多因素耦合作用的雪体剪切试验装置和试验方法与流程

本发明涉及雪崩灾害试验，尤其涉及一种多因素耦合作用的雪体剪切试验装置和试验方法。

背景技术：

1、雪崩与滑坡和泥石流类似，是一种由重力驱动的地表流，是冰冻圈里最剧烈的陆表活动之一。雪崩发生时裹挟着大量冰雪、沙石和植被等沿山体奔流而下产生强大破坏力，常造成山区基础设施破坏和人畜伤亡，严重威及居民社区、牧区、旅游区、矿区和关键基础设施的安全。

2、积雪作为雪崩的物质基础，积雪层的剪切强度将直接影响山坡积雪的稳定性，而积雪层的剪切强度又受到积雪层的坡度、积雪的深度、雪层密度、雪层晶体类型、雪层含水率等积雪物理特征的影响，因此分析积雪层的坡度、积雪的深度、雪层密度、雪层晶体类型、雪层含水率等因素对探究积雪层剪切变形破坏规律尤为必要，同时可为建立物理意义明确、可靠性高的雪崩预测预警方法提供重要科学依据。

3、野外大型直剪切试验可以进行预测，但这种方式存在加载操作困难、试验周期长和投入较大的问题；传统的室内用直剪仪对剪切时的温度和倾斜角度没有有效的控制，导致试验结果与实际不符，影响预测结果的准确性，无法满足当前对于雪崩灾害稳定性评估的需求。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

2、鉴于此，本发明提供的一种多因素耦合作用的雪体剪切试验装置和试验方法，其中雪体剪切试验装置通过将加载框架固定在剪切框架上方，并通过倾斜机构角度的改变，使加载框架和剪切框架保持相同的倾斜角度，使剪切模块和加载模块重力的下滑分力处于同一方向，为雪体试样的剪切过程提供了稳定的剪切力，保证试验的准确性和可靠性。

3、具体而言，包括以下的技术方案：

4、本发明第一方面的实施例，提供了一种多因素耦合作用的雪体剪切试验装置，所述雪体剪切试验装置异形电池包括加载模块和剪切模块，所述加载模块位于所述剪切模块上方，所述加载模块用于对所述剪切模块施加载荷；

5、所述剪切模块包括剪切框架和设置于所述剪切框架一端的第一伸缩机构，所述剪切框架内设有多层自由框架，所述多层自由框架内设有雪体试样，所述剪切框架下设有倾斜机构；

6、所述加载模块包括加载框架，设置于所述剪切框架和所述第一伸缩机构上方，所述加载框架用于容纳加载重物，所述加载框架朝向所述雪体试样的一侧上设有加压板。

7、可选地，所述加载模块和所述剪切模块设置于所述容器内，所述多层自由框架与所述剪切框架的交界处设有第二压力传感器，所述加压板朝向所述雪体试样的一侧上设有第一压力传感器。

8、可选地，所述倾斜机构包括：

9、固定支座，设置于所述剪切框架的下方，所述固定支座位于与所述第一伸缩机构相对的一侧，所述固定支座与所述剪切框架铰接；

10、升降支座，设置于所述剪切框架的下方，所述升降支座位于所述第一伸缩机构的同侧，所述升降支座与所述剪切框架铰接。

11、可选地，所述雪体剪切试验装置还包括倾斜补偿机构，设置于所述剪切框架和所述多层自由框架之间，所述倾斜补偿机构用于调节所述多层自由框架的倾斜角度。

12、可选地，所述加载框架包括：

13、承载板，固定设置于所述剪切框架和所述第一伸缩机构上方，所述承载板下方设有容纳腔，所述加压板设置于所述容纳腔内，所述加压板与所述容纳腔之间设有滚珠，所述承载板的侧面设有定向支座；

14、转动挡板，与所述承载板的一端铰接，所述转动挡板位于所述承载板远离所述第一伸缩机构的一端，所述转动挡板侧面设有滑轨，所述滑轨内设有滑动支座，所述滑动支座与所述定向支座同侧设置；

15、支撑臂，所述支撑臂的一端与所述滑动支座铰接，所述支撑臂的另一端与所述定向支座铰接，多层所述加载重物位于所述承载板和所述转动挡板之间。

16、可选地，所述雪体剪切试验装置还包括：位移计，与所述剪切框架固定连接，所述位移计的探测头朝向所述多层自由框架设置，并位于剪切面所在高度，所述位移计与所述第一伸缩机构同侧设置。

17、可选地，所述雪体剪切试验装置还包括温控箱，所述温控箱通过制冷液输入管和所述制冷液回流管与所述多层自由框架连通，所述制冷液输入管和所述制冷液回流管远离所述冷液的一端相互连通，所述温控箱内设有冷液，所述冷液内设有制冷管，所述温控箱用于控制所述多层自由框架内所述雪体试样的温度，所述雪体试样上设置多个温度传感器。

