一种锚或桩与土的界面摩阻性能试验系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种锚或桩与土的界面摩阻性能室内试验系统，包括试样、试样导向固定装置、动力装置、反力装置、以及测控装置。本试验系统和试验方法，实现了试验系统与试样制作分离，可用于对锚杆或桩基与土的界面摩阻性能进行试验，可较准确地得到不同工况下界面摩阻应力与锚-土或者桩-土的相对位移的关系曲线。由于试样尺寸小，制作成本低，可以大批量地重复进行室内试验，并且能够考虑土体含水量、加载方式等因素变化对摩阻界面性能的影响，能准确全面地掌握界面的摩阻性能，避免以往现场试验和室内模型试验中碍于经济因素的考虑而仅进行一到数根锚杆或基桩试验，得到的也只能是较厚土层范围内平均界面摩阻性能。

【技术实现步骤摘要】
一种锚或粧与土的界面摩阻性能试验系统
本技术涉及房建、公路、铁路、水电、矿山等工程中经常使用的锚杆或桩基试验技术，尤其涉及一种锚或桩与土的界面摩阻性能室内试验系统。
技术介绍
锚杆和桩基技术被广泛应用于房建、交通、水电、市政、矿山等工程领域。两者应用于工程实践的时间不同，木桩在数千年前即被人类用于生产生活当中，而锚杆的应用不过百余年的历史。但两者的作用机理存在很多相似之处，首先，两者的外形一般都是圆柱状杆体；其次，两者的受力接触面一般为胶凝体(比如混凝土、砂浆等)与岩土体的接触面；最后，两者的受力大多都只承受轴向力作用。对于锚杆和桩基的荷载传递机理，尤其是胶凝体与岩土体界面的受力变形特性，工程中基本上依靠对工程锚杆和桩基进行现场试验，目前国内外尚无简便易行、且与实际工况相符的室内试验仪器和试验方法。现场的工程锚杆拉拔和桩基抗压试验存在如下缺点:第一，耗资巨大，一根锚杆造价可能是数千元到数万元，而一根桩的造价可能是数万元到数十万元，此外现场试验还需要投入额外的人力物力，因此，往往只能选择少量的锚杆和桩基进行试验；第二，现场锚杆和桩基的施工、养护和试验需要时间较长，这对工期往往产生很大的影响；第三，现场试验时间点一般在养护完毕后就要进行，无法模拟不同工况(如强降雨入渗岩土体、岩土体水分蒸发、地下水位变化、不同加载方式等)，对应各种不同工况，锚或桩与土的界面摩阻性能必然不同。尽管已有部分高校和科研院所通过室内模型试验试验锚或桩与土的界面摩阻性能，但都是在地槽或模型箱中进行模型试验，目前还未见有开发一种较简便的试验仪器来进行试验。这类模型试验存在的主要问题包括:①由于模型尺寸相对较大，同样存在可重复性差、不能较全面地进行不同工况或组合工况下锚或桩与土的界面摩阻性能试验的缺陷；②缺少密封保水装置，很难保证试验过程中土体含水量的恒定，若用来试验不同含水量对锚-土界面或桩-土界面的长期摩阻性能或者蠕变特性时，试验结果难免不失真；③试验设计在原理上存在一定缺陷，由于我们在理论上分析锚杆或者桩的荷载传递规律时，用到的是微段上锚-土界面或桩-土界面的摩阻性能(比如界面的剪应力与位移或者剪应力与剪应变之间关系)，因此试验这种界面摩阻性能时，试样中锚-土胶结段或桩-土胶结段长度应是越短越好，而现有的模型试验装置和方法中，锚-土或者桩-土胶结段长度都很大，这样得到的自然是这一长段上的平均界面摩阻性能，不能真实反映锚-土或者桩-土界面摩阻性能。此外，国内外也有通过土与结构物的直剪试验来推定锚或桩与土的界面摩阻性能的，但因该法与锚或桩的实际工况不符，不能模拟锚-土或桩-土界面真实受力过程，所得结果不能真实反映锚或桩与土的实际界面摩阻性能。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述技术的不足，提出一种简便、易行、与实际工况相符、试验系统与试验样可分离的锚-土或桩-土界面摩阻性能室内试验系统。