[實用新型]一種能量樁樁-土界面剪切實驗裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201721549679.5
• 申請日: 2017-11-20
• 公開（公告）號: CN207439836U
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 裴華富;宋懷博;朱彬;楊慶;楊鋼;白麗麗;張培龍
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/02
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠(yuǎn)

本實用新型提供一種能量樁樁?土界面剪切實驗裝置，屬于巖土工程技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括可拆卸式外框架、加載系統(tǒng)、剪切盒、冷熱循環(huán)系統(tǒng)和光纖光柵量測系統(tǒng)。可拆卸式外框架由立柱和橫梁組裝而成；加載系統(tǒng)由水平加載系統(tǒng)和豎向加載系統(tǒng)組成，可實現(xiàn)水平加載和豎向加載；剪切盒由上、下剪切盒組成；冷熱循環(huán)系統(tǒng)由換熱管和水循環(huán)泵組成；光纖光柵量測系統(tǒng)由光纖光柵陣列、光纖光柵解調(diào)儀和計算機(jī)三部分組成。本實用新型的裝置構(gòu)造簡單，簡便易用；方法步驟簡潔明了，可操作性強(qiáng)，便于實現(xiàn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種能量樁樁-土界面剪切實驗裝置。

背景技術(shù)

我國目前能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)仍以石化能源為主。優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，推動新型能源的開發(fā)利用，對于社會的發(fā)展和進(jìn)步具有重要意義。淺層地?zé)崮茏鳛橐环N新型能源，受到越來越多的重視。地源熱泵是一種利用淺層地?zé)崮苓M(jìn)行制冷和采暖的節(jié)能高效的環(huán)保型空調(diào)系統(tǒng)，但其具有費(fèi)用高，工期長等缺點。樁基礎(chǔ)廣泛應(yīng)用于建筑工程領(lǐng)域，綜合考慮地源熱泵系統(tǒng)和樁基礎(chǔ)技術(shù)優(yōu)點的能量樁技術(shù)逐漸得到大量應(yīng)用。但是目前關(guān)于能量樁的熱力學(xué)研究仍然較少，尤其是在熱力耦合作用下，能量樁與樁周土體之間的剪切特性仍未得到清晰的認(rèn)識。這直接影響能量樁承載力與沉降問題的計算和設(shè)計，嚴(yán)重阻礙能量樁技術(shù)的發(fā)展和使用。

本實用新型之前，中國專利文獻(xiàn)CN103822875B公開了一種能量樁樁-土接觸面摩擦力測試裝置及測試方法；在模型樁試樣內(nèi)預(yù)設(shè)傳熱管連接到溫度循環(huán)控制系統(tǒng)，密封壓力室進(jìn)水口和出水口連接到壓力室溫度循環(huán)控制系統(tǒng)，利用溫度循環(huán)控制系統(tǒng)將樁體和土體溫度控制在設(shè)計值內(nèi)，通過應(yīng)力傳感器和位移傳感器測量得到能量樁樁-土接觸面的摩擦力。該技術(shù)方法，與傳統(tǒng)直剪儀和單剪儀實驗相比，考慮了樁體溫度和樁周土體的試驗溫度等因素的影響，通過對常規(guī)環(huán)剪儀壓力室的改造，實現(xiàn)了對能量樁樁-土接觸面摩擦力的測定；但是該試驗裝置未考慮剪切過程中能量樁樁-土接觸面在熱力耦合作用下剪切強(qiáng)度的實時變化和剪切帶的實時發(fā)展，也未考慮樁體和樁周土體內(nèi)部溫度梯度的分布對樁土接觸面剪切特性的影響。因此，在已有的技術(shù)裝置的基礎(chǔ)上做出改進(jìn)，制定新的實驗方法，是研究能量樁樁-土界面剪切特性的有效途徑；對于能量樁的科學(xué)設(shè)計也具有重要意義。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的在于克服上述缺陷，針對已有的土工實驗設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，提出一種能量樁樁-土界面剪切實驗裝置。

本實用新型的技術(shù)方案：

一種能量樁樁-土界面剪切實驗裝置，包括可拆卸式外框架、加載系統(tǒng)、剪切盒、冷熱循環(huán)系統(tǒng)和光纖光柵量測系統(tǒng)；

所述的可拆卸式外框架包括橫梁和立柱，多根立柱構(gòu)成一上端開口的框架，橫梁兩端分別連接在立柱的頂端，共同構(gòu)成可拆卸式外框架；

所述的剪切盒為可拆卸式，包括上剪切盒和下剪切盒，上剪切盒內(nèi)放置土樣，下剪切盒內(nèi)放置混凝土試樣；下剪切盒固定在剪切盒底座上，剪切盒底座置于滾軸上，滾軸固定在可拆卸式外框架底部，實現(xiàn)剪切盒底座與可拆卸式外框架的相對運(yùn)動；

所述的加載系統(tǒng)包括水平加載系統(tǒng)和豎向加載系統(tǒng)；水平加載系統(tǒng)包括水平加載裝置、傳力桿、LVDT位移傳感器和應(yīng)力傳感器；傳力桿穿過立柱，一端與水平加載裝置相連，另一端與剪切盒底座左側(cè)接觸，傳力桿推動剪切盒底座運(yùn)動，從而帶動下剪切盒運(yùn)動；LVDT位移傳感器置于傳力桿上，用于測量下剪切盒水平位移；

在剪切實驗過程中，由于剪切盒底座的支撐，下剪切盒在豎向平面內(nèi)的自由度被約束，只能進(jìn)行水平運(yùn)動；豎向加載系統(tǒng)包括豎向加載裝置、傳力桿和應(yīng)力傳感器，傳力桿穿過橫梁，一端與豎向加載裝置相連，另一端與應(yīng)力傳感器相連；豎向荷載通過豎向加載裝置施加，其軸線與上剪切盒的中心位于一條直線上；

所述的冷熱循環(huán)系統(tǒng)包括水循環(huán)泵和換熱管，換熱管布置于混凝土試樣中，與水循環(huán)泵相連，水循環(huán)泵驅(qū)動不同設(shè)定溫度的水在換熱管內(nèi)進(jìn)行循環(huán)；