界面真實(shí)力學(xué)特性測(cè)試裝置及其測(cè)試方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種界面真實(shí)力學(xué)特性測(cè)試裝置及其測(cè)試方法。本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便的界面真實(shí)力學(xué)特性測(cè)試裝置及其測(cè)試方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是：用于填料與結(jié)構(gòu)板之間接觸界面的壓剪試驗(yàn)或拉拔試驗(yàn)，其特征在于：該測(cè)試裝置包括兩個(gè)用于盛裝所述填料的容器盒、一個(gè)固定于結(jié)構(gòu)板一端的夾具和若干間隔均勻的布置于填料與結(jié)構(gòu)板接觸界面上的應(yīng)變片或位移傳感器，所述容器盒由盒壁和加載板組成，其中加載板大小與盒壁內(nèi)側(cè)相吻合且可在盒壁內(nèi)豎向自由移動(dòng)；所述加載板上安裝可提供法向壓力的加壓裝置，夾具上安裝可提供水平拉拔力的拉拔裝置。本發(fā)明適用于土木工程和機(jī)械工程中廣泛存在的非連續(xù)變形課題中接觸界面力學(xué)特性的測(cè)試。
【專(zhuān)利說(shuō)明】界面真實(shí)力學(xué)特性測(cè)試裝置及其測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種界面真實(shí)力學(xué)特性測(cè)試裝置及其測(cè)試方法。適用于土木工程和機(jī)械工程中廣泛存在的非連續(xù)變形課題中接觸界面力學(xué)特性的測(cè)試。
【背景技術(shù)】
[0002]材料間接觸界面的相互作用表現(xiàn)為在界面上產(chǎn)生的摩阻力和正應(yīng)力傳遞、切向相對(duì)滑動(dòng)、分離與接觸交替等力學(xué)特性。界面力學(xué)特性主要包括界面強(qiáng)度模式及其參數(shù)、界面應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系模式及其參數(shù)等方面，在土木工程和機(jī)械工程等領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和基礎(chǔ)課題研究等方面提供重要依據(jù)。
[0003]對(duì)界面力學(xué)特性，目前廣泛采用拉拔試驗(yàn)或壓剪試驗(yàn)方法，以界面平均摩阻力表征界面摩阻力，以界面平均摩阻力的峰值表征界面強(qiáng)度，以拔出或剪出點(diǎn)界面相對(duì)位移表征界面相對(duì)位移，未考慮試驗(yàn)中界面摩阻力的調(diào)動(dòng)過(guò)程及其機(jī)制，常帶來(lái)誤差或錯(cuò)誤。
[0004]界面特性試驗(yàn)以及實(shí)際工程中，界面各點(diǎn)的法向應(yīng)力、相對(duì)位移、摩阻力等分布不均且動(dòng)態(tài)變化，界面摩阻力漸進(jìn)調(diào)動(dòng)。界面特性的拉拔試驗(yàn)和壓剪試驗(yàn)裝置與方法，應(yīng)能揭示試驗(yàn)過(guò)程中界面行為的上述機(jī)制，辨識(shí)界面行為的非真實(shí)現(xiàn)象，反映界面摩阻力的調(diào)動(dòng)過(guò)程，建立真實(shí)的界面強(qiáng)度模式和界面應(yīng)力應(yīng)變模式，研究和分析界面漸進(jìn)屈服模式，并提出界面參數(shù)的正確分析方法，解決傳統(tǒng)試驗(yàn)方法存在的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便的界面真實(shí)力學(xué)特性測(cè)試裝置及其測(cè)試方法，以獲得非連續(xù)變形體間接觸界面的真實(shí)力學(xué)特性，準(zhǔn)確測(cè)定界面參數(shù)。