CN102042937B - 混凝土与基岩胶结面抗剪强度的现场大型直剪试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及混凝土与基岩胶结面抗剪强度的现场大型直剪试验装置，该装置包括两套独立的桩基静载荷测试系统、支架立柱、横梁、反力梁、纵梁、护筒、垫板及传力块，一套桩基静载荷测试系统控制垂直向荷载施加位移数据采集，连接在反力梁下方的试体顶面，另一套控制剪切荷载施加及剪切位移数据采集，设在混凝土后座与试体侧面之间，支架立柱上方设有横梁，反力梁连接在横梁的下方，护筒通过纵梁与横梁连接，传力块的一侧与桩基静载荷测试系统连接，另一侧通过垫板与混凝土试体连接。与现有技术相比，本发明解决了加载系统不稳定、反力系统装置复杂的问题，实现真正的静载荷测试全自动化，且适用性强，用途广泛，精度更高。

Description

混凝土与基岩胶结面抗剪强度的现场大型直剪试验装置

技术领域

本发明涉及直剪试验装置，尤其是涉及混凝土与基岩胶结面抗剪强度的现场大型直剪试验装置。

背景技术

重力式锚碇作为悬索桥主要承载结构之一，主要作用是承受主缆的巨大拉力，通过锚碇基础与下伏基岩之间的摩阻力，负责将主缆拉力有效安全地传递给地基，并限制其水平位移在容许值内，确保整个悬索桥的安全，它是保证全桥安全的重要部位。因此，在设计过程中，不仅锚碇的重量必须满足主缆受力的基本要求；而且锚碇基础底部的混凝土与其底下基岩之间胶结面的抗剪强度能够确保锚碇的抗滑稳定性要求。然而，由于岩体岩性、风化程度、物质构成等差异以及受到外界复杂不同程度的地质构造运动作用，其物理力学性质截然不一，因此不同类别的岩体与混凝土之间胶结的接触面参数差异也十分显著，这必然给工程的结构设计带来较大的困难。

通常，在绝大多数实际工程中，一般参照规范以及结合相关工程经验来确定混凝土与基岩胶结面之间的摩擦系数，然而这样难以保证参数取值的准确性和可靠性。而现场剪切试验能够较真实的反映锚碇基础与基岩的胶结情况，并可以考虑基岩的实际地质情况以及地下水对胶结面的弱化作用等现场条件。所以，通过现场试验的研究，能够充分克服参数选取的盲目性和不合理性，准确掌握胶结面的剪切变形规律以及其物理力学特性。

而传统的现场剪切试验操作较为复杂，尤其在试件制备、设备安装、及垂直荷载的设置上，需要耗费大量的人力与物力；同时，试验精度不高，主要由设备的安装误差、加载系统的不稳定、自动化控制程度低、采用人工操作加载系统，以及进行人工位移测读等因素引起的。还有，垂直荷载的施加和剪切荷载的剪切速度也会很大程度制约试验结果的精度。因此，传统的现场剪切试验方法可能无法满足高精度、高自动化、低消耗的试验要求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用性强、使用范围广泛的混凝土与基岩胶结面抗剪强度的现场大型直剪试验装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

混凝土与基岩胶结面抗剪强度的现场大型直剪试验装置，其特征在于，该装置包括两套独立的桩基静载荷测试系统、支架立柱、横梁、反力梁、纵梁、护筒、垫板及传