一種錨或樁與土的界面摩阻性能試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種錨或樁與土的界面摩阻性能室內(nèi)試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法，包括試樣、試樣導(dǎo)向固定裝置、動(dòng)力裝置、反力裝置、以及測(cè)控裝置。本試驗(yàn)系統(tǒng)和試驗(yàn)方法，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)系統(tǒng)與試樣制作分離，可用于對(duì)錨桿或樁基與土的界面摩阻性能進(jìn)行試驗(yàn)，可較準(zhǔn)確地得到不同工況下界面摩阻應(yīng)力與錨-土或者樁-土的相對(duì)位移的關(guān)系曲線。由于試樣尺寸小，制作成本低，可以大批量地重復(fù)進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，并且能夠考慮土體含水量、加載方式等因素變化對(duì)摩阻界面性能的影響，能準(zhǔn)確全面地掌握界面的摩阻性能，避免以往現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和室內(nèi)模型試驗(yàn)中礙于經(jīng)濟(jì)因素的考慮而僅進(jìn)行一到數(shù)根錨桿或基樁試驗(yàn)，得到的也只能是較厚土層范圍內(nèi)平均界面摩阻性能。
【專利說(shuō)明】一種錨或粧與土的界面摩阻性能試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及房建、交通、水電、市政、礦山等工程中經(jīng)常使用的錨桿或樁基試驗(yàn)技術(shù)，尤其涉及一種錨或樁與土的界面摩阻性能室內(nèi)試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]錨桿和樁基技術(shù)被廣泛應(yīng)用于房建、交通、水電、市政、礦山等工程領(lǐng)域。兩者應(yīng)用于工程實(shí)踐的時(shí)間不同，木樁在數(shù)千年前即被人類用于生產(chǎn)生活當(dāng)中，而錨桿的應(yīng)用不過(guò)百余年的歷史。但兩者的作用機(jī)理存在很多相似之處，首先，兩者的外形一般都是圓柱狀桿體；其次，兩者的受力接觸面一般為膠凝體(比如混凝土、砂漿等)與巖土體的接觸面；最后，兩者的受力大多都只承受軸向力作用。對(duì)于錨桿和樁基的荷載傳遞機(jī)理，尤其是膠凝體與巖土體界面的受力變形特性，工程中基本上依靠對(duì)工程錨桿和樁基進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)簡(jiǎn)便易行、且與實(shí)際工況相符的室內(nèi)試驗(yàn)儀器和試驗(yàn)方法。
[0003]現(xiàn)場(chǎng)的工程錨桿拉拔和樁基抗壓試驗(yàn)存在如下缺點(diǎn):第一，耗資巨大，一根錨桿造價(jià)可能是數(shù)千元到數(shù)萬(wàn)元，而一根樁的造價(jià)可能是數(shù)萬(wàn)元到數(shù)十萬(wàn)元，此外現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)還需要投入額外的人力物力，因此，往往只能選擇少量的錨桿和樁基進(jìn)行試驗(yàn)；第二，現(xiàn)場(chǎng)錨桿和樁基的施工、養(yǎng)護(hù)和試驗(yàn)需要時(shí)間較長(zhǎng)，這對(duì)工期往往產(chǎn)生很大的影響；第三，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)間點(diǎn)一般在養(yǎng)護(hù)完畢后就要進(jìn)行，無(wú)法模擬不同工況(如強(qiáng)降雨入滲巖土體、巖土體水分蒸發(fā)、地下水位變化、不同加載方式等)，對(duì)應(yīng)各種不同工況，錨或樁與土的界面摩阻性能必然不同。
