[發(fā)明專利]土與結(jié)構(gòu)相互作用的接觸面剪切試驗(yàn)可視化裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010182628.X
• 申請(qǐng)日: 2010-05-27
• 公開（公告）號(hào): CN101846606A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李邵軍;陳靜;閔弘;馮夏庭;劉繼光
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G01N3/24
• 分類號(hào): G01N3/24;G01N3/02
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種土與結(jié)構(gòu)相互作用的接觸面剪切試驗(yàn)可視化裝置，該裝置可廣泛應(yīng)用于土與結(jié)構(gòu)相互作用條件下的巖土邊坡工程、基坑防護(hù)工程、具有軟質(zhì)層間錯(cuò)動(dòng)帶的水利水電與礦山等地下工程的剪切試驗(yàn)。

背景技術(shù)

巖土工程中普遍存在土與結(jié)構(gòu)相互作用的接觸問題，如邊坡防護(hù)工程中土與抗滑樁、錨桿索、擋墻等支護(hù)結(jié)構(gòu)接觸，水利水電等地下工程中層間錯(cuò)動(dòng)帶土與硬質(zhì)母巖接觸。接觸面的力學(xué)特性與本構(gòu)模型是研究土與結(jié)構(gòu)相互作用及支護(hù)設(shè)計(jì)最為重要的依據(jù)。目前，國內(nèi)外對(duì)接觸面的相關(guān)研究主要還是基于宏觀認(rèn)識(shí)方面，對(duì)接觸面剪切變化過程的細(xì)觀分析非常缺乏。迄今為止，開展室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)仍然是研究接觸面力學(xué)特性最為有效的方法之一。在進(jìn)行土與結(jié)構(gòu)接觸面的剪切試驗(yàn)方面，采用的傳統(tǒng)剪切儀，主要由上、下剪切盒、承壓板、水平和豎直方向的力加載裝置及測(cè)試系統(tǒng)組成。中國專利公開號(hào)為CN200410061351.X，發(fā)明創(chuàng)造名稱為“巖土力學(xué)直剪試驗(yàn)系統(tǒng)”，該申請(qǐng)案公開了一種巖土力學(xué)直剪實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該試驗(yàn)系統(tǒng)由外框架、水平加載系統(tǒng)、垂直加載系統(tǒng)、剪切盒及測(cè)量系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)在剪切試驗(yàn)過程中，隨著剪切位移的發(fā)生，上下剪切盒的錯(cuò)動(dòng)使得剪切面積逐漸減小，從而導(dǎo)致應(yīng)力值增大，最終使得試驗(yàn)結(jié)果不可避免產(chǎn)生誤差。并且，該剪切儀的上、下剪切盒均由封閉鋼板組裝而成，試驗(yàn)過程中只能通過傳感器測(cè)讀接觸面外在宏觀特征的變化，如水平和法向荷載、位移等。

對(duì)土與結(jié)構(gòu)相互作用接觸面的剪切試驗(yàn)可視化細(xì)觀研究方面，有的研究人員通過X射線照相技術(shù)來觀測(cè)剪切帶的變化，該試驗(yàn)可以有效地觀測(cè)到剪切帶，但試驗(yàn)操作復(fù)雜，剪切帶的識(shí)別比較粗糙，也無法準(zhǔn)確定位。也有學(xué)者通過潛望鏡觀測(cè)接觸面的變形特性，具體做法是在土與結(jié)構(gòu)物的接觸面附近安裝微型潛望鏡，通過潛望鏡觀測(cè)相對(duì)位移沿接觸面的分布，但缺點(diǎn)是不能定量獲得土體剪切帶的厚度及變形等因素的變化。還有學(xué)者通過數(shù)碼相機(jī)透過有機(jī)玻璃記錄顆粒位移情況，在這一方面，《巖土工程學(xué)報(bào)》2001年23卷4期上發(fā)表的名稱為“土與結(jié)構(gòu)物接觸面物理力學(xué)特性試驗(yàn)研究”的文章，該文章中公開了一種土與結(jié)構(gòu)物接觸面剪切試驗(yàn)的可視化技術(shù)方案，采用了全有機(jī)玻璃的上剪切盒裝置，接觸面結(jié)構(gòu)物用鋼板進(jìn)行模擬，并且由于受到有機(jī)玻璃抗壓、抗剪性能的限制，相對(duì)剪切位移由手輪施加，法向應(yīng)力由杠桿加載系統(tǒng)施加，因此，該系統(tǒng)只適用于小尺寸試樣、低垂直和水平荷載的試驗(yàn)條件，再加上其測(cè)量系統(tǒng)采用量力環(huán)和百分表，精度較低，不能滿足巖土工程中土石混合體等大型直剪試驗(yàn)要求。其次，《巖土工程學(xué)報(bào)》2003年25卷2期上發(fā)表的名稱為“大型土與結(jié)構(gòu)接觸面循環(huán)加載剪切儀的研制及應(yīng)用”的文章，該文章中也公開了一種接觸面變形的細(xì)觀測(cè)試技術(shù)。在土體容器推車中設(shè)計(jì)了一個(gè)有機(jī)玻璃視窗，其剪切試驗(yàn)接觸面也為結(jié)構(gòu)面板。該細(xì)觀測(cè)試技術(shù)的缺陷在于：結(jié)構(gòu)面板和土體接觸帶設(shè)計(jì)了一個(gè)不透明的擋板，以防止試驗(yàn)過程中土體側(cè)向擠出，而這一土擋板結(jié)構(gòu)在很大程度上限制了剪切帶的全面觀察和細(xì)觀分析的有效性，因?yàn)閷?duì)于土和土石混合體這類介質(zhì)，在室內(nèi)試驗(yàn)尺寸的限制條件下，其剪切帶的厚度往往很薄，其范圍一般只有幾個(gè)mm或者1-2cm。并且，該大型試驗(yàn)機(jī)較為龐大，僅適用室內(nèi)試驗(yàn)研究，不能裝卸和運(yùn)輸進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)。此外，上述技術(shù)方案和系統(tǒng)均缺乏對(duì)剪切帶及其土體內(nèi)部細(xì)觀變化的定量分析，如獲得剪切帶的厚度、顆粒位移矢量、土或土石混合體顆粒的滑移、轉(zhuǎn)動(dòng)、滾動(dòng)、破碎和錯(cuò)位等運(yùn)行形式。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述存在的缺陷，同時(shí)面向室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)，提供一種土與結(jié)構(gòu)相互作用的接觸面剪切試驗(yàn)可視化裝置。

其技術(shù)解決方案為：土與結(jié)構(gòu)相互作用的接觸面剪切試驗(yàn)可視化裝置，該裝置包括外框架、水平加載系統(tǒng)、垂直加載系統(tǒng)、上剪切盒、下剪切盒、測(cè)量系統(tǒng)組成，在上剪切盒下端兩側(cè)壁沿剪切方向設(shè)置有透視窗，透視窗外正前方中部固定裝有攝像裝置，攝像裝置通過連接座固定在上剪切盒，攝像裝置垂直于透視窗，上剪切盒和下剪切盒的長(zhǎng)度比為1∶1.2。

所述的上剪切盒、下剪切盒分別采用鋼板并通過螺栓連接，透視窗鑲嵌在上剪切盒下端沿剪切方向的兩側(cè)壁內(nèi)，其厚度與上剪切盒的壁厚一致。

所述的上剪切盒與下剪切盒的接觸面設(shè)有滾珠排，滾珠排的長(zhǎng)度和下剪切盒長(zhǎng)度一致。