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種界面真實(shí)力學(xué)特性測(cè)試裝置，用于填料與結(jié)構(gòu)板之間接觸界面的壓剪試驗(yàn)或拉拔試驗(yàn)，其特征在于:該測(cè)試裝置包括兩個(gè)用于盛裝所述填料的容器盒、一個(gè)固定于所述結(jié)構(gòu)板一端的夾具和若干間隔均勻的布置于填料與結(jié)構(gòu)板接觸界面上的應(yīng)變片或位移傳感器，所述容器盒由盒壁和加載板組成，其中加載板大小與盒壁內(nèi)側(cè)相吻合且可在盒壁內(nèi)豎向自由移動(dòng)；所述加載板上安裝可提供法向壓力的加壓裝置，夾具上安裝可提供水平拉拔力的拉拔裝置。
[0007]所述加載板對(duì)應(yīng)填料側(cè)表面設(shè)有柔性墊層。
[0008]所述柔性墊層采用氣囊制成。
[0009]一種應(yīng)用所述界面真實(shí)力學(xué)特性測(cè)試裝置的測(cè)試方法，其特征在于步驟如下:
a、制作結(jié)構(gòu)板的測(cè)試樣本；
b、在兩個(gè)容器盒內(nèi)盛滿(mǎn)填料，兩容器盒上下扣合，并在兩容器盒中間放置結(jié)構(gòu)板，結(jié)構(gòu)板上下表面間隔均勻的預(yù)先布置應(yīng)變片或位移傳感器；
c、在結(jié)構(gòu)板的一端固定安裝夾具；
e、在兩容器盒的加載板上安裝可提供法向壓力的加壓裝置；在夾具上安裝可提供水平拉拔力的拉拔裝置；
f、加壓裝置在加載板上施加法向壓力，拉拔裝置以緩慢的速率在夾具處均勻地施加拉拔力，通過(guò)應(yīng)變片或位移傳感器記錄結(jié)構(gòu)板不同部位的與填料間的相對(duì)位移值；
g、通過(guò)所施加的拉拔力大小和結(jié)構(gòu)板界面上應(yīng)變或位移發(fā)展情況，進(jìn)行相同情況下的多組試驗(yàn),分別記錄結(jié)構(gòu)板各部位相對(duì)位移?,同時(shí)根據(jù)拉拔力大小和材料應(yīng)變分析界面摩阻力r，獲取界面摩阻力-相對(duì)位移關(guān)系等曲線(xiàn)，并進(jìn)行反饋修正，獲取真實(shí)的界面參數(shù)。 [0010]所述結(jié)構(gòu)板厚度依據(jù)具體測(cè)試材料而定，取0.05~lcm，但應(yīng)注意對(duì)于一般土工織物等柔性材料，厚度可略大，對(duì)于鋼材等剛性材料，厚度不應(yīng)過(guò)大。
[0011]所述填料根據(jù)工程實(shí)際情況選擇不同的土性，并模擬飽和固結(jié)狀態(tài)，分層壓實(shí)，無(wú)黏性土可按照設(shè)計(jì)密實(shí)度(一般采用壓實(shí)度或相對(duì)密度)控制。
[0012]所述結(jié)構(gòu)板根據(jù)工程實(shí)際情況或研究需要選擇不同粗糙度、不同材質(zhì)的結(jié)構(gòu)材料，采用混凝土、鋼板或土工材料制成。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明中測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工制作方便、成本較，便于獲得非連續(xù)變形體間接觸界面的真實(shí)力學(xué)特性。本發(fā)明中容器盒設(shè)置可豎向自由移動(dòng)的加載板，通過(guò)施加法向作用力控制施加于接觸界面的法向應(yīng)力；加載板上設(shè)置柔性墊層，使法向應(yīng)力分布接近于實(shí)際工程問(wèn)題，獲取不同法向應(yīng)力下的界面摩阻力。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單方便，可真實(shí)地描述界面摩阻力調(diào)動(dòng)過(guò)程，過(guò)濾試驗(yàn)過(guò)程中存在的偽軟化和偽非線(xiàn)性等現(xiàn)象，解決傳統(tǒng)測(cè)試方法中存在的誤差或錯(cuò)誤。