试样帽、中空扭转界面剪切三轴仪及测试方法技术

本发明专利技术提供一种试样帽、中空扭转界面剪切三轴仪及测试方法，所述试样帽包括：试样帽基座和与所述试样帽基座固定连接的环形板，所述环形板用于与土样接触形成土

【技术实现步骤摘要】
试样帽、中空扭转界面剪切三轴仪及测试方法


[0001]本专利技术涉及土木工程
，具体地，涉及一种试样帽、中空扭转界面剪切三轴仪及测试方法。

技术介绍

[0002]饱和土与结构界面力学行为是土与结构相互作用研究中的重要组成内容。结构对土体的约束使得界面区域的力学性质与其它区域土体不同，而界面的力学响应又会对结构的受力变形造成重要影响。目前研究主要采用单剪、直剪和扭剪等试验手段，探讨了无黏性土和钢、混凝土、土工合成材料，以及黏土与混凝土、钢之间的接触特性。然而这些研究使用的直剪仪、单剪仪等装置均通过剪切速率来近似模拟不同的排水条件，存在一些明显不足：如无法精确控制实际试验过程中的排水状态，也无法准确反映剪切速率对界面强度特性的影响，由于缺乏乳胶膜等封闭装置也无法精确测量剪切过程中的孔压变化，而且剪切盒对土样约束作用强，可能会导致界面应力、变形不均匀。
[0003]经对现有技术文献检索发现：
[0004]申请号：202110779192.0，专利技术名称：一种智能化自旋式空心圆柱界面剪切仪及其测试方法，申请公布号：CN 113640213 A，申请公布日2021.11.12，该方法公开了一种智能化自旋式空心圆柱界面剪切仪及其测试方法，用以解决直剪试验中不能够测试孔隙水压力及只能够进行小位移条件下界面摩擦力的不足，解决环剪仪中不能够测试复杂应力条件下不同岩土体界面摩擦力和只能使用平均剪应力和剪切位移的不足。该专利核心原理为空心圆柱土体试样内部穿插一实心圆柱，通过扭转实心圆柱实现界面剪切。该方法虽然引入了孔隙水压力测量，但是测得空心圆柱试样底部孔压，而不是与实心圆柱界面上的孔压，对于渗透系数低的黏性土试样，其底部孔压与界面位置处孔压发展并不完全一致，误差较大。此外，该测试方法只能进行静力剪切，无法实现进行界面动力剪切试验。
[0005]综上所述，对于饱和土
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结构物界面，内部孔隙水压力对界面力学性质有不可忽视的影响，现有试验方法尚未对孔隙水压力影响下的土和结构界面静动力学行为进行全面研究，无法准确控制土样的排水条件，直接套用已有试验结果会造成对实际情况的误判，带来安全风险。因此需要引入新的试验手段和方法来对土
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结构界面静动力学特性进行深入研究，准确获得界面孔隙水压力发展规律，探究剪切速率、结构物粗糙度、循环荷载频率、循环应力比等参数对界面力学特性尤其是孔隙水压力特性的影响，更好地指导工程实践。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种试样帽、中空扭转界面剪切三轴仪及测试方法。
[0007]本专利技术试通过以下技术方案实现的：
[0008]根据本专利技术的第一方面，提供一种用于中空扭转界面剪切三轴仪的试样帽，包括：试样帽基座和与所述试样帽基座固定连接的环形板，所述环形板用于与土样接触形成土
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结构界面；
[0009]所述试样帽基座呈空心圆筒状，所述试样帽基座的筒壁内部设有排水管路，所述环形板上开设有通孔，所述排水管路靠近所述环形板的一端与所述通孔对应，所述排水管路远离所述环形板的一端用于连接界面孔压体变测量控制器。
[0010]进一步地，所述排水管路的直径与所述通孔的孔径相同；所述通孔内填设有透水石，所述透水石上覆盖有滤纸。
[0011]进一步地，所述环形板的表面粗糙度根据模拟的工程结构物确定。
[0012]进一步地，所述环形板通过螺栓与所述试样帽基座固定连接；所述环形板与所述试样帽基座之间设有密封垫片。
[0013]进一步地，所述试样帽基座的材质为铝合金。
[0014]根据本专利技术的第二方面，提供一种中空扭转界面剪切三轴仪，包括：
[0015]用于提供支撑作用的底座；
[0016]设于所述底座上的腔室，所述腔室包括内围压室和外围压室，试样安装于所述内围压室和所述外围压室之间，所述试样的底部连接试样孔压体变测量控制器；
[0017]上述的试样帽，盖合于所述试样上方且与所述试样接触形成土
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结构界面；所述试样帽的上端连接有轴力扭矩传感器、竖向伺服加载系统和扭转伺服加载系统；所述排水管路的一端连通试样，所述排水管路的另一端连接界面孔压体变测量控制器；
[0018]用于测量和控制试样外围压的外围压测量控制器，所述外围压测量控制器与所述外围压室相连接；
[0019]用于测量和控制试样内围压的内围压测量控制器，所述内围压测量控制器与所述内围压室相连接；