[0004]盡管已有部分高校和科研院所通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)試驗(yàn)錨或樁與土的界面摩阻性能，但都是在地槽或模型箱中進(jìn)行模型試驗(yàn)，目前還未見有開發(fā)一種較簡(jiǎn)便的試驗(yàn)儀器來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)。這類模型試驗(yàn)存在的主要問(wèn)題包括:①由于模型尺寸相對(duì)較大，同樣存在可重復(fù)性差、不能較全面地進(jìn)行不同工況或組合工況下錨或樁與土的界面摩阻性能試驗(yàn)的缺陷；②缺少密封保水裝置，很難保證試驗(yàn)過(guò)程中土體含水量的恒定，若用來(lái)試驗(yàn)不同含水量對(duì)錨-土界面或樁-土界面的長(zhǎng)期摩阻性能或者蠕變特性時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果難免不失真；③試驗(yàn)設(shè)計(jì)在原理上存在一定缺陷，由于我們?cè)诶碚撋戏治鲥^桿或者樁的荷載傳遞規(guī)律時(shí)，用到的是微段上錨-土界面或樁-土界面的摩阻性能(比如界面的剪應(yīng)力與位移或者剪應(yīng)力與剪應(yīng)變之間關(guān)系)，因此試驗(yàn)這種界面摩阻性能時(shí)，試樣中錨-土膠結(jié)段或樁-土膠結(jié)段長(zhǎng)度應(yīng)是越短越好，而現(xiàn)有的模型試驗(yàn)裝置和方法中，錨-土或者樁-土膠結(jié)段長(zhǎng)度都很大，這樣得到的自然是這一長(zhǎng)段上的平均界面摩阻性能，不能真實(shí)反映錨-土或者樁-土界面摩阻性能。
[0005]此外，國(guó)內(nèi)外也有通過(guò)土與結(jié)構(gòu)物的直剪試驗(yàn)來(lái)推定錨或樁與土的界面摩阻性能的，但因該法與錨或樁的實(shí)際工況不符，不能模擬錨-土或樁-土界面真實(shí)受力過(guò)程，所得結(jié)果不能真實(shí)反映錨或樁與土的實(shí)際界面摩阻性能。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)的不足，提出一種簡(jiǎn)便、易行、與實(shí)際工況相符、試驗(yàn)系統(tǒng)與試驗(yàn)樣可分離的錨-土或樁-土界面摩阻性能室內(nèi)試驗(yàn)系統(tǒng)和方法。
[0007]為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種錨或樁與土的界面摩阻性能試驗(yàn)系統(tǒng)，包括試樣，還包括:
[0008]試樣導(dǎo)向固定裝置，所述試樣導(dǎo)向固定裝置包括底座、蓋板、連接件、以及設(shè)置于蓋板上的導(dǎo)向筒和密封蓋，所述試樣通過(guò)底座和蓋板在徑向上固定，并通過(guò)設(shè)置于底座和蓋板之間的連接件將試樣在軸向上限定；
[0009]傳力裝置，所述傳力裝置包括傳力桿，與所述傳力桿上端螺紋連接的上轉(zhuǎn)接頭，與所述上轉(zhuǎn)接頭上端螺紋連接的上螺帽，與所述上螺帽活動(dòng)連接的上大頭螺栓，與試樣芯桿上端螺紋連接的下轉(zhuǎn)接頭，與所述下轉(zhuǎn)接頭上端螺紋連接的下螺帽，以及下端與所述下螺帽活動(dòng)連接、上端與所述傳力桿螺紋連接的下大頭螺栓；所述傳力桿套入所述導(dǎo)向筒和密封蓋中心孔；
[0010]動(dòng)力裝置，所述動(dòng)力裝置包括動(dòng)力機(jī)構(gòu)、升降座以及用于連接所述升降座和底座的升降螺桿，為錨與土的界面摩阻性能試驗(yàn)提供下拉力，或?yàn)闃杜c土的界面摩阻性能試驗(yàn)提供上壓力；
[0011]反力裝置，所述反力裝置包括反力柱、設(shè)置于反力柱之間的反力梁、設(shè)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頭螺栓和反壓板，所述反力裝置為錨與土的界面摩阻性能試驗(yàn)提供拉拔所需反力，或?yàn)闃杜c土的界面摩阻性能試驗(yàn)提供頂壓所需反力；以及
[0012]測(cè)控裝置，所述測(cè)控裝置包括控制/讀數(shù)儀，設(shè)置于所述蓋板上的位移傳感器，以及下端與所述上大頭螺栓螺紋連接、上端與反力螺栓螺紋連接的力傳感器。
[0013]進(jìn)一步的，所述底座和蓋板四周分別對(duì)應(yīng)設(shè)置有圓環(huán)形凸緣，用于將試樣在徑向上進(jìn)行限定。
[0014]進(jìn)一步的，所述試樣與底座和蓋板之間，以及所述蓋板頂部與所述導(dǎo)向筒底面之間分別設(shè)置有O型密封圈；
[0015]所述導(dǎo)向筒上部與所述傳力桿之間形成的環(huán)狀空間中設(shè)置有密封環(huán)和密封圈，通過(guò)旋轉(zhuǎn)所述密封蓋逐次壓緊所述密封環(huán)與密封圈，從而實(shí)現(xiàn)試樣的密封。