本發(fā)明通過(guò)不同材料間接觸界面的壓剪試驗(yàn)或拉拔試驗(yàn)，沿材料表面布設(shè)應(yīng)變片或位移傳感器，以準(zhǔn)確地反映不同應(yīng)力狀態(tài)下接觸界面摩阻力的調(diào)動(dòng)過(guò)程，真實(shí)地揭示界面的強(qiáng)度模式與應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為實(shí)施例中測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為實(shí)施例中測(cè)試裝置的俯視圖。
[0016]圖3為實(shí)施例中容器盒的剖視圖。
[0017]圖4為實(shí)施例中測(cè)試獲得的界面摩阻力-相對(duì)位移曲線(xiàn)。
【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖1、圖2所示，本實(shí)施例中界面真實(shí)力學(xué)特性測(cè)試裝置包括兩個(gè)容器盒1、一個(gè)夾具5和若干應(yīng)變片或位移傳感器2，其中容器盒1由盒壁101和作為容器盒底板的加載板102組成，加載板102的大小與盒壁101內(nèi)側(cè)相匹配，并且可在盒壁101內(nèi)豎向自由移動(dòng)。本實(shí)施例中在容器盒1內(nèi)的加載板102表面鋪設(shè)一層柔性墊層6 (采用氣囊材料制成)，見(jiàn)圖3。本例中在加載板102上安裝可提供法向壓力的加壓裝置，夾具5上安裝可提供水平拉拔力的拉拔裝置。
[0019]所述加壓裝置可選普通巖土試驗(yàn)機(jī)加載裝置；拉拔裝置可選用拉力計(jì)(千斤頂)配合臥式手動(dòng)泵加壓實(shí)施拉拔試驗(yàn)。
[0020]本實(shí)施例中界面真實(shí)力學(xué)特性測(cè)試裝置用于填料3與結(jié)構(gòu)板4間接觸界面的壓剪試驗(yàn)或拉拔試驗(yàn)。測(cè)試方法去下:
a、制作結(jié)構(gòu)板4的測(cè)試樣本，結(jié)構(gòu)板4根據(jù)工程實(shí)際情況或研究需要選擇不同粗糙度、不同材質(zhì)的結(jié)構(gòu)材料，采用混凝土、鋼板或土工材料制成，結(jié)構(gòu)板4厚度為0.2cm ；
b、在兩個(gè)容器盒1內(nèi)均盛滿(mǎn)填料3，填料3根據(jù)工程實(shí)際情況選擇不同的土性，并模擬飽和固結(jié)狀態(tài)，分層壓實(shí)，無(wú)黏性土可按照相對(duì)密度或壓實(shí)度控制，兩容器盒1上下扣合，并在兩容器盒中間放置結(jié)構(gòu)板4，結(jié)構(gòu)板4上下表面間隔均勻的預(yù)先布置應(yīng)變片或位移傳感器2，以測(cè)定并計(jì)算試驗(yàn)過(guò)程中界面相對(duì)位移和界面摩阻力的分布；
c、在結(jié)構(gòu)板4的一端固定安裝夾具5；
e、在兩容器盒1的加載板102上安裝可提供法向壓力的加壓裝置；在夾具5上安裝可提供水平拉拔力的拉拔裝置；
f、加壓裝置在加載板102上施加法向壓力，拉拔裝置以緩慢的速率在夾具5處均勻地施加拉拔力，通過(guò)應(yīng)變片或位移傳感器2記錄結(jié)構(gòu)板4不同部位的與填料3間的相對(duì)位移值；
g、通過(guò)所施加的拉拔力大小和結(jié)構(gòu)板4界面上應(yīng)變或位移發(fā)展情況，進(jìn)行相同情況下的多組試驗(yàn)，分別記錄結(jié)構(gòu)板各部位相對(duì)位移U,同時(shí)根據(jù)拉拔力大小和材料應(yīng)變分析界面摩阻力τ，獲取如圖4所示的界面摩阻力-相對(duì)位移關(guān)系等曲線(xiàn)，并進(jìn)行反饋修正，獲取真實(shí)的界面參數(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種界面真實(shí)力學(xué)特性測(cè)試裝置，用于填料(3)與結(jié)構(gòu)板(4)之間接觸界面的