一种残积土空心扭剪试验中的扭矩辅助施加的方法和试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种残积土空心扭剪试验的扭矩辅助施加方法及装置，步骤是：1)制备空心圆柱试样；2)装样：将外压力室玻璃罩提高到装入试样的位置；3)开启计算机控制系统，在计算机控制系统中调整内压力盖高度；4)压力室注水：往内压力室中充满蒸馏水；5)进行试验：先调节所施加的固结压力；6)仪器拆卸与清洁：卸载内、外围压，并对内、外压力室进行排水，打开排气孔，拧松调节螺帽并拆卸外压力室玻璃罩。将装置上、下外箍环中间填充环氧树脂，将试样和上透水石、下透水石分别相互固定，上、上内箍环之间通过箍环螺丝固定。操作便捷、可靠性高，有效的克服了试样打滑而使用防滑刀片和试样两端刻槽带来的问题。端刻槽带来的问题。端刻槽带来的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种残积土空心扭剪试验中的扭矩辅助施加的方法和试验装置


[0001]本专利技术涉及土工试验中空心扭剪试验领域，更具体涉及一种残积土空心扭剪试验中的扭矩辅助施加的方法，同时还涉及一种残积土空心扭剪试验中的扭矩辅助施加的装置，适用于黏性土等具有一般性质的土的空心扭剪试验。

技术介绍

[0002]天然土体普遍具有物理、力学性质的各向异性，即土体在不同方向上展现出不同的特性，其中强度各向异性对土的力学行为有明显的影响，研究并认识土的强度各向异性对深入理解土的行为以及各种土工构筑物的合理设计和安全施工具有重要意义(Nishimura,S.,Jardine,R.J.,Minh,N.A.2007.Shear strength anisotropy of natural London Clay.G
é
otechnique,57(1),49
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62.)。目前，空心扭剪试验是公认的最适合研究土的强度各向异性的仪器设备(Hight,D.W.,Gens,A.,Symes,M.J.1984.Development of a new hollow cylinder apparatus for investigating the effects of principal stress rotation in soils.Geotechnique,21(3),0
–
08.)。在空心扭剪试验中，空心圆柱试样被施加内、外围压、轴向力以及扭矩，从而控制作用在土单元体上主应力的大小和方向。在这个原理的基础上，空心扭剪试验的开展难度也是公认的，特别是试样两端扭矩的施加完全依赖于试样两端和附着在上、下底座上的透水石之间的摩擦力。目前，为了顺利实现扭矩施加，各个空心扭剪仪器的设备制造厂商普遍采用的方法有两种(Nishimura,S.2005.Laboratory study on anisotropy of natural London clay.)，一是提高透水石的粗糙度；二是在试样两端刻槽后采用带有防滑刀片的透水石，由于防滑刀片嵌入试样两端，增大了摩擦力。然而，这两种方法均在一定程度上存在不足：
[0003]1.依靠增加透水石表面的粗糙度而达到的提高摩擦力效果有限，并且一旦透水石表面过于粗糙，会导致试样产生不同程度的倾斜，从而影响试验结果的准确性；
[0004]2.由于防滑刀片的嵌入，改变了试样两端的局部应力状态，对试验结果的影响至今仍未得到定量评价还没有一个统一的定量评估标准；
[0005]3.在黏性土中防滑刀片得到了较好的应用，但是对于残积土和全风化岩，这种方法并不适用。如对于残积土，在风化过程中，母岩中抗风化能力强的石英颗粒被保留下来，造成这种土的表面凹凸不平并且质地疏松，很难按照已有的方法在试样两端刻出平整的凹槽，并且刻槽过程可能损坏试样；
[0006]4.在空心扭剪试验中，为了模拟交通、地震等荷载，需要对试样施加反复的扭剪作用，为此，试样的底座呈现出周期性的左右旋转，这会导致在试验后期试样端部刻槽被抹平，从而导致扭矩无法施加到预定值致使试验失败。
[0007]总体而言，虽然目前采用了一定的办法辅助空心扭剪试验中扭矩的施加，但是这些方法存在诸多局限性并且影响试验结果的准确性。此外，这些措施也不适用于自然界中广泛存在的残积土和全风化岩等岩土材料。针对这一问题的解决方法，目前无论是学术论
文还是专利技术专利都没有涉及。

