本发明专利技术提供一种测量土‑结构界面特性的新型可视化单剪装置，包括加载垫板、叠盒组、销轴和单剪下盒；所述叠盒组由若干叠盒上下叠加组成，所述叠盒沿竖直方向设置固定孔，各个所述叠盒的所述固定孔相互连通，所述销轴由上至下可拆卸的插入所述固定孔内；所述叠盒为中空结构；所述叠盒下表面开设凹槽，所述凹槽内等间距设置若干孔，所述孔内放置钢珠，所述钢珠使相邻两个所述叠盒之间形成间隙，位于所述叠盒组最下方的所述叠盒通过所述钢珠与所述单剪下盒之间形成间隙；所述加载垫板可拆卸连接于所述叠盒组上方；所述单剪下盒位于所述叠盒组下方。本发明专利技术的技术方案能够研究管壁‑触变泥浆套接触面特性。
A New Visual Simple Shear Device for Measuring Soil-Structure Interface Characteristics
【技术实现步骤摘要】
一种测量土-结构界面特性的新型可视化单剪装置
本专利技术涉及岩土工程试验领域，具体而言，尤其涉及一种测量土-结构界面特性的新型可视化单剪装置。
技术介绍
顶管法是隧道或地下管道穿越铁路、道路、河流或建筑物等各种障碍物时采用的一种暗挖式施工方法。在施工时，通过传力顶铁和导向轨道，用支承于基坑后座上的液压千斤顶将管压入土层中，同时挖除并运走管正面的泥土。当第一节管全部顶入土层后，接着将第二节管接在后面继续顶进，这样将一节节管子顶入，作好接口，建成涵管。随着顶进距离的增大，顶管的侧面摩擦力随之增大。在长距离(大于100米)管道顶进过程中，必须采用注浆工艺，利用触变泥浆套减少顶进过程中管壁与土体之间的磨擦力，并填充流失的土体，减少土体变形、沉降和隔水。由于暗挖施工的隐蔽性，无法对注浆体与顶管管壁的接触效应直接观测和研究，而泥浆润滑效果直接影响顶推力的施加。在顶管工程中，土与结构的相互作用问题是影响顶管顶进性能的关键问题，目前剪切试验是研究界面特性的主要方法之一，单剪试验既可以研究界面的特性，又可以考虑土体受力变形的实际特征。施工中泥浆多采用膨润土泥浆，管道材料多选用C50以上钢筋混凝土管。顶管法施工是继盾构施工之后发展起来的地下管道施工方法。随着顶进距离的增大，顶管的侧面摩擦力随之增大，所需要的顶力也随之增大。在长距离管道顶进过程中，必须采用注浆工艺，利用触变泥浆套减少顶进过程中管壁与土体之间的磨擦力，并填充流失的土体，减少土体变形、沉降和隔水。注浆工艺质量直接影响顶管的侧摩阻力，从而影响顶管施工的成本与周期。目前对于带有泥浆套的土与结构相互作用的研究较少，所以需要对管壁——触变泥浆套接触面特性进行研究。直剪试验的剪切面限定在上下盒之间的平面，试样在剪切过程中沿指定破坏面剪切破坏；直剪盒下盒装样尺寸与上盒装样尺寸相同，在剪切过程中，试样剪切面逐渐缩小，而在计算抗剪强度时仍按试样的原始截面计算。与直剪试验相比，单剪试验具有剪切面不固定、试样在剪切过程中变形均匀且沿最薄弱面剪切破坏等优点。单剪试验既可以研究界面的特性，又可以考虑土体受力变形的实际特征，目前传统的单向剪切盒有以下弊端：(1)传统单向剪切盒常采用铁制叠盒，每层叠盒间均为面对面接触，在下盒受到剪切力产生水平位移时，叠盒间受到滑动摩擦，其摩擦力较大，约束了叠盒的移动，对试样破裂面的产生具有约束效应。(2)试验过程中剪切盒内部试样变形为未知状态，土体的变形和位移只能由传感器采集，剪切过程无法实现可视化。(3)传统单向剪切盒装样繁琐且与其配套的单剪仪造价昂贵。
技术实现思路
为研究管壁-触变泥浆套接触面特性，针对传统的剪切盒的弊端，而提供一种测量土-结构界面特性的新型可视化单剪装置。本专利技术提供的剪切盒构造简单、经济，试验时安装方便，可以近似模拟顶管推进时管壁——触变泥浆套接触面特性，为顶管施工时顶推力的设计及泥浆的配比提供参考。本专利技术采用的技术手段如下：一种测量土-结构界面特性的新型可视化单剪装置，包括加载垫板、叠盒组、销轴和单剪下盒；所述叠盒组由若干叠盒上下叠加组成，所述叠盒沿竖直方向设置固定孔，各个所述叠盒的所述固定孔相互连通，所述销轴由上至下可拆卸的插入所述固定孔内；所述叠盒为中空结构；所述叠盒下表面开设凹槽，所述凹槽内等间距设置若干孔，所述孔内放置钢珠，所述钢珠使相邻两个所述叠盒之间形成间隙，位于所述叠盒组最下方的所述叠盒通过所述钢珠与所述单剪下盒之间形成间隙；所述加载垫板可拆卸连接于所述叠盒组上方；所述单剪下盒位于所述叠盒组下方。进一步地，所述加载垫板下部设置凸出端头，所述加载垫板通过所述凸出端头与下方的所述叠盒嵌合。进一步地，所述单剪下盒侧面上部设置用于观测所述叠盒组与所述单剪下盒相对位移的刻度。