壓剪試驗(yàn)或拉拔試驗(yàn)，其特征在于:該測(cè)試裝置包括兩個(gè)用于盛裝所述填料(3)的容器盒(1)、一個(gè)固定于所述結(jié)構(gòu)板(4)一端的夾具(5)和若干間隔均勻的布置于填料(3)與結(jié)構(gòu)板(4)接觸界面上的應(yīng)變片或位移傳感器(2)，所述容器盒(1)由盒壁(101)和加載板(102)組成，其中加載板(102)大小與盒壁(101)內(nèi)側(cè)相吻合且可在盒壁(101)內(nèi)豎向自由移動(dòng)；所述加載板(102)上安裝可提供法向壓力的加壓裝置，夾具(5)上安裝可提供水平拉拔力的拉拔>j-U ρ?α裝直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的界面真實(shí)力學(xué)特性測(cè)試裝置，其特征在于:所述加載板(102)對(duì)應(yīng)填料(3 )側(cè)表面設(shè)有柔性墊層(6 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所訴的界面真實(shí)力學(xué)特性測(cè)試裝置，其特征在于:所述柔性墊層(6)采用氣囊制成。
4.一種應(yīng)用權(quán)利要求3所述界面真實(shí)力學(xué)特性測(cè)試裝置的測(cè)試方法，其特征在于步驟如下:a、制作結(jié)構(gòu)板(4)的測(cè)試樣本；b、在兩個(gè)容器盒(1)內(nèi)盛滿(mǎn)填料(3)，兩容器盒(1)上下扣合，并在兩容器盒中間放置結(jié)構(gòu)板(4)，結(jié)構(gòu)板(4)上下表面間隔均勻的預(yù)先布置應(yīng)變片或位移傳感器(2)；c、在結(jié)構(gòu)板(4)的一端固定安裝夾具(5)； e、在兩容器盒(1)的加載板(102)上安裝可提供法向壓力的加壓裝置；在夾具(5)上安裝可提供水平拉拔力的拉拔裝置；f、加壓裝置在加載板(102)上施加法向壓力，拉拔裝置以緩慢的速率在夾具(5)處均勻地施加拉拔力，通過(guò)應(yīng)變片或位移傳感器(2)記錄結(jié)構(gòu)板(4)不同部位的與填料(3)間的相對(duì)位移值；g、通過(guò)所施加的拉拔力大小和結(jié)構(gòu)板(4)界面上應(yīng)變或位移發(fā)展情況，進(jìn)行相同情況下的多組試驗(yàn)，分別記錄結(jié)構(gòu)板各部位相對(duì)位移《，同時(shí)根據(jù)拉拔力大小和材料應(yīng)變分析界面摩阻力r，獲取界面摩阻力-相對(duì)位移關(guān)系等曲線(xiàn)，并進(jìn)行反饋修正，獲取真實(shí)的界面參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測(cè)試方法，其特征在于:所述結(jié)構(gòu)板(4)厚度為0.05~lcm。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測(cè)試方法，其特征在于:所述填料(3)根據(jù)工程實(shí)際情況選擇不同的土性，并模擬飽和固結(jié)狀態(tài)，分層壓實(shí)，無(wú)黏性土可按照設(shè)計(jì)相對(duì)密度或壓實(shí)度來(lái)控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)試方法，其特征在于:所述結(jié)構(gòu)板(4)根據(jù)工程實(shí)際情況或研究需要選擇不同粗糙度、不同材質(zhì)的結(jié)構(gòu)材料，采用混凝土、鋼板或土工材料制成。
【文檔編號(hào)】G01N3/08GK103645094SQ201310689117
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】汪明元, 狄圣杰, 杜文博, 徐學(xué)勇, 張琳 申請(qǐng)人:中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司