[發明專利]一種土工合成材料接觸面摩擦強度測試方法

有效

• 申請號: 201510361824.6
• 申請日: 2015-06-26
• 公開（公告）號: CN105004666B
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 周應新;李志清;汪永林;樊思林;陳武;錢坤;張曉鋒;錢正富
• 申請（專利權）人: 云南武易高速公路建設指揮部;中國科學院地質與地球物理研究所
• 主分類號: G01N19/02
• 分類號: G01N19/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種土工合成材料接觸面摩擦強度測試方法，其特征是采用一種試驗裝置進行土工合成材料接觸面摩擦強度測試，該裝置包括反力架(1)，加載框架(2)，第一伺服電機(3)，第二伺服電機(4)，載樣臺(5)，上剪切盒(6)，下剪切盒(7)，軌道車(8)，垂直位移計(9)，第一垂直滑軌(10)，上盒試樣(11)，滾珠軸排(12)，下盒擴展板(13)，下盒試樣(14)，第一千斤頂(15)，第一支撐底座(16)，水平滑軌(17)，第二支撐底座(18)，第二千斤頂(19)，傳力桿(20)，連接端頭(21)，水平加載軸(22)，水平位移計(23)，第一側限柱(24)，垂直加載軸(25)，加壓板(26)，第二側限柱(27)，伸縮臂(28)，第三側限柱(29)，第二垂直滑軌(30)；第一伺服電機(3)連接垂直加載軸(25)，垂直加載軸(25)提供垂直壓力，位于加壓板(26)上面，加壓板(26)連接垂直位移計(9)，加壓板(26)位于上盒試樣(11)的頂面，上剪切盒(6)由第一側限柱(24)和第二側限柱(27)固定，第一側限柱(24)連接第一垂直滑軌(10)，第二側限柱(27)通過伸縮臂(28)與第三側限柱(29)相連，第三側限柱(29)連接第二垂直滑軌(30)，上剪切盒(6)通過滾珠軸排(12)對準下剪切盒(7)，上剪切盒(6)內安裝上盒試樣(11)，下剪切盒(7)內安裝下盒試樣(14)，下剪切盒(7)連接下盒擴展板(13)，下剪切盒(7)連接軌道車(8)，軌道車(8)可沿水平滑軌(17)移動到載樣臺(5)之上，水平滑軌(17)與加載框架(2)連接，第一千斤頂(15)連接第一支撐底座(16)，第二千斤頂(19)連接第二支撐底座(18)，下剪切盒(7)連接傳力桿(20)和水平位移計(23)，連接端頭(21)與水平加載軸(22)對準，水平加載軸(22)連接第二伺服電機(4)；上剪切盒(6)尺寸為長500mm寬500mm，連接第一側限柱(24)一側的上剪切盒(6)的盒壁高為445mm，連接第二側限柱(27)一側的上剪切盒(6)的盒壁高為155mm，下剪切盒(7)尺寸為長500mm寬500mm，連接下盒擴展板(13)一側的下剪切盒(7)的盒壁高為155mm，連接傳力桿(20)一側的下剪切盒(7)的盒壁高為445mm，滾珠軸排(12)傾角為30°，上剪切盒(6)和下剪切盒(7)均采用質量輕強度高的合金材料，且進行陽極電鍍防腐處理，上剪切盒(6)和下剪切盒(7)的內壁四個角為圓形設計，圓角半徑為30mm～60mm，上剪切盒(6)可以沿下盒擴展板(13)滑動，第一側限柱(24)可以沿第一垂直滑軌(10)垂直滑動，第三側限柱(29)可以沿第二垂直滑軌(30)垂直滑動，第一伺服電機(3)和第二伺服電機(4)通過反力架(1)施加力，反力架(1)和加載框架(2)以及加壓板(26)均采用高強度不銹鋼材料，加壓板(26)與上剪切盒(6)間的縫隙間隔為2mm～4mm，滾珠軸排(12)、下盒擴展板(13)和水平滑軌(17)均為高強度不銹鋼材料，且表面均涂有特富龍材料；第一伺服電機(3)和第二伺服電機(4)均可以進行快進快退操作，也可以進行勻速應變加載和應力加載，應變剪切速率為0.02～5.00mm/min，最大出力可達1000kN，出力測量精度可達0.5％FS，應力剪切速率為100～600kN/min；垂直位移計(9)的最大量程為150mm，測量精度可達1mm，水平位移計(23)的最大量程為170mm，測量精度可達1mm，