技术实现思路

[0008]基于上述试验方法中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供了一种残积土空心扭剪试验中的扭矩辅助施加方法，该方法操作便捷、可靠性高，有效的克服了常规方法中为了防止试样打滑而使用防滑刀片和试样两端刻槽带来的种种问题。其原理是通过特别设计的箍环，将固定试样的力源从摩擦力优化为胶着力，使得试样进一步被牢固地固定，同时采用试样内、外两侧固定，使得试样在试验过程中不会发生打滑，进而提高各向异性残积土及全风化岩空心扭剪试验结果的准确性。
[0009]本专利技术另一个目的是在于提供了一种残积土空心扭剪试验中的扭矩辅助施加的装置，该装置具有便于组装、易于使用和维护、造价低、适用广泛等优点。
[0010]为了实现上述的目的，本专利技术采用以下技术措施：
[0011]一种残积土空心扭剪试验中的扭矩辅助施加方法，其步骤是：
[0012](1)制样：按照规范《地基动力特性测试规范(GB/T 50219
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1611)》要求制备空心圆柱试样，并用套筒(普通)将试样用橡皮膜(市场购置普通橡皮膜)包裹起来；
[0013](2)装样：将外压力室玻璃罩提高到可以装入试样的位置，使用注射器(普通)往预留的环氧树脂填充区挤入预先配置好的环氧树脂及固化剂(市场购置艾必达6005号高强度AB结构胶)，等待环氧树脂操作时间结束后(5min)，分别将试样和透水石安装在底座上，对齐上外箍环、上内箍环、下外箍环、下内箍环，拧紧箍环螺丝。所述的预先配置好的环氧树脂及固化剂，其主要成分分别为双酚A和改性胺，其混合比例为1:1，操作时间为5min，操作方法为先向烧杯(市场购置普通玻璃烧杯)内倒入环氧树脂、再向烧杯内倒入等体积的固化剂并使用玻璃棒(市场购置普通玻璃棒)充分搅拌至烧杯内没有丝状物，操作完成后5min后开始提供胶着力；
[0014](3)调零：开启计算机控制系统(普通)，在计算机控制系统中调整内压力盖高度，使之与传感器接触，然后打开软件GDSLab(v2.5.4.4)，将仪器的轴力、扭矩以及传感器读数调至零；
[0015](4)压力室注水：首先往内压力室中充满蒸馏水，将外压力室玻璃罩放下，拧紧调节螺帽，然后往外压力室中充满蒸馏水；
[0016](5)进行试验：先调节所施加的固结压力至160kPa左右，等待试样充分进行排水固结。固结完成后，启动施力控制系统，操作软件GDSLab(v2.5.4.4)，进行试样的剪切，控制剪切应变速率为0.05％/min，剪切宜至少进行到试样的轴向应变为16％；
[0017](6)仪器拆卸与清洁：卸载内、外围压，并对内、外压力室进行排水。打开排气孔，拧松调节螺帽并拆卸外压力室玻璃罩，操作软件GDSLab(v2.5.4.4)，将试验仪器回归到试验前的状态。关闭施力控制系统，卸下试样并擦拭仪器。试验结果通过扭剪应力τ和扭剪应变γ随时间的变化曲线来评估。
[0018]在上述的扭矩辅助施加方法中，优选地，环氧树脂填充区材料应为双酚A型环氧树脂和改性胺类固化剂。
[0019]在上述的扭矩辅助施加方法中，优选地，环氧树脂填充区材料充填时间应为所选择固化剂固化时间的2/3为准。
[0020]在上述的扭矩辅助施加方法中，优选地，填胶后应等待至固化反应完成后至少5min。
[0021]上述的一种各向异性空心扭剪试验中的扭矩辅助施加的方法的六个步骤中，最关键的步骤为步骤(2)。步骤(2)要求在装样时利用特制的上、下箍环和环氧树脂分别对试样的上、下两端进行处理，上、下箍环预留本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种残积土空心扭剪试验中的扭矩辅助施加方法，其步骤是：(1)制样：制备空心圆柱试样，并用套筒将试样用橡皮膜包裹起来；(2)装样：将外压力室玻璃罩提高到装入试样的位置，使用注射器往预留的环氧树脂填充区挤入预先配置的环氧树脂及固化剂，等待环氧树脂固化反应完成后，分别将试样和透水石安装在底座上，对齐上外箍环、上内箍环、下外箍环、下内箍环，拧紧箍环螺丝；(3)调零：开启计算机控制系统，在计算机控制系统中调整内压力盖高度，与传感器接触，然后打开软件，将仪器的轴力、扭矩及各传感器读数调至零；(4)压力室注水：首先往内压力室中充满蒸馏水，将外压力室玻璃罩放下，拧紧调节螺帽，然后往外压力室中充满蒸馏水；(5)进行试验：先调节所施加的固结压力至160kPa，等待试样进行排水固结，固结完成后，启动施力控制系统，操作软件，进行试样的剪切，控制剪切应变速率为0.05％/min，剪切至少进行到轴向应变为16％；(6)仪器拆卸与清洁：卸载内、外围压，并对内、外压力室进行排水，打开排气孔，拧松调节螺帽并拆卸外压力室玻璃罩，操作软件，将试验仪器回归到试验前的状态，关闭施力控制系统，卸下试样并擦拭仪器，试验结果通过扭剪应力τ和扭剪应变γ随时间的变化曲线评估；所述的预先配置的环氧树脂及固化剂，其成分分别为双酚A和改性胺，其混合比例为1:1，操作时间为5min，先向烧杯内倒入环氧树脂，再向烧杯内倒入等体积的固化剂并使用玻璃棒搅拌至烧杯内没有丝状物，完成后5min后开始提供胶着力。2.根据权利要求1所述的一种残积土空心扭剪试验中的扭矩辅助施加方法，其特征在于：所述的环氧树脂填充区材料为双酚A型环氧树脂和改性胺类固化剂。3.根据权利要求1所述的一种残积土空心扭剪试验中的扭矩辅助施加方法，其特征在于：所述的环氧树脂填充区材料充填时间为固化剂固化时间的2/3。4.根据权利要求1所述的一种残积土空心扭剪试验中的扭矩辅助施加方法，其特征在于：所述的填胶后应等待至固化反应完成后至少5min。5.权利要求1所述的一种残积土空心扭剪试验中的扭矩辅助施加的装置，包括传感器(2)、上底座(6)、第一上外箍环(19a)、第一下外箍环(23a)、第一紧固螺钉(17a)、第一定位螺钉(18a)、第一上透水石(22a)、施力控制系统(12)、外压控制系统(13)、反压控制系统(14)、内压控制系统(15)，传感器(2)与内压力室顶盖(5)之间采用第一紧固螺钉(17a)和第二紧固螺钉(17b)连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：张先伟，刘新宇，徐倚晴，王港，陈亚宾，刘强，芦剑锋，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：