[0020]数据采集模块，用于采集界面孔压体变数据、试样孔压体变数据、外围压数据和内围压数据；
[0021]控制模块，分别与所述数据采集模块、所述轴力扭矩传感器、所述竖向伺服加载系统和所述扭转伺服加载系统连接。
[0022]进一步地，所述竖向伺服加载系统和所述扭转伺服加载系统均采用气缸进行伺服控制，利用电空变换器调整气缸压力从而实现加载。
[0023]进一步地，所述扭转伺服加载系统通过设置波形为正弦波、三角波和矩形波中的任意一种，以及变化频率为0.01
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10Hz，实现对土
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结构界面进行循环加载。
[0024]根据本专利技术的第三方面，提供一种利用上述的中空扭转界面剪切三轴仪进行的界面力学特性测试方法，该方法包括：
[0025]准备试样，并将所述试样安装于三轴仪的腔室中，所述试样呈中空圆柱状，且所述试样的内部和外部均包裹乳胶膜，将试样帽安装到所述试样上方，所述试样帽与所述试样接触形成土
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结构界面；
[0026]对试样进行饱和处理，然后对内围压室和外围压室同时施加相等压力，并通过竖向伺服加载系统施加竖向压力，对试样进行固结处理；
[0027]通过扭转伺服加载系统进行界面力学特性剪切试验，获得界面力学特性参数。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有如下至少之一的有益效果：
[0029]1、本专利技术能够根据界面力学特性，只需要更换试样帽的环形板，就可以针对常法
向应力条件下不同结构物粗糙度情况下界面排水或不排水动静力学特性进行研究，试验原理简单，操作方便，易于实现。
[0030]2、本专利技术利用中空扭转三轴仪的孔压体变测量控制器可以测量界面孔隙水压力或体积变化；剪切过程中界面尺寸不变，试样不受刚性剪切盒约束，界面附近土体应力和变形更均匀，更加适合工程和设计需要；能够更全面探究剪切速率、结构物粗糙度、循环荷载频率、循环应力比等参数对界面力学特性尤其是孔隙水压力特性的影响。
附图说明
[0031]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0032]图1为本专利技术一实施例的试样帽的结构示意图；
[0033]图2为本专利技术一实施例的中空扭转界面剪切三轴仪的结构示意图。
[0034]图中：1为竖向伺服加载系统，2为扭转伺服加载系统，3为轴力扭矩传感器，4为试样帽基座，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于中空扭转界面剪切三轴仪的试样帽，其特征在于，包括：试样帽基座和与所述试样帽基座固定连接的环形板，所述环形板用于与土样接触形成土
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结构界面；所述试样帽基座呈空心圆筒状，所述试样帽基座的筒壁内部设有排水管路，所述环形板上开设有通孔，所述排水管路靠近所述环形板的一端与所述通孔对应，所述排水管路远离所述环形板的一端用于连接界面孔压体变测量控制器。2.根据权利要求1所述的用于中空扭转界面剪切三轴仪的试样帽，其特征在于，所述排水管路的直径与所述通孔的孔径相同；所述通孔内填设有透水石，所述透水石上覆盖有滤纸。3.根据权利要求1所述的用于中空扭转界面剪切三轴仪的试样帽，其特征在于，所述环形板的表面粗糙度根据模拟的工程结构物确定。4.根据权利要求1所述的用于中空扭转界面剪切三轴仪的试样帽，其特征在于，所述环形板通过螺栓与所述试样帽基座固定连接；所述环形板与所述试样帽基座之间设有密封垫片。5.根据权利要求1所述的用于中空扭转界面剪切三轴仪的试样帽，其特征在于，所述试样帽基座的材质为铝合金。6.一种中空扭转界面剪切三轴仪，其特征在于，包括：用于提供支撑作用的底座；设于所述底座上的腔室，所述腔室包括内围压室和外围压室，试样安装于所述内围压室和所述外围压室之间，所述试样的底部连接试样孔压体变测量控制器；权利要求1
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5任一项所述的试样帽，盖合于所述试样上方且与所述试样接触形成土
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结构界面；所述试样帽的上端连接有轴力扭矩传感器、竖向伺服加载系统和扭转伺服加载系统；所述排水管路的一端连通试...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘世奥，廖晨聪，张璐璐，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：