制滲流壓力和滲流時間來獲得預期含水率的土樣；

28、第四步，啟動所述垂直加載裝置，對所述滲流裝置施加垂直加載力，然后啟動所述水平加載裝置對所述上剪切盒與所述下剪切盒施加水平加載力；

29、第五步，通過所述位移傳感器和所述位移接收器記錄剪切過程中所述上剪切盒與所述下剪切盒之間的相對位移量，并通過所述力傳感器對水平剪切過程進行數據采集，從而獲得剪切過程中土樣的抗剪強度與滲流狀態(tài)，用于分析土樣在剪切方向與滲流方向耦合作用下的抗剪強度變化特征；

30、第六步，當需要對土樣其他方向和位置進行滲透-直剪試驗時，首先卸載所述水平加載裝置施加的水平加載力和所述垂直加載裝置施加的垂直加載力，使得所述水平加載裝置和所述垂直加載裝置恢復到初始位置，然后重復上述第二步至第五步，完成對所述土樣所需方向和位置的滲透-直剪試驗。

31、本發(fā)明在模擬歷經雨水滲透和干燥的土體的直剪試驗時，操作流程如下：

32、第一步，將預制土樣安放在由所述上剪切盒的所述上通孔和所述下剪切盒的所述下通孔圍合而成的試樣槽中；

33、第二步，將所述滲流裝置安放在所述上剪切盒的上端部以覆蓋所述上通孔，按照預期滲透的方向和位置，旋轉所述滲流裝置，使得所述滲流裝置下方的所述出水口與所述土樣所要預期滲透的位置相對應；

34、第三步，將所述加水模塊通過進水管道與所述滲流裝置上端部設置的所述進水口連通，打開進水管道上的閥門對土樣進行滲流，通過控制滲流壓力和滲流時間來獲得預期含水率的土樣；

35、第四步，將所述加水模塊的進水管道與所述滲流裝置上端部設置的所述進水口斷開并移除；

36、第五步，將所述氣體干燥模塊通過進氣管道與所述滲流裝置上端部設置的所述進水口連通，對上述第三步中滲透過的土樣進行通氣干燥；

37、第六步，啟動所述垂直加載裝置，對所述滲流裝置施加垂直加載力，然后啟動所述水平加載裝置對所述上剪切盒與所述下剪切盒施加水平加載力；

38、第七步，通過所述位移傳感器和所述位移接收器記錄剪切過程中所述上剪切盒與所述下剪切盒之間的相對位移量，并通過所述力傳感器對水平剪切過程進行數據采集，從而獲得剪切過程中土樣的抗剪強度。

39、本發(fā)明的技術方案帶來的有益技術效果是：本發(fā)明的多角度滲透直剪試驗測試系統(tǒng)不僅可以對土樣進行單獨的滲透試驗，還可以對不同含水率的同一土樣進行直剪試驗，同時也可以對歷經雨水滲透和干燥的土樣進行直剪試驗。在對土樣進行滲透試驗時，本發(fā)明可通過滲流裝置調整對土樣的滲流位置和角度，從而無需頻繁更換試樣，即可實現對同一土樣在不同方向和不同位置的滲透性能測試，可大大降低試驗工作量和時間成本。在對不同含水率的同一土樣進行直剪試驗時，本發(fā)明可通過旋轉滲流裝置，從而調整對土樣的滲流位置和角度，從而獲得不同含水率的同一土樣并對其進行剪切試驗，也需要重復更換試驗設備和土樣，同樣可有效減少工作量，并縮短試驗時間。同時，本發(fā)明的多角度滲透直剪試驗測試系統(tǒng)在對土樣進行滲透試驗后，通過額外設置一氣體干燥裝置，即可模擬自然環(huán)境中歷經雨水滲透和干燥的土體，并對該土樣進行抗剪強度參數的測定。