18、可选地，所述雪体剪切试验装置还包括接收控制终端，分别与所述第一压力传感器、所述第二压力传感器、所述位移计和所述温度传感器通讯连接。

19、可选地，所述多层自由框架包括：堆叠设置的多层矩形框架，所述矩形框架包括框架本体和设置于所述框架本体两侧的翼缘，翼缘上设有条形螺栓孔。

20、本发明第二方面的实施例，提供了一种多因素耦合作用的雪体剪切试验方法，利用上述雪体剪切试验装置获取，所述雪体剪切试验方法包括以下步骤：

21、制作雪体试样，并将所述雪体试样装入多层自由框架内；

22、通过温控箱将调节至设定温度，并对所述多层自由框架的温度进行调节，直至所述多层自由框架内的所述雪体试样达到设计负温；

23、加压板压在所述雪体试样上，并在加载框架内放置加载重物，使第一传感器记录所述雪体试样顶部的上覆载荷达到试验预期值；

24、打开所述多层自由框架在剪切面上一层框架的约束，其它层之间保持固定；

25、剪切框架从水平位置开始逐渐升高，直至上部所述多层自由框架开始滑动，观察位移计的位移数值，直至所述位移数值稳定不变。

26、本发明实施例提供的多因素耦合作用的雪体剪切试验装置和试验方法，其中，雪体剪切试验装置包括加载模块和剪切模块，能够模拟雪体滑坡的加载剪切状况，通过将加载模块设置在剪切模块上，并通过倾斜机构改变剪切模块的角度，进而使得加载框架和剪切框架保持相同的倾斜角度，保证剪切模块和加载模块重力的下滑分力处于同一方向，为雪体试样的剪切过程提供了稳定的剪切力，保证试验的准确性和可靠性；通过加载重物的设置，用于模拟雪季时原始积雪层上覆荷载的变化，能够可靠地还原雪季时雪体剪切破坏后的变化(形变)规律，可满足不同倾斜状态下上覆荷载的施加。

27、上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

技术特征：

1.一种多因素耦合作用的雪体剪切试验装置，其特征在于，雪体剪切试验装置包括加载模块和剪切模块，所述加载模块位于所述剪切模块上方，所述加载模块用于对所述剪切模块施加载荷；

2.根据权利要求1所述的多因素耦合作用的雪体剪切试验装置，其特征在于，所述加载模块和所述剪切模块设置于所述容器内，所述多层自由框架与所述剪切框架的交界处设有第二压力传感器，所述加压板朝向所述雪体试样的一侧上设有第一压力传感器。

3.根据权利要求1所述的多因素耦合作用的雪体剪切试验装置，其特征在于，所述倾斜机构包括：

4.根据权利要求2所述的多因素耦合作用的雪体剪切试验装置，其特征在于，所述雪体剪切试验装置还包括倾斜补偿机构，设置于所述剪切框架和所述多层自由框架之间，所述倾斜补偿机构用于调节所述多层自由框架的倾斜角度。

5.根据权利要求4所述的多因素耦合作用的雪体剪切试验装置，其特征在于，所述加载框架包括：

6.根据权利要求4所述的多因素耦合作用的雪体剪切试验装置，其特征在于，所述雪体剪切试验装置还包括：位移计，与所述剪切框架固定连接，所述位移计的探测头朝向所述多层自由框架设置，并位于剪切面所在高度，所述位移计与所述第一伸缩机构同侧设置。

7.根据权利要求6所述的多因素耦合作用的雪体剪切试验装置，其特征在于，所述雪体剪切试验装置还包括温控箱，所述温控箱通过制冷液输入管和所述制冷液回流管与所述多层自由框架连通，所述制冷液输入管和所述制冷液回流管远离所述冷液的一端相互连通，所述温控箱内设有冷液，所述冷液内设有制冷管，所述温控箱用于控制所述多层自由框架内所述雪体试样的温度，所述雪体试样上设置多个温度传感器。

8.根据权利要求7所述的多因素耦合作用的雪体剪切试验装置，其特征在于，所述雪体剪切试验装置还包括接收控制终端，分别与所述第一压力传感器、所述第二压力传感器、所述位移计和所述温度传感器通讯连接。

9.根据权利要求1所述的多因素耦合作用的雪体剪切试验装置，其特征在于，所述多层自由框架包括：堆叠设置的多层矩形框架，所述矩形框架包括框架本体和设置于所述框架本体两侧的翼缘，翼缘上设有条形螺栓孔。

10.一种多因素耦合作用的雪体剪切试验方法，利用权利要求1至9中任一项所述的雪体剪切试验装置获取，其特征在于，所述雪体剪切试验方法包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种多因素耦合作用的雪体剪切试验装置和试验方法。其中雪体剪切试验装置包括加载模块和剪切模块，加载模块位于剪切模块上方，加载模块用于对剪切模块施加载荷；剪切模块包括剪切框架和设置于剪切框架一端的第一伸缩机构，剪切框架内设有多层自由框架，多层自由框架内设有雪体试样，剪切框架下设有倾斜机构；加载模块包括加载框架，设置于剪切框架和第一伸缩机构上方，加载框架用于容纳加载重物，加载框架朝向雪体试样的一侧上设有加压板。使加载框架和剪切框架保持相同的倾斜角度，使剪切模块和加载模块重力的下滑分力处于同一方向，为雪体试样的剪切过程提供了稳定的剪切力，保证试验的准确性和可靠性。技术研发人员：张世殊,纪海锋,马金根,李青春,吴灌洲,徐海洋,衣天宇,杨仲康,杨轶茗,张涛,李洪强受保护的技术使用者：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1