为解决以上技术问题，本技术所采用的技术方案是:一种锚或桩与土的界面摩阻性能试验系统，包括试样，还包括:试样导向固定装置，所述试样导向固定装置包括底座、盖板、连接件、以及设置于盖板上的导向筒和密封盖，所述试样通过底座和盖板在径向上固定，并通过设置于底座和盖板之间的连接件将试样在轴向上限定；传力装置，所述传力装置包括传力杆，与所述传力杆上端螺纹连接的上转接头，与所述上转接头上端螺纹连接的上螺帽，与所述上螺帽活动连接的上大头螺栓，与试样芯杆上端螺纹连接的下转接头，与所述下转接头上端螺纹连接的下螺帽，以及下端与所述下螺帽活动连接、上端与所述传力杆螺纹连接的下大头螺栓；所述传力杆套入所述导向筒和密封盖中心孔；动力装置，所述动力装置包括动力机构、升降座以及用于连接所述升降座和底座的升降螺杆，为锚与土的界面摩阻性能试验提供下拉力，或为桩与土的界面摩阻性能试验提供上压力；反力装置，所述反力装置包括反力柱、设置于反力柱之间的反力梁、设置于所述反力梁底部的反力螺栓，以及用于固定所述反力螺栓的沉头螺栓和反压板，所述反力装置为锚与土的界面摩阻性能试验提供拉拔所需反力，或为桩与土的界面摩阻性能试验提供顶压所需反力；以及测控装置，所述测控装置包括控制/读数仪，设置于所述盖板上的位移传感器，以及下端与所述上大头螺栓螺纹连接、上端与反力螺栓螺纹连接的力传感器。进一步的，所述底座和盖板四周分别对应设置有圆环形凸缘，用于将试样在径向上进行限定。进一步的，所述试样与底座和盖板之间，以及所述盖板顶部与所述导向筒底面之间分别设置有O型密封圈；所述导向筒上部与所述传力杆之间形成的环状空间中设置有密封环和密封圈，通过旋转所述密封盖逐次压紧所述密封环与密封圈，从而实现试样的密封。进一步的，所述底座设有能容纳所述试样芯杆突出部分的空腔；所述空腔通过一排气阀与外界大气连通。进一步的，所述上大头螺栓和下大头螺栓大头端形状为球形或者椭球形中的一种；所述上螺帽和下螺帽分别设有能容纳所述上大头螺栓和下大头螺栓大头端的空腔，所述上螺帽和下螺帽可在所述空腔内自由活动。进一步的，所述连接件为螺栓副。进一步的，所述反力梁通过设置在所述反力柱上下两端的复数个六角螺母分别固定于反力柱上。一种利用上述试验系统试验锚-土界面摩阻性能的方法，包括下述步骤:(I)在所述的动力装置和反力装置之间，依次将所述的试样、试样导向固定装置、传力装置和试验装置安装好；(2)开动动力机构并控制所述升降座，依次带动所述升降螺杆、底座、螺栓副、盖板和试样本体下移,并在试样本体内部产生一下拉力,其下拉力则依次通过所述的试样芯杆、下转接头、下螺帽、下大头螺栓、传力杆、上转接头、上螺帽、上大头螺栓和力传感器传至所述反力装置；(3)通过与所述的力传感器和位移传感器连接的控制/读数仪采集应力与位移数据，直至下拉位移不小于下拉力峰值对应位移的5倍，终止试验。一种利用上述试验系统试验桩-土界面摩阻性能的方法，包括下述步骤:(I)在所述的动力装置和反力装置之间，依次将所述的试样、试样导向固定装置、传力装置和试验装置安装好；(2)开动动力机构并控制所述升降座，依次带动所述升降螺杆、底座、螺栓副、盖板和试样本体上移，并在所述试样本体内部产生一上推力，其上推力则依次通过所述试样芯杆、下转接头、下大头螺栓、传力杆、上转接头、上大头螺栓和力传感器传至所述反力装置；(3)通过与所述力传感器和位移传感器连接的控制/读数仪采集应力与位移数据，直至上推位移不小于上推力峰值对应位移的5倍，终止试验。本技术所采用的技术方案具有的有益效果是:本试验系统和试验方法，实现了试验系统与试样制作分离，可用于对锚杆或桩基与土的界面摩阻性能进行试验，可较准确地得到不同工况(比如不同含水量、不同干湿循环、不同加载方式等)下界面摩阻应力与锚-土或者桩-土的相对位移的关系曲线。由于试样尺寸小，制作成本低，可以大批量地重复进行室内试验，并且能够考虑土体含水量、力口载方式等因素变化对摩阻界面性能的影响，能准确全面地掌握界面的摩阻性能，避免以往现场试验和室内模型试验中碍于经济因素的考虑而仅进行一到数根锚杆或基桩试验，得到的也只能是较厚土层范围内平均界面摩阻性能。同时，还可以在实际工程动工前，进行先期的试验试验，指导和优化工程的设计方案。