[發明專利]一種直接測量不同溫度下界面剪切強度的測試系統及方法

在審

• 申請號: 202011291970.3
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112504870A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 于龍;扈曉飛;楊慶;楊鋼;韓云瑞;王澤明
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01L11/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明公開一種直接測量不同溫度下界面剪切強度的測試系統及方法，屬于巖土、地質和環境等研究技術領域。針對現有直接剪切試驗測試技術精度不足，抗干擾能力差，測量參數有限等問題，本發明提供了一種直接測量不同溫度下界面剪切強度的測試系統及方法。本發明提供的裝置主要包括下剪切盒—測量裝置、恒溫水浴槽、加熱制冷循環器以及加載裝置四個部分，利用拉壓應力傳感器和孔隙水壓力傳感器作為結構物的內部高精度測量部件，給出了不同溫度和粗糙度下結構物—土界面性質的測試及計算方法，利用該方法可以測量結構物—土接觸面的界面強度和孔隙水壓力，通過計算分析可以得到結構物—土界面的粘聚力和摩擦角與溫度和粗糙度以及剪切速率之間的關系。

技術領域

本發明屬于巖土、地質和環境等研究領域，涉及一種直接測量不同溫度下 界面剪切強度的測試系統及方法。

背景技術

海洋工程的結構基礎在安裝和服役過程中，不可避免地會與海床土體產生 復雜的相互作用。結構物—土界面問題在巖土工程中屢見不鮮，結構物—土接 觸面常由于產生較大剪應力導致接觸面出現局部脫開、錯位、滑動等非連續性 變形現象，嚴重影響結構承載性能及穩定性。因此，準確地掌握結構物—土界 面的性質對于海洋工程結構穩定性和安全性十分重要。

直接剪切試驗作為一種室內測試手段，其測試結果可獲得用來評價土體及 結構物—土界面性質的實驗參數——剪切強度，以此來判斷海床地基承載性能 及穩定性。目前，直接剪切試驗測試技術在工程設計和評估中得到了廣泛應用， 但同時也存在一些缺陷，例如，結構物—土的接觸面在剪切過程中不斷減小、 無法測量剪切面的孔隙水壓力以及不能進行不同溫度條件下的剪切試驗等問 題。另一方面，除結構物—土的接觸面外，還有直接剪切試驗設備中多個儀器 構件間的接觸面，從而導致實測的結構物—土接觸面的剪切強度高于實際。針 對上述問題，提出一種能夠直接測量不同溫度下界面剪切強度的測試系統及方 法尤為重要。

本發明提供了一種直接測量不同溫度下界面剪切強度的測試系統及方法， 利用不同粗糙度的摩擦板測量裝置進行結構物—土的直接剪切試驗，可以直接 獲取結構物—土界面的真實剪切強度以及界面處孔隙水壓力的發展規律，從而 可忽略儀器構件間的摩擦力對測量結果的影響。同時，利用熱交換技術進行不 同溫度下結構物—土試樣的直接剪切試驗，對于不同試驗環境下，提高試驗測 試結果的精度，準確地反映結構物—土界面的性質具有重要意義。

發明內容

本發明目的在于提供一種直接測量不同溫度下界面剪切強度的測試系統及 方法，以克服現有手段的不足。可以實現不同溫度和粗糙度條件下結構物—土 界面剪切強度和孔隙水壓力的直接測量，測量結果能夠準確地反映結構物—土 界面的性質。

本發明的技術方案：

一種直接測量不同溫度下界面剪切強度的測試系統，包括下剪切結構物— 測量裝置、恒溫水浴槽1、導熱管2、加熱制冷循環器3、水浴槽蓋板4、下剪 切盒傳力梁5、試樣加載頂板6、試樣加壓帽7、傳力桿8、法向位移傳感器9、 彈簧架10、法向應力施加裝置11、試樣12、電信號解調儀13、溫度傳感器14、 密封環一15、密封環二16、法向應力傳感器17、水平位移施加裝置18、水平 位移傳感器19、滑道20、下剪切盒承臺21、電纜一22、計算機23、孔隙水壓 力傳感器30、水平作動軸37、水平固定軸38、試樣剪切盒40、試樣盒傳力梁 41、密封環三42、水平固定裝置43、水平應力傳感器44、排水閥45、閥門一 46和閥門二47；