[發明專利]研究鋼-土接觸面力學特性的試驗方法及試驗裝置

有效

• 申請號: 201310045266.3
• 申請日: 2013-02-05
• 公開（公告）號: CN103149095A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 王俊杰;劉明維;梁越
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

技術領域

本發明涉及一種用機械應力測試固體材料的強度特性的方法及裝置，具體的為一種在室內試驗條件下研究鋼-土接觸面力學特性的試驗方法及試驗裝置。

背景技術

在鋼管樁、鋼板樁、鋼護筒樁基及其它地下鋼結構工程中，鋼-土接觸界面的力學特性是設計人員關心的問題之一。

目前，研究土與結構接觸面力學特性的試驗方法主要是直剪試驗（試驗儀器為直剪儀）和單剪試驗（試驗儀器為單剪儀）。直剪試驗時，直剪儀的下盒內放置結構材料，直剪儀的上盒內放置土樣，沿接觸面施加水平剪切力，量測上下盒剪切位移，建立剪切應力應變關系，研究接觸面的力學特性。直剪儀結構簡單容易操作，可以較好地測量接觸面上得剪應力與相對切向位移關系。但直剪試驗存在以下不足：（1）接觸面的面積在剪切試驗過程中隨剪切位移的增大在逐漸減小；（2）剪切破壞面的位置被限定為上下剪切盒分界面；（3）剪切試驗過程中，接觸面上的剪應力和剪應變分布不均勻。

單剪試驗中，單剪儀的下盒內放置結構材料，疊環式上盒內放置土樣，沿接觸面施加水平剪切力，量測上下盒剪切位移，建立剪切應力應變關系，研究接觸面的力學特性。由于疊環式上盒的每個環均有一定厚度且疊環面之間光滑，在單剪試驗過程中，土樣可以有一定的錯動變形，且接觸面的面積保持不變。與直剪試驗相比，單剪試驗在一定程度上改善土樣的應力狀態。

直剪試驗和單剪試驗從理論上講均可用于研究鋼-土接觸界面的力學特性。兩種試驗中，結構材料（用于研究鋼-土接觸界面力學特性時為鋼試件）均置于儀器的下盒內，這就需要在試驗前根據直剪儀和單剪儀的下盒的幾何尺寸制備好鋼試件。由于直剪儀和單剪儀的下盒的幾何尺寸要求嚴格，制備滿足試驗要求的鋼試件成本較高，使得直剪試驗和單剪試驗并不能很好地用于研究鋼-土接觸界面的力學特性。

發明內容

鑒于此，本發明的目的在于提供一種研究鋼-土接觸面力學特性的試驗方法及試驗裝置，該試驗方法及試驗裝置不僅能夠滿足鋼-土接觸面力學特性的模擬試驗要求，而且能夠降低對鋼試件的結構尺寸要求，減少試驗成本。

為達到上述目的，本發明首先提出了一種研究鋼-土接觸面力學特性的試驗方法，包括如下步驟：

1）制備試樣：制備鋼-土接觸面力學特性試驗試樣，所述試樣包括柱形土樣和套裝在柱形土樣上的鋼結構樣，所述柱形土樣的中心設有中通的加載通孔；

2）柱形土樣固結：通過所述加載通孔向所述柱形土樣施加徑向載荷，使柱形土樣固結；

3）加載：向所述鋼結構樣施加軸向載荷，測量作用于鋼結構樣的軸向載荷和鋼結構樣相對于柱形土樣的位移變化。

本發明還提出了一種適用于如上所述試驗方法的研究鋼-土接觸面力學特性的試驗裝置，包括底座、用于蓋裝在柱形土樣端面上的試樣帽、固定安裝在底座上的反力架、固定設置在所述反力架上的軸向載荷加載系統、用于對柱形土樣施加徑向載荷的徑向載荷加載系統和用于測量試驗數據的數據采集系統；

所述底座上設有用于安裝試樣的柱形安裝臺，所述柱形安裝臺的外徑與鋼結構樣的內徑配合；所述柱形安裝臺的頂面與柱形土樣之間設有下側環狀透水石，所述下側環狀透水石的底面連接有排水管路系統；所述試樣帽的中心與柱形土樣的加載通孔對應設有安裝通孔，試樣帽的外徑與鋼結構樣的內徑配合，且所述試樣帽的底面與柱形土樣之間設有上側環狀透水石；

所述軸向載荷加載系統包括環形加載板和至少三個環形均布安裝在所述反力架上的軸向載荷加載器，所述環形加載板上設有用于嵌入鋼結構樣的凹槽，所述環形加載板與所述軸向載荷加載器固定連接；

所述徑向載荷加載系統包括安裝在所述安裝通孔內的位移約束板、與所述位移約束板密閉連接的加載囊和與所述位移約束板固定連接的液壓加載器或氣壓加載器。

進一步，所述數據采集系統包括用于測量柱形土樣位移變化量的位移傳感器I、用于測量所述液壓加載器或氣壓加載器輸出壓力的壓力傳感器，以及與所述軸向載荷加載器一一對應設置的載荷傳感器和位移傳感器II。

本發明的有益效果在于：