进一步地，所述单剪下盒内部设置用于浇筑试样的试样凹槽，浇筑的所述试样上表面与所述单剪下盒上表面相齐平。进一步地，所述叠盒和所述单剪下盒内表面敷设乳胶膜。进一步地，所述乳胶膜的厚度为2mm。进一步地，所述加载垫板由有机玻璃制成；所述叠盒和所述单剪下盒由透明的有机玻璃制成。进一步地，所述叠盒组包括五个所述叠盒，位于最上方的所述叠盒的厚度为30mm，其他四个所述叠盒的厚度相同，为5mm；所述叠盒内部的长宽尺寸为100mm×100mm，所述叠盒外部的长宽尺寸为200mm×160mm；所述加载垫板上位于所述凸出端头上方的板结构的尺寸为200mm×160mm×10mm，所述凸出端头的尺寸为100mm×100mm×20mm；所述单剪下盒的尺寸为200mm×160mm×40mm，所述试样凹槽的尺寸为120mm×100mm×40mm。较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术提供的测量土-结构界面特性的新型可视化单剪装置，构造简单、经济、方便安装，装样步骤简洁且稳定牢固；试验时叠盒间摩擦极小，试样变形均匀并沿最薄弱面发生剪切破坏；剪切过程实现可视化，可全面了解剪切作用机理；下盒混凝土试样尺寸大，可以满足长距离剪切要求；该试验可近似模拟顶管推进时管壁——触变泥浆套接触面，为研究接触面特性提供了新的手段，也为顶管施工时顶推力的设计及泥浆的配比提供参考。综上，应用本专利技术提供的剪切盒构造简单、经济，试验时安装方便，可以近似模拟顶管推进时管壁——触变泥浆套接触面特性，为顶管施工时顶推力的设计及泥浆的配比提供参考。因此，本专利技术的技术方案解决了传统的单向剪切盒存在的技术问题。基于上述理由本专利技术可在岩土工程试验等领域广泛推广。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术所述新型可视化单剪装置的结构示意图。图2为本专利技术所述新型可视化单剪装置的部分结构示意图。图3(a)-(e)为本专利技术所述新型可视化单剪装置使用过程示意图。图中：1、叠盒组；2、叠盒；3、单剪下盒；4、加载垫板；5、销轴；6、凹槽；7、钢珠；8、刻度；9、泥浆套；10、试样。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本专利技术的范围。同本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种测量土‑结构界面特性的新型可视化单剪装置，其特征在于，包括加载垫板、叠盒组、销轴和单剪下盒；所述叠盒组由若干叠盒上下叠加组成，所述叠盒沿竖直方向设置固定孔，各个所述叠盒的所述固定孔相互连通，所述销轴由上至下可拆卸的插入所述固定孔内；所述叠盒为中空结构；所述叠盒下表面开设凹槽，所述凹槽内等间距设置若干孔，所述孔内放置钢珠，所述钢珠使相邻两个所述叠盒之间形成间隙，位于所述叠盒组最下方的所述叠盒通过所述钢珠与所述单剪下盒之间形成间隙；所述加载垫板可拆卸连接于所述叠盒组上方；所述单剪下盒位于所述叠盒组下方。
【技术特征摘要】
1.一种测量土-结构界面特性的新型可视化单剪装置，其特征在于，包括加载垫板、叠盒组、销轴和单剪下盒；所述叠盒组由若干叠盒上下叠加组成，所述叠盒沿竖直方向设置固定孔，各个所述叠盒的所述固定孔相互连通，所述销轴由上至下可拆卸的插入所述固定孔内；所述叠盒为中空结构；所述叠盒下表面开设凹槽，所述凹槽内等间距设置若干孔，所述孔内放置钢珠，所述钢珠使相邻两个所述叠盒之间形成间隙，位于所述叠盒组最下方的所述叠盒通过所述钢珠与所述单剪下盒之间形成间隙；所述加载垫板可拆卸连接于所述叠盒组上方；所述单剪下盒位于所述叠盒组下方。2.根据权利要求1所述的测量土-结构界面特性的新型可视化单剪装置，其特征在于，所述加载垫板下部设置凸出端头，所述加载垫板通过所述凸出端头与下方的所述叠盒嵌合。3.根据权利要求1所述的测量土-结构界面特性的新型可视化单剪装置，其特征在于，所述单剪下盒侧面上部设置用于观测所述叠盒组与所述单剪下盒相对位移的刻度。4.根据权利要求1所述的测量土-结构界面特性的新型可视化单剪装置，其特征在于，所述单剪下盒内部设置用于浇筑试样的试样凹槽，...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵文，李天亮，王鑫，韩健勇，夏治康，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
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