[0016]進(jìn)一步的，所述底座設(shè)有能容納所述試樣芯桿突出部分的空腔；所述空腔通過(guò)一排氣閥與外界大氣連通。
[0017]進(jìn)一步的，所述上大頭螺栓和下大頭螺栓大頭端形狀為球形或者橢球形中的一種；所述上螺帽和下螺帽分別設(shè)有能容納所述上大頭螺栓和下大頭螺栓大頭端的空腔，所述上螺帽和下螺帽可在所述空腔內(nèi)自由活動(dòng)。
[0018]進(jìn)一步的，所述連接件為螺栓副。
[0019]進(jìn)一步的，所述反力梁通過(guò)設(shè)置在所述反力柱上下兩端的復(fù)數(shù)個(gè)六角螺母分別固定于反力柱上。
[0020]一種利用上述試驗(yàn)系統(tǒng)試驗(yàn)錨-土界面摩阻性能的方法，包括下述步驟:
[0021](I)在所述的動(dòng)力裝置和反力裝置之間，依次將所述的試樣、試樣導(dǎo)向固定裝置、傳力裝置和試驗(yàn)裝置安裝好；
[0022](2)開動(dòng)動(dòng)力機(jī)構(gòu)并控制所述升降座，依次帶動(dòng)所述升降螺桿、底座、螺栓副、蓋板和試樣本體下移,并在試樣本體內(nèi)部產(chǎn)生一下拉力,其下拉力則依次通過(guò)所述的試樣芯桿、下轉(zhuǎn)接頭、下螺帽、下大頭螺栓、傳力桿、上轉(zhuǎn)接頭、上螺帽、上大頭螺栓和力傳感器傳至所述反力裝置；
[0023](3)通過(guò)與所述的力傳感器和位移傳感器連接的控制/讀數(shù)儀采集應(yīng)力與位移數(shù)據(jù)，直至下拉位移不小于下拉力峰值對(duì)應(yīng)位移的5倍，終止試驗(yàn)。
[0024]一種利用上述試驗(yàn)系統(tǒng)試驗(yàn)樁-土界面摩阻性能的方法，包括下述步驟:
[0025](I)在所述的動(dòng)力裝置和反力裝置之間，依次將所述的試樣、試樣導(dǎo)向固定裝置、傳力裝置和試驗(yàn)裝置安裝好；
[0026](2)開動(dòng)動(dòng)力機(jī)構(gòu)并控制所述升降座，依次帶動(dòng)所述升降螺桿、底座、螺栓副、蓋板和試樣本體上移，并在所述試樣本體內(nèi)部產(chǎn)生一上推力，其上推力則依次通過(guò)所述試樣芯桿、下轉(zhuǎn)接頭、下大頭螺栓、傳力桿、上轉(zhuǎn)接頭、上大頭螺栓和力傳感器傳至所述反力裝置；
[0027](3)通過(guò)與所述力傳感器和位移傳感器連接的控制/讀數(shù)儀采集應(yīng)力與位移數(shù)據(jù)，直至上推位移不小于上推力峰值對(duì)應(yīng)位移的5倍，終止試驗(yàn)。
[0028]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案具有的有益效果是:
[0029]本試驗(yàn)系統(tǒng)和試驗(yàn)方法，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)系統(tǒng)與試樣制作分離，可用于對(duì)錨桿或樁基與土的界面摩阻性能進(jìn)行試驗(yàn)，可較準(zhǔn)確地得到不同工況(比如不同含水量、不同干濕循環(huán)、不同加載方式等)下界面摩阻應(yīng)力與錨-土或者樁-土的相對(duì)位移的關(guān)系曲線。由于試樣尺寸小，制作成本低，可以大批量地重復(fù)進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，并且能夠考慮土體含水量、力口載方式等因素變化對(duì)摩阻界面性能的影響，能準(zhǔn)確全面地掌握界面的摩阻性能，避免以往現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和室內(nèi)模型試驗(yàn)中礙于經(jīng)濟(jì)因素的考慮而僅進(jìn)行一到數(shù)根錨桿或基樁試驗(yàn)，得到的也只能是較厚土層范圍內(nèi)平均界面摩阻性能。同時(shí)，還可以在實(shí)際工程動(dòng)工前，進(jìn)行先期的試驗(yàn)試驗(yàn)，指導(dǎo)和優(yōu)化工程的設(shè)計(jì)方案。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1為本發(fā)明錨或樁與土的界面摩阻性能試驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖2為本發(fā)明試驗(yàn)系統(tǒng)動(dòng)力裝置下拉時(shí)刻示意圖；