采用該裝置進行土工合成材料接觸面摩擦強度測試的方法如下：

①按照一定含水量、含石量與密度要求，稱取相應質量的土體、碎石和水，將土體、碎石、水三者混合均勻，成為混合料，分成均勻的三份備用；

②將軌道車(8)移至載樣臺(5)上，將上剪切盒(6)經由滾珠軸排(12)對齊下剪切盒(7)，將第一份混合料裝入下剪切盒(7)中，將加壓板(26)置于混合料上，將軌道車(8)移至垂直加載軸(25)正下方，啟動第一千斤頂(15)和第二千斤頂(19)，將第一支撐底座(16)和第二支撐底座(18)分別與加載框架(2)接觸，使軌道車(8)懸空，開動第一伺服電機(3)，使垂直加載軸(25)接觸加壓板(26)頂帽，按要求施加垂直壓力F，待垂直位移計(9)顯示達到要求的密度時對應的位移值，停止加載；

③開動第一伺服電機(3)，卸載使垂直加載軸(25)離開加壓板(26)頂帽，啟動第一千斤頂(15)和第二千斤頂(19)，將第一支撐底座16)和第二支撐底座(18)分別與加載框架(2)脫離，使軌道車(8)與水平滑軌(17)接觸，將軌道車(8)移至載樣臺(5)上，取出加壓板(26)，將混合料拉毛，裝入第二份混合料，將加壓板(26)置于混合料上，將軌道車(8)移至垂直加載軸(25)正下方，啟動第一千斤頂(15)和第二千斤頂(19)，將第一支撐底座(16)和第二支撐底座(18)分別與加載框架(2)接觸，使軌道車(8)懸空，開動第一伺服電機(3)，使垂直加載軸(25)接觸加壓板(26)頂帽，按要求施加垂直壓力F，待垂直位移計(9)顯示達到要求的密度時對應的位移值，停止加載；

④開動第一伺服電機(3)，卸載使垂直加載軸(25)離開加壓板(26)頂帽，啟動第一千斤頂(15)和第二千斤頂(19)，將第一支撐底座(16)和第二支撐底座(18)分別與加載框架(2)脫離，使軌道車(8)與水平滑軌(17)接觸，將軌道車(8)移至載樣臺(5)上，取出加壓板(26)，將混合料拉毛，裝入第三份混合料，將加壓板(26)置于混合料上，將軌道車(8)移至垂直加載軸(25)正下方，啟動第一千斤頂(15)和第二千斤頂(19)，將第一支撐底座(16)和第二支撐底座(18)分別與加載框架(2)接觸，使軌道車(8)懸空，開動第一伺服電機(3)，使垂直加載軸(25)接觸加壓板(26)頂帽，按要求施加垂直壓力F，待垂直位移計(9)顯示達到要求的密度時對應的位移值，保持垂直壓力F不變；

⑤將第一側限柱(24)和第二側限柱(27)分別與上剪切盒(6)連接，將第二側限柱(27)通過伸縮臂(28)與第三側限柱(29)連接，使上剪切盒(6)固定，啟動第二伺服電機(4)，使水平加載軸(22)與連接端頭(21)相連，按要求的等應變速率通過傳力桿(20)施加拉力，使下剪切盒(7)向第二伺服電機(4)方向移動，保持上剪切盒(6)水平方向固定，上剪切盒(6)通過第一垂直滑軌(10)和第二垂直滑軌(30)向下滑動，使垂直加載軸(25)輸出壓力按照F′＝F-Ttg30°變化，滾珠軸排(12)沿下盒擴展板(13)滑動，以避免上剪切盒(6)內部的上盒試樣(11)漏出；

