[發明專利]考慮剪切帶厚度的鋼-土界面剪切特性測試裝置及方法

有效

• 申請號: 201310252557.X
• 申請日: 2013-07-25
• 公開（公告）號: CN103344508A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 梁越;王俊杰;劉明維;劉楠楠
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 王翔

技術領域

本發明涉及材料接觸界面力學參數測量領域，具體是土木工程中鋼-土界面剪切特性測試。

背景技術

隨著內河航運事業的繁榮，山區河流港口碼頭建設任務繁重。為了滿足山區河流復雜水文地質條件下現代碼頭建設的要求，西部山區在建或新建的深水碼頭廣泛采用了架空直立的結構形式，而樁基礎剛采用大尺寸鋼護筒嵌巖樁。樁基承載力由樁側阻力及樁端阻力提供，樁基側摩阻力（包括負摩阻力）的實質是樁身與樁周巖土體接觸界面（即鋼－土界面）的剪切作用，因此樁基界面剪切規律是研究樁基承載性狀、確定樁基承載能力的關鍵問題之一。

鋼護筒嵌巖樁的界面接觸問題有著自身的特點：①鋼護筒嵌巖樁與覆蓋填土層的接觸問題為鋼-土界面接觸；②山區河流，如長江中上游，水位變幅大，碼頭回填覆蓋土層常年經歷飽和-非飽和的循環過程，界面接觸規律隨飽和度變化規律亟待研究。③碼頭承受船舶的撞擊荷載，撞擊荷載為水平作用力，且具有重復作用的特點。因此，重復作用下的鋼-土界面剪切規律對確定鋼護筒嵌巖樁的承載能力具有重要的作用。

現有技術采用改造的傳統直接剪切試驗裝置進行鋼－土界面的剪切特性測定，具有以下缺點：①人為的將鋼土接觸面定為破壞面。而實際上鋼土界面剪切破壞時界面剪切強度可能高于土體本身的剪切強度，使得界面破壞發生在土體內部；②假定了剪切破壞面為一個無厚度的平面。實際上界面剪切是一個剪切帶，具有一定的厚度；③試驗裝置剪切盒之間存在著不可避免的摩擦，影響試驗的精度。因此，現有技術難以準確的測定鋼－土界面之間的剪切特性。

發明內容

本發明創造的目的之一是提供一種考慮剪切帶厚度的鋼土界面接觸特性測定裝置。

為實現本發明創造目的而采用的技術方案是這樣的，一種考慮剪切帶厚度的鋼-土界面剪切特性測試裝置，包括剪切盒、底板和墊條。所述底板具有承載待測鋼板的水平上表面，所述剪切盒具有容納被測土樣的中空腔體，還包括固定在所述底板上方、且相互平行的導軌Ⅰ?和導軌Ⅱ。所述導軌Ⅰ?和導軌Ⅱ穿過所述剪切盒的上端，所述剪切盒的下端懸空。在所述底板上放置待測鋼板時，所述剪切盒的下端與待測鋼板的上表面之間具有間隙。所述墊條填在所述間隙中。

值得說明的是，被測土樣的制備可以根據實際情況配置不同土體顆粒組成、不同土體密實度或不同土體飽和度的試樣，其基本方法和采用常規剪切盒進行剪切試驗的方法相同。剪切盒的下端與待測鋼板的上表面之間的間隙通過墊條來密封，保證了在制備被測土樣時，土體不會從剪切盒的底部溢出。而在所述墊條撤除后，形成具有一定厚度的鋼-土界面剪切帶。

本發明的另一個目的是提供一種采用上述裝置進行鋼-土界面接觸特性測定的方法，在該方法中考慮了剪切帶厚度對試驗結果的影響，包括以下步驟：

1）將待測鋼板固定在底板的水平上表面上；

2）將墊條放在待測鋼板上表面；

3）安裝剪切盒，使其放置在墊條上方；所述導軌Ⅰ?和導軌Ⅱ穿過剪切盒；步驟2）～3）也可以是先安裝好剪切盒，然后將墊條墊入所述剪切盒與待測鋼板之間的間隙中；

4）向剪切盒內部裝入被測土樣，抽出墊條；

5）對剪切盒施加平行于導軌方向的水平荷載，使剪切盒勻速運動，使得被測土樣與被測鋼板的界面發生剪切破壞；

6）對剪切盒施加與步驟5）方向相反的水平荷載，使剪切盒勻速回初始位置；

7）重復步驟5）和6）若干次。

本發明所公開的測定鋼－土界面剪切特性的裝置和方法，相對于現有技術具有如下有益效果：

①鋼-土界面剪切破壞時，剪切破壞面不再是一個無厚度的平面，而是一個具有一定厚度的剪切帶，模擬了現實中鋼護筒嵌巖樁與覆蓋填土層的接觸面發生剪切破壞的真實情況；②試驗裝置各部分之間，特別是剪切盒與待測鋼板之間，不存在接觸摩擦，保證了試驗的高精度。

附圖說明

本發明創造的裝置可以通過附圖給出的非限定性實施例進一步說明。

圖1為本發明的俯視圖；

圖2為圖1的A-A剖視圖；

圖3為圖1的B-B剖視圖；

圖4為一個實施例中墊條組合示意圖；

圖5為一個實施例中墊條的立體圖；

圖6為圖4的剖視圖；

圖7為一個實施例所采用的1種土體顆粒級配；

圖8為符合圖7級配曲線的試樣在5種不同法向應力條件下進行界面剪切測試，得到的剪應力與剪位移之間的變化關系。