[0032]圖3為本發(fā)明試驗(yàn)系統(tǒng)動(dòng)力裝置上壓時(shí)刻示意圖；
[0033]圖中標(biāo)號(hào)所示名稱為:101-樣筒；110-土坯；201_升降螺桿；202_升降座；203-動(dòng)力機(jī)構(gòu)；301-反力柱；302_六角螺母；303_反力梁；304_反壓板；305_沉頭螺栓；306-反力螺栓；401-底座；401a-凸緣；401b_座芯；401c_空腔；402_蓋板；402a_凸緣；402b-豎筒;403_螺栓副;405_導(dǎo)向筒；405a-帽緣;406_密封蓋;407_密封環(huán);408_0型密封圈；409-0型密封圈；410-0型密封圈；411-0型密封圈；412_通氣閥；501_傳力桿；502-上轉(zhuǎn)接頭；503_上螺帽；504_上大頭螺栓；505_下轉(zhuǎn)接頭；506_下螺帽；507_下大頭螺栓；601-力傳感器；602_位移傳感器；603_控制/讀數(shù)儀；701_芯桿；701a_突出部分；701b-突出部分；703_膠凝體。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步描述。需要說(shuō)明的是，實(shí)施例并不對(duì)本發(fā)明要求保護(hù)的范圍構(gòu)成限制。[0035]實(shí)施例1
[0036]如圖1和圖2所示，一種用于錨與土的界面摩阻性能試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法如下所述:
[0037]試樣，包括樣筒101、土坯110、膠凝體703和芯桿701。土坯110的高度可取5cm?20cm中的任一值,本例取為8cm ;膠凝體703的直徑可取2cm?6cm中的任一值,本例取為3cm ;土坯110的直徑不少于5倍膠凝體直徑，本例取為30cm ;膠凝體703的下端應(yīng)突出土坯110的表面I?4cm，本例突出2cm，目的是使拉拔過(guò)程中膠凝體703與土坯110保持等面積剪切。所謂膠凝體乃指由水泥漿、水泥砂漿、化學(xué)漿液等膠凝材料膠結(jié)凝固后形成的圓柱狀固體，本例采用水泥漿作為膠凝材料。試樣的芯桿701兩端滾絲，芯桿突出部分701a方向朝上，即膠凝體的突出部分向下，參照?qǐng)D2。試樣通過(guò)底座401的圓環(huán)形凸緣401a內(nèi)壁和蓋板402的圓環(huán)形凸緣402a內(nèi)壁在徑向上限定，并通過(guò)螺栓副403將試樣在軸向上限定。樣筒101與底座401之間設(shè)置有O型密封圈411，與蓋板402之間設(shè)置有O型密封圈410。
[0038]試樣通過(guò)螺紋與傳力裝置相連，傳力裝置包括傳力桿501，與傳力桿501上端螺紋連接的上轉(zhuǎn)接頭502，與上轉(zhuǎn)接頭502上端螺紋連接的上螺帽503，與上螺帽503活動(dòng)連接的上大頭螺栓504，與試樣芯桿701上端螺紋連接的下轉(zhuǎn)接頭505，與下轉(zhuǎn)接頭505上端螺紋連接的下螺帽506，以及下端與下螺帽506活動(dòng)連接、上端與傳力桿501螺紋連接的下大頭螺栓507。傳力桿501套入導(dǎo)向筒405中心孔，導(dǎo)向筒405下端帽緣405a與蓋板402上的豎筒402b的螺紋連接；蓋板上豎筒402b和導(dǎo)向筒405的中軸線與試樣的中軸線保持一致。在豎筒402b的頂面與導(dǎo)向筒405底面之間設(shè)置了 O型密封圈409，在導(dǎo)向筒405上部與傳力桿501之間的環(huán)狀空間中設(shè)置了密封圈408、密封環(huán)407以及與導(dǎo)向筒405螺紋連接的密封蓋406，通過(guò)旋轉(zhuǎn)密封蓋406逐次壓緊密封環(huán)407、密封圈408實(shí)現(xiàn)密封。各密封零部件的作用是為保證試樣處于密封狀態(tài)，土坯110的含水量不會(huì)因?yàn)檎舭l(fā)等而改變，并且為保證密封效果，可在連接的兩個(gè)零部件中的任一個(gè)設(shè)置一道環(huán)狀凹槽，使密封圈半嵌入地固定在此凹槽內(nèi)。
[0039]上大頭螺栓504和下大頭螺栓507的大頭端呈橢球形，上螺帽503和下螺帽506具有能容納上大頭螺栓504和下大頭螺栓507大頭端的空腔，且空腔底部的形狀與上大頭螺栓504和下大頭螺栓507大頭端的形狀一致，當(dāng)升降機(jī)構(gòu)202通過(guò)升降螺桿201帶動(dòng)底座向下位移時(shí)，上大頭螺栓504和下大頭螺栓507的大頭端會(huì)分別與上螺帽503和下螺帽506的空腔以橢球面貼合。如此橢球面形式的配合，保證了試樣在拉拔過(guò)程中能較好地傳遞軸拉力，減少試驗(yàn)的誤差。