⑥待水平位移增大到75mm時停止試驗，通過垂直加載軸(25)使第一伺服電機(3)卸載，第二伺服電機(4)通過水平加載軸(22)施加推力推動下剪切盒(7)移動，使得上剪切盒(6)與下剪切盒(7)重合，卸除上剪切盒(6)與第一側限柱(24)及第二側限柱(27)的連接，啟動第一千斤頂(15)和第二千斤頂(19)，將第一支撐底座(16)和第二支撐底座(18)分別與加載框架(2)脫離，使軌道車(8)與水平滑軌(17)接觸，將軌道車(8)通過水平滑軌(17)移動至載樣臺(5)上，卸除上盒試樣(11)與上剪切盒(6)，使下剪切盒(7)內混合料表面平整，卸除的混合料備用；

⑦將土工合成材料固定于下剪切盒(7)表面，將上剪切盒(6)與下剪切盒(7)對準，再次裝入卸除的混合料，將加壓板(26)置于混合料上，將軌道車(8)移至垂直加載軸(25)正下方，啟動第一千斤頂(15)和第二千斤頂(19)，將第一支撐底座(16)和第二支撐底座(18)分別與加載框架(2)接觸，使軌道車(8)懸空，開動第一伺服電機(3)，使垂直加載軸(25)接觸加壓板(26)頂帽，按要求施加垂直壓力F，待垂直位移計(9)顯示達到要求的密度時對應的位移值，保持垂直壓力F不變；

⑧將第一側限柱(24)和第二側限柱(27)分別與上剪切盒(6)連接，將第二側限柱(27)通過伸縮臂(28)與第三側限柱(29)連接，使上剪切盒(6)固定，啟動第二伺服電機(4)，使水平加載軸(22)與連接端頭(21)相連，按要求的等應變速率通過傳力桿(20)施加拉力T，使下剪切盒(7)向第二伺服電機(4)方向移動，同時采用水平位移計(23)測量水平位移S，保持上剪切盒(6)水平方向固定，上剪切盒(6)通過第一垂直滑軌(10)和第二垂直滑軌(30)向下滑動，使垂直加載軸(25)輸出壓力按照F′＝F-Ttg30°變化，并采用垂直位移計(9)測量加壓板(26)的垂直位移S′；

⑨待水平位移S增大到75mm時停止試驗，獲得上盒試樣(11)與土工合成材料接觸面處正壓力f＝F′cos30°+Tsin30°，取f的最大值f_max1，獲得土工合成材料接觸面處摩擦剪切力T′＝Tcos30°-F′sin30°，取T′的最大值T′_max1；

⑩通過垂直加載軸(25)使第一伺服電機(3)卸載，第二伺服電機(4)通過水平加載軸(22)施加推力推動下剪切盒(7)移動，使得上剪切盒(6)與下剪切盒(7)重合，卸除上剪切盒(6)與第一側限柱(24)及第二側限柱(27)的連接，啟動第一千斤頂(15)和第二千斤頂(19)，將第一支撐底座(16)和第二支撐底座(18)分別與加載框架(2)脫離，使軌道車(8)與水平滑軌(17)接觸，將軌道車(8)通過水平滑軌(17)移動至載樣臺(5)上，卸除全部混合料；

改變垂直壓力F的值，重復步驟②-⑩，獲得f_max2與T′_max2；

再次改變垂直壓力F的值，重復步驟②-⑩，獲得f_max3與T′_max3；

將f_max1與T′_max1、f_max2與T′_max2、f_max3與T′_max3通過上盒試樣(11)與土工合成材料的接觸面積換算成應力，繪制摩爾庫倫線，獲得土工合成材料接觸面摩擦強度指標。