[發明專利]豎向拉拔式雙向接觸面抗剪強度參數測試裝置及測試方法

有效

• 申請號: 201410279421.2
• 申請日: 2014-06-20
• 公開（公告）號: CN104034608B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: 狄圣杰;汪明元;單治鋼;徐學勇;張琳;杜文博;程萬強
• 申請（專利權）人: 中國水電顧問集團華東勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N19/02
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司33101
• 代理人: 韓小燕

技術領域

本發明涉及一種豎向拉拔式雙向接觸面抗剪強度參數測試裝置及測試方法。適用于地質工程、土木工程、水利工程及海洋工程中巖土體與結構材料接觸面的壓剪測試及抗剪強度參數測試。

背景技術

接觸力學問題廣泛存在于巖土工程中，表現為不同物理力學特性的介質在其接觸面上產生的壓縮、變形、滑動等力學特性，比如巖石力學中的斷層、節理等結構面即為典型的接觸力學問題，基礎工程中的土體與淺基礎的接觸面、土體與樁基的接觸面，其力學特性直接影響到基礎的安全穩定。另外，支護結構的接觸力學問題也較常見，如土釘、錨桿、錨索等與巖土體間通過接觸面實現荷載傳遞和擴散，加筋土通過土工材料與土體接觸面實現整體力學性能的增強。

海洋樁基工程中常使用鋼管樁，將薄壁鋼板通過機械工藝卷制成管狀，并逐步拼接，再通過錘擊或靜壓等方式壓入海底地層。對海上風電等大型結構而言，其鋼管樁直徑可達4～6m，對此類接觸面的摩擦力學特性需精確測定，其接觸面的力學特性往往是基礎、結構整體安全穩定的制約因素。涉及到土體與結構材料共同協調作用的工程問題，其接觸力學特性均是最重要的技術問題之一。

對于巖土體與結構接觸面的剪切力學特性，一般認為符合摩爾庫倫抗剪強度準則，其力學特性分析，關鍵是進行壓剪試驗確定接觸面抗剪強度參數，為解析方法及數值模擬方法的參數選取提供依據。

目前，抗剪強度參數難以準確確定，主要是由于常規的試驗設備和方法存在一定問題：

(1)由于常規試驗儀器中將土體放置于土容器中，采用土體剪切盒進行試驗，土體剪切盒約束了土體在剪切方向的變形，限制了土體與接觸面的協調變形，使得測試數據不準確；

(2)由于常規測試方法問題，一般采用測試結構材料放置于測試土體之下或之上，結構的接觸面只與測試土體保持單面接觸，這就在測試時忽略了結構材料的另一接觸面與測試儀器間的摩擦力，導致測試不準確；

(3)巖土體在法向應力作用下，常規測試儀器無法控制巖土體的排水狀態，法向應力增大時，如無法排水，土體內超孔隙水壓力增大，此時直接測量導致測試結果偏離真值。

如巖土工程學報2010年第32卷第9期發表的名為“NHRI-4000型高性能大接觸面直剪儀的研制”的文章，其公開了一種接觸面直剪儀，其將土樣限制于剪切盒中，特別是在土容器的端部，限制了土樣在剪切方向與測試材料的協調變形；中國專利公開號為CN102607966A的“循環荷載作用大型接觸面特性直剪儀”發明專利，公開了一種接觸面直剪儀，亦存在該方面的問題；巖土工程學報2008年第30卷第6期發表的名為“大型三維土與結構接觸面試驗機的研制與應用”的文章，其公開了一種土與結構接觸面試驗儀器，亦為將土樣限制于土容器中，測試材料的接觸面只與土樣保持了單面接觸，測試材料與儀器接觸的摩擦力影響不能考慮。同時，上述所開發的測試儀器，均未考慮在不同的法向應力條件下的土樣的排水控制，隨著法向應力的增大，土樣中超孔隙水壓力提升，影響著測試結果。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：針對上述存在的問題，提供一種豎向拉拔式雙向接觸面抗剪強度參數測試裝置及測試方法，不但能進行不同類土樣與不同粗糙度的混凝土、鋼板、土工織物等建筑材料進行雙向接觸面力學測試，同時亦能夠進行在不同法向應力狀態下、不同排水條件下的接觸面壓剪測試，準確獲取接觸面的抗剪強度參數。

本發明所采用的技術方案是：一種豎向拉拔式雙向接觸面抗剪強度參數測試裝置，包括底座和安裝于底座上的結構框架，其特征在于：

所述底座上置有兩塊垂直底座且相互平行的推板，推板兩端緊貼結構框架兩側側板，兩推板與推板兩端的側板圍成用于盛裝測試土樣的土槽；

所述推板連接法向加載裝置，其上安裝采集法向應力數據的法向應力傳感器；所述結構框架上、土槽正上方設置拉拔式加載裝置，該拉拔式加載裝置下端經連接頭連接測試板，所述拉拔式加載裝置上安裝分別采集位移和應力數據的位移傳感器和應力傳感器；所述法向加載裝置和拉拔式加載裝置通過傳輸線連接計算機。

所述推板上端可轉動銷接蓋板。

所述土槽底部安裝有排水閥，排水閥端部設置濾膜。

應用所述測試裝置進行測試的方法，其特征在于步驟如下：

a、將所測試材料預制成多塊不同粗糙度的測試板，在測試板上部與連接頭固定，并將連接頭安裝于拉拔式加載裝置上，下部放置于土槽內中部位置；

b、在土槽內放置測試土樣，采用浸水及上部預壓方式使其飽和固結；