[0040]力傳感器601下端與上大頭螺栓504螺紋連接、上端與反力螺栓306螺紋連接。反力螺栓306的端頭埋入反力梁303內(nèi)，并通過(guò)沉頭螺栓305和反壓板304固定。反力梁303兩端通過(guò)六角螺母302分別固定于兩根反力柱301上，并保持水平。反力梁303和反力柱301組成的反力機(jī)構(gòu)為錨與土的界面摩阻性能試驗(yàn)提供拉拔所需反力。
[0041 ] 底座401的座芯40 Ib中具有可容納芯桿701突出部分的空腔401c，所述空腔401c下部設(shè)置有通氣閥412，在試驗(yàn)時(shí)須打開，防止拉拔時(shí)產(chǎn)生負(fù)壓吸力，影響試驗(yàn)結(jié)果。
[0042] 參照?qǐng)D2所示，當(dāng)模擬試驗(yàn)錨桿拉拔時(shí)，將預(yù)先制作好的試樣放在與升降機(jī)構(gòu)連接的底座401上，注意此時(shí)膠凝體703突出部朝下。利用螺栓副403將試樣固定在蓋板402和底座401之間。將下轉(zhuǎn)接頭505擰入芯桿701的突出部分701a —端，并將上大頭螺栓504套入上螺帽503后與力傳感器601相連。在一旁先將導(dǎo)向筒405、密封圈408、密封環(huán)407、密封蓋406套入傳力桿501中，傳力桿501上端擰入上轉(zhuǎn)接頭502，下端與套入下螺帽506的下大頭螺栓507相連，將此一系列零部件移至上螺帽503下方，將上轉(zhuǎn)接頭502擰入到上螺帽503中，輕抬導(dǎo)向筒405，將下螺帽506擰入到下轉(zhuǎn)接頭505。將導(dǎo)向筒405的帽緣405a扣入到蓋板402的豎筒402b，擰緊螺紋，再通過(guò)旋轉(zhuǎn)密封蓋406逐次壓緊密封環(huán)407和密封圈408。
[0043]試樣安裝完畢后，打開通氣閥412，啟動(dòng)動(dòng)力機(jī)構(gòu)203，使升降座202以0.5mm/min的恒定速度值持續(xù)等速率下降，并通過(guò)升降螺桿201帶動(dòng)底座401向下位移，由于螺栓副等固定裝置的作用，樣筒101及土坯110隨之被下拽，而土坯110和膠凝體703之間產(chǎn)生的摩阻力依次通過(guò)芯桿701、下轉(zhuǎn)接頭505、下螺帽506、下大頭螺栓507、傳力桿501、上轉(zhuǎn)接頭502、上螺帽503、上大頭螺栓504和力傳感器601傳至反力裝置。此時(shí)下螺帽底部曲面與下大頭螺栓大頭端、上螺帽底部曲面與上大頭螺栓大頭端被拉緊貼合，膠凝體從土坯中被拉出。通過(guò)力傳感器601和位移傳感器602連接的控制/讀數(shù)儀603采集應(yīng)力與位移數(shù)據(jù)，直至下拉位移達(dá)到下拉力峰值對(duì)應(yīng)位移的5倍，終止試驗(yàn)。
[0044]實(shí)施例2
[0045]如圖1和圖3所示，一種用于樁與土的界面摩阻性能試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)方法如下所述:
[0046]試樣，包括樣筒101、土坯110、膠凝體703和芯桿701。土坯110的高度可取5cm?20cm中的任一值,本例取為IOcm ;膠凝體703的直徑可取2cm?6cm中的任一值,本例取為4cm ;土坯110的直徑不少于5倍膠凝體直徑，本例取為40cm ;膠凝體703的下端應(yīng)突出土坯110的表面I?4cm，本例突出3cm，目的是使拉拔過(guò)程中膠凝體703與土坯110保持等面積剪切。所謂膠凝體乃指由水泥漿、水泥砂漿、混凝土等膠凝材料膠結(jié)凝固后形成的圓柱狀固體，本例采用細(xì)石混凝土作為膠凝材料。試樣的芯桿701兩端滾絲，當(dāng)考慮樁基頂壓時(shí)突出部分70Ib突出方向朝上，S卩膠凝體的突出部分向上，參照?qǐng)D3。試樣通過(guò)底座401的圓環(huán)形凸緣401a內(nèi)壁和蓋板402的圓環(huán)形凸緣402a內(nèi)壁在徑向上限定，并通過(guò)螺栓副403將試樣在軸向上限定。樣筒101與底座401之間設(shè)置有O型密封圈411，與蓋板402之間設(shè)置有O型密封圈410。
