[實用新型]土與結構相互作用的接觸面剪切試驗可視化裝置

無效

• 申請號: 201020204083.3
• 申請日: 2010-05-27
• 公開（公告）號: CN201673094U
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發明（設計）人: 李邵軍;陳靜;閔弘;馮夏庭;劉繼光
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種土與結構相互作用的接觸面剪切試驗可視化裝置，該裝置可廣泛應用于土與結構相互作用條件下的巖土邊坡工程、基坑防護工程、具有軟質層間錯動帶的水利水電與礦山等地下工程的剪切試驗。

背景技術

巖土工程中普遍存在土與結構相互作用的接觸問題，如邊坡防護工程中土與抗滑樁、錨桿索、擋墻等支護結構接觸，水利水電等地下工程中層間錯動帶土與硬質母巖接觸。接觸面的力學特性與本構模型是研究土與結構相互作用及支護設計最為重要的依據。目前，國內外對接觸面的相關研究主要還是基于宏觀認識方面，對接觸面剪切變化過程的細觀分析非常缺乏。迄今為止，開展室內和現場剪切試驗仍然是研究接觸面力學特性最為有效的方法之一。在進行土與結構接觸面的剪切試驗方面，采用的傳統剪切儀，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試系統組成。中國專利公開號為CN200410061351.X，發明創造名稱為“巖土力學直剪試驗系統”，該申請案公開了一種巖土力學直剪實驗系統，該試驗系統由外框架、水平加載系統、垂直加載系統、剪切盒及測量系統組成。該系統在剪切試驗過程中，隨著剪切位移的發生，上下剪切盒的錯動使得剪切面積逐漸減小，從而導致應力值增大，最終使得試驗結果不可避免產生誤差。并且，該剪切儀的上、下剪切盒均由封閉鋼板組裝而成，試驗過程中只能通過傳感器測讀接觸面外在宏觀特征的變化，如水平和法向荷載、位移等。

對土與結構相互作用接觸面的剪切試驗可視化細觀研究方面，有的研究人員通過X射線照相技術來觀測剪切帶的變化，該試驗可以有效地觀測到剪切帶，但試驗操作復雜，剪切帶的識別比較粗糙，也無法準確定位。也有學者通過潛望鏡觀測接觸面的變形特性，具體做法是在土與結構物的接觸面附近安裝微型潛望鏡，通過潛望鏡觀測相對位移沿接觸面的分布，但缺點是不能定量獲得土體剪切帶的厚度及變形等因素的變化。還有學者通過數碼相機透過有機玻璃記錄顆粒位移情況，在這一方面，《巖土工程學報》2001年23卷4期上發表的名稱為“土與結構物接觸面物理力學特性試驗研究”的文章，該文章中公開了一種土與結構物接觸面剪切試驗的可視化技術方案，采用了全有機玻璃的上剪切盒裝置，接觸面結構物用鋼板進行模擬，并且由于受到有機玻璃抗壓、抗剪性能的限制，相對剪切位移由手輪施加，法向應力由杠桿加載系統施加，因此，該系統只適用于小尺寸試樣、低垂直和水平荷載的試驗條件，再加上其測量系統采用量力環和百分表，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要求。其次，《巖土工程學報》2003年25卷2期上發表的名稱為“大型土與結構接觸面循環加載剪切儀的研制及應用”的文章，該文章中也公開了一種接觸面變形的細觀測試技術。在土體容器推車中設計了一個有機玻璃視窗，其剪切試驗接觸面也為結構面板。該細觀測試技術的缺陷在于：結構面板和土體接觸帶設計了一個不透明的擋板，以防止試驗過程中土體側向擠出，而這一土擋板結構在很大程度上限制了剪切帶的全面觀察和細觀分析的有效性，因為對于土和土石混合體這類介質，在室內試驗尺寸的限制條件下，其剪切帶的厚度往往很薄，其范圍一般只有幾個mm或者1-2cm。并且，該大型試驗機較為龐大，僅適用室內試驗研究，不能裝卸和運輸進行現場原位試驗。此外，上述技術方案和系統均缺乏對剪切帶及其土體內部細觀變化的定量分析，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、轉動、滾動、破碎和錯位等運行形式。

發明內容

本實用新型的目的在于針對上述存在的缺陷，同時面向室內和現場原位試驗，提供一種土與結構相互作用的接觸面剪切試驗可視化裝置。

其技術解決方案為：土與結構相互作用的接觸面剪切試驗可視化裝置，該裝置包括外框架、水平加載系統、垂直加載系統、上剪切盒、下剪切盒、測量系統組成，在上剪切盒下端兩側壁沿剪切方向設置有透視窗，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壁內，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有滾珠排，滾珠排的長度和下剪切盒長度一致。