【附图说明】图1为本技术锚或桩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锚或桩与土的界面摩阻性能试验系统，包括试样，其特征在于，还包括：试样导向固定装置，所述试样导向固定装置包括底座(401)、盖板(402)、连接件、以及设置于盖板(402)上的导向筒(405)和密封盖(406)，所述试样通过底座(401)和盖板(402)在径向上固定，并通过设置于底座(401)和盖板(402)之间的连接件将试样在轴向上限定；传力装置，所述传力装置包括传力杆(501)，与所述传力杆(501)上端螺纹连接的上转接头(502)，与所述上转接头(502)上端螺纹连接的上螺帽(503)，与所述上螺帽(503)活动连接的上大头螺栓(504)，与试样芯杆(701)上端螺纹连接的下转接头(505)，与所述下转接头(505)上端螺纹连接的下螺帽(506)，以及下端与所述下螺帽(506)活动连接、上端与所述传力杆(501)螺纹连接的下大头螺栓(507)；所述传力杆(501)套入所述导向筒(405)和密封盖(406)中心孔；动力装置，所述动力装置包括动力机构(203)、升降座(202)以及用于连接所述升降座(202)和底座(401)的升降螺杆(201)，为锚与土的界面摩阻性能试验提供下拉力，或为桩与土的界面摩阻性能试验提供上压力；反力装置，所述反力装置包括反力柱(301)、设置于反力柱(301)之间的反力梁(303)、设置于所述反力梁(303)底部的反力螺栓(306)，以及用于固定所述反力螺栓(306)的沉头螺栓(305)和反压板(304)，所述反力装置为锚与土的界面摩阻性能试验提供拉拔所需反力，或为桩与土的界面摩阻性能试验提供顶压所需反力；以及测控装置，所述测控装置包括控制/读数仪(603)，设置于所述盖板(402)上的位移传感器(602)，以及下端与所述上大头螺栓(504)螺纹连接、上端与反力螺栓(306)螺纹连接的力传感器(601)。...

【技术特征摘要】
1.一种锚或桩与土的界面摩阻性能试验系统，包括试样，其特征在于，还包括: 试样导向固定装置，所述试样导向固定装置包括底座(401)、盖板(402)、连接件、以及设置于盖板(402)上的导向筒(405)和密封盖(406)，所述试样通过底座(401)和盖板(402)在径向上固定，并通过设置于底座(401)和盖板(402)之间的连接件将试样在轴向上限定； 传力装置，所述传力装置包括传力杆(501)，与所述传力杆(501)上端螺纹连接的上转接头(502)，与所述上转接头(502)上端螺纹连接的上螺帽(503)，与所述上螺帽(503)活动连接的上大头螺栓(504)，与试样芯杆(701)上端螺纹连接的下转接头(505)，与所述下转接头(505)上端螺纹连接的下螺帽(506)，以及下端与所述下螺帽(506)活动连接、上端与所述传力杆(501)螺纹连接的下大头螺栓(507);所述传力杆(501)套入所述导向筒(405)和密封盖(406)中心孔； 动力装置，所述动力装置包括动力机构(203)、升降座(202)以及用于连接所述升降座(202)和底座(401)的升降螺杆(201)，为锚与土的界面摩阻性能试验提供下拉力，或为桩与土的界面摩阻性能试验提供上压力； 反力装置，所述反力装置包括反力柱(301)、设置于反力柱(301)之间的反力梁(303)、设置于所述反力梁(303)底部的反力螺栓(306)，以及用于固定所述反力螺栓(306)的沉头螺栓(305)和反压板(304)，所述反力装置为锚与土的界面摩阻性能试验提供拉拔所需反力，或为桩与土的界面摩阻性能试验提供顶压所需反力；以及 测控装置，所述测控装置包括控制/读数仪(603)，设置于所述盖板(402)上的位移传感器(602)，以及下端与...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈昌富，梁冠亭，张根宝，汤宇，郑新秀，孙彦，王思逸，王纯子，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：新型
国别省市：湖南;43