[0047]試樣通過(guò)螺紋與傳力裝置相連，傳力裝置包括傳力桿501，與傳力桿501上端螺紋連接的上轉(zhuǎn)接頭502，與上轉(zhuǎn)接頭502上端螺紋連接的上螺帽503，與上螺帽503活動(dòng)連接的上大頭螺栓504，與試樣芯桿701上端螺紋連接的下轉(zhuǎn)接頭505，與下轉(zhuǎn)接頭505上端螺紋連接的下螺帽506，以及下端與下螺帽506活動(dòng)連接、上端與傳力桿501螺紋連接的下大頭螺栓507。傳力桿501套入導(dǎo)向筒405中心孔，導(dǎo)向筒405下端帽緣405a與蓋板402上的豎筒402b的螺紋連接；蓋板上豎筒402b和導(dǎo)向筒405的中軸線與試樣的中軸線保持一致。在豎筒402b的頂面與導(dǎo)向筒405底面之間設(shè)置了 O型密封圈409，在導(dǎo)向筒405上部與傳力桿501之間的環(huán)狀空間中設(shè)置了密封圈408、密封環(huán)407以及與導(dǎo)向筒405螺紋連接的密封蓋406，通過(guò)旋轉(zhuǎn)密封蓋406逐次壓緊密封環(huán)407、密封圈408實(shí)現(xiàn)密封。各密封零部件的作用是為保證試樣處于密封狀態(tài)，土坯110的含水量不會(huì)因?yàn)檎舭l(fā)等而改變，并且為保證密封效果，可在連接的兩個(gè)零部件中的任一個(gè)設(shè)置一道環(huán)狀凹槽，使密封圈半嵌入地固定在此凹槽內(nèi)。[0048]上大頭螺栓504和下大頭螺栓507的大頭端呈球形，上螺帽503和下螺帽506具有能容納上大頭螺栓504和下大頭螺栓507大頭端的空腔，上轉(zhuǎn)接頭502和下轉(zhuǎn)接頭505的頂面與上大頭螺栓504和下大頭螺栓507大頭端形狀一致，當(dāng)升降機(jī)構(gòu)202通過(guò)升降螺桿201帶動(dòng)底座向上位移時(shí)，上大頭螺栓504和下大頭螺栓507的大頭端會(huì)與上轉(zhuǎn)接頭502和下轉(zhuǎn)接頭505的頂面以球面頂緊。如此球面形式的配合，保證了試樣在頂壓過(guò)程中能較好地傳遞軸壓力，減少試驗(yàn)的誤差。
[0049]力傳感器601下端與上大頭螺栓504螺紋連接、上端與反力螺栓306螺紋連接。反力螺栓306的端頭埋入反力梁303內(nèi)，并通過(guò)沉頭螺栓305和反壓板304固定。反力梁303兩端通過(guò)六角螺母302分別固定于兩根反力柱301上，并保持水平。反力梁303和反力柱301組成的反力機(jī)構(gòu)為樁與土的界面摩阻性能試驗(yàn)提供頂壓所需反力。
[0050]底座401的座芯401b中具有可容納芯桿701突出部分的空腔401c，所述空腔401c下部設(shè)置有通氣閥412，在試驗(yàn)時(shí)須打開，防止頂壓時(shí)產(chǎn)生超壓氣囊，影響試驗(yàn)結(jié)果。
[0051]參照?qǐng)D3所示，當(dāng)模擬試驗(yàn)樁基受壓時(shí)，將預(yù)先制作好的試樣放在與升降機(jī)構(gòu)連接的底座401上，注意此時(shí)膠凝體703突出部朝上。利用螺栓副403將試樣固定在蓋板402和底座401之間。將下轉(zhuǎn)接頭505擰入芯桿701的突出部分701b —端，并將上大頭螺栓504套入上螺帽503后與力傳感器601相連。在一旁先將導(dǎo)向筒405、密封圈408、密封環(huán)407、密封蓋406套入傳力桿501中，傳力桿501上端擰入上轉(zhuǎn)接頭502，下端與套入下螺帽506的下大頭螺栓507相連，將此一系列零部件移至上螺帽503下方，將上轉(zhuǎn)接頭502擰入到上螺帽503中，輕抬導(dǎo)向筒405，將下螺帽506擰入到下轉(zhuǎn)接頭505。將導(dǎo)向筒405的帽緣405a扣入到蓋板402的豎筒402b，擰緊螺紋，再通過(guò)旋轉(zhuǎn)密封蓋406逐次壓緊密封環(huán)407和密封圈408。
[0052]試樣安裝完畢后，打開通氣閥412，啟動(dòng)動(dòng)力機(jī)構(gòu)203，使升降座202以lmm/min的恒定速度值持續(xù)等速率上升，并通過(guò)升降螺桿201帶動(dòng)底座401向上位移，由于螺栓副403等固定裝置的作用，樣筒101及土坯110隨之被頂推，而土坯110和膠凝體703之間產(chǎn)生的摩阻力依次通過(guò)芯桿701、下轉(zhuǎn)接頭505、下大頭螺栓507、傳力桿501、上轉(zhuǎn)接頭502、上大頭螺栓504和力傳感器601傳至反力裝置。此時(shí)下轉(zhuǎn)接頭的凹形頂面與下大頭螺栓大頭端、上轉(zhuǎn)接頭的凹形頂面與上大頭螺栓大頭端被頂緊貼合，膠凝體從土坯中被推出。通過(guò)力傳感器601和位移傳感器602連接的控制/讀數(shù)儀603采集應(yīng)力與位移數(shù)據(jù)，直至上推位移達(dá)到上推力峰值對(duì)應(yīng)位移的6倍，終止試驗(yàn)。
[0053]綜上所述的本發(fā)明具體實(shí)施例僅為本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式，并非用于限定本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。因此，任何在本發(fā)明的技術(shù)特征之內(nèi)所作的改變、修飾、替代、組合或簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種錨或樁與土的界面摩阻性能試驗(yàn)系統(tǒng)，包括試樣，其特征在于，還包括: 試樣導(dǎo)向固定裝置，所述試樣導(dǎo)向固定裝置包括底座(401)、蓋板(402)、連接件、以及設(shè)置于蓋板(402)上的導(dǎo)向筒(405)和密封蓋(406)，所述試樣通過(guò)底座(401)和蓋板(402)在徑向上固定，并通過(guò)設(shè)置于底座(401)和蓋板(402)之間的連接件將試樣在軸向上限定； 傳力裝置，所述傳力裝置包括傳力桿(501)，與所述傳力桿(501)上端螺紋連接的上轉(zhuǎn)接頭(502)，與所述上轉(zhuǎn)接頭(502)上端螺紋連接的上螺帽(503)，與所述上螺帽(503)活動(dòng)連接的上大頭螺栓(504)，與試樣芯桿(701)上端螺紋連接的下轉(zhuǎn)接頭(505)，與所述下轉(zhuǎn)接頭(505)上端螺紋連接的下螺帽(506)，以及下端與所述下螺帽(506)活動(dòng)連接、上端與所述傳力桿(501)螺紋連接的下大頭螺栓(507);所述傳力桿(501)套入所述導(dǎo)向筒(405)和密封蓋(406)中心孔； 動(dòng)力裝置，所述動(dòng)力裝置包括動(dòng)力機(jī)構(gòu)(203)、升降座(202)以及用于連接所述升降座(202)和底座(401)的升降螺桿(201)，為錨與土的界面摩阻性能試驗(yàn)提供下拉力，或?yàn)闃杜c土的界面摩阻性能試驗(yàn)提供上壓力； 反力裝置，所述反力裝置包括反力柱(301)、設(shè)置于反力柱(301)之間的反力梁(303)、設(shè)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)的沉頭螺栓(305)和反壓板(304)，所述反力裝置為錨與土的界面摩阻性能試驗(yàn)提供拉拔所需反力，或?yàn)闃杜c土的界面摩阻性能試驗(yàn)提供頂壓所需反力；以及 測(cè)控裝置，所述測(cè)控裝置包括控制/讀數(shù)儀(603)，設(shè)置于所述蓋板(402)上的位移傳感器(602)，以及下端與所述上大頭螺栓(504)螺紋連接、上端與反力螺栓(306)螺紋連接的力傳感器(601)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錨或樁與土的界面摩阻性能試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述底座(401)和蓋板(402)四周分別對(duì)應(yīng)設(shè)置有圓環(huán)形凸緣，用于將試樣在徑向上進(jìn)行限定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錨或樁與土的界面摩阻性能試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述試樣與底座(401)和蓋板(402)之間，以及所述蓋板(402)頂部與所述導(dǎo)向筒(405)底面之間分別設(shè)置有O型密封圈； 所述導(dǎo)向筒(405)上部與所述傳力桿(501)之間形成的環(huán)狀空間中設(shè)置有密封環(huán)(407)和密封圈(408)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)所述密封蓋(406)逐次壓緊所述密封環(huán)(407)與密封圈(408)，從而實(shí)現(xiàn)試樣的密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錨或樁與土的界面摩阻性能試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述底座(401)設(shè)有能容納所述試樣芯桿(701)突出部分的空腔(401c);所述空腔(401c)通過(guò)一排氣閥(412)與外界大氣連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錨或樁與土的界面摩阻性能試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述上大頭螺栓(504)和下大頭螺栓(507)大頭端形狀為球形或者橢球形中的一種； 所述上螺帽(503)和下螺帽(506)分別設(shè)有能容納所述上大頭螺栓(504)和下大頭螺栓(507)大頭端的空腔，所述上螺帽(503)和下螺帽(506)可在所述空腔內(nèi)自由活動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錨或樁與土的界面摩阻性能試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述連接件為螺栓副(403)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種錨或樁與土的界面摩阻性能試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述反力梁(303)通過(guò)設(shè)置在所述反力柱(301)上下兩端的復(fù)數(shù)個(gè)六角螺母(302)分別固定于反力柱(301)上。
8.一種利用權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的錨或樁與土的界面摩阻性能試驗(yàn)系統(tǒng)試驗(yàn)錨-土界面摩阻性能的方法，包括下述步驟: (1)在所述的動(dòng)力裝置和反力裝置之間，依次將所述的試樣、試樣導(dǎo)向固定裝置、傳力裝置和試驗(yàn)裝置安裝好； (2)開動(dòng)動(dòng)力機(jī)構(gòu)(203)并控制所述升降座(202)，依次帶動(dòng)所述升降螺桿(201)、底座(401)、螺栓副(403)、蓋板(402)和試樣本體下移，并在試樣本體內(nèi)部產(chǎn)生一下拉力，其下拉力則依次通過(guò)所述的試樣芯桿(701)、下轉(zhuǎn)接頭(505)、下螺帽(506)、下大頭螺栓(507)、傳力桿(501)、上轉(zhuǎn)接頭(502)、上螺帽(503)、上大頭螺栓(504)和力傳感器(601)傳至所述反力裝置； (3)通過(guò)與所述的力傳感器(601)和位移傳感器(602)連接的控制/讀數(shù)儀(603)采集應(yīng)力與位移數(shù)據(jù)，直至下拉位移不小于下拉力峰值對(duì)應(yīng)位移的5倍，終止試驗(yàn)。
9.一種利用權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的錨或樁與土的界面摩阻性能試驗(yàn)系統(tǒng)試驗(yàn)樁-土界面摩阻性能的方法，包括下述步驟: (1)在所述的動(dòng)力裝置和反力裝置之間，依次將所述的試樣、試樣導(dǎo)向固定裝置、傳力裝置和試驗(yàn)裝置安裝好； (2)開動(dòng)動(dòng)力機(jī)構(gòu)(203)并控制所述升降座(202)，依次帶動(dòng)所述升降螺桿(201)、底座(401)、螺栓副(403)、蓋板(402)和試樣本體上移，并在所述試樣本體內(nèi)部產(chǎn)生一上推力，其上推力則依次通過(guò)所述試樣芯桿(701)、下轉(zhuǎn)接頭(505)、下大頭螺栓(507)、傳力桿(501)、上轉(zhuǎn)接頭(502)、上大頭螺栓(504)和力傳感器(601)傳至所述反力裝置； (3)通過(guò)與所述力傳感器(601)和位移傳感器(602)連接的控制/讀數(shù)儀(603)采集應(yīng)力與位移數(shù)據(jù)，直至上推位移不小于上推力峰值對(duì)應(yīng)位移的5倍，終止試驗(yàn)。
【文檔編號(hào)】G01N19/02GK103940735SQ201410176877
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日
【發(fā)明者】陳昌富, 梁冠亭, 張根寶, 湯宇, 鄭新秀, 孫彥, 王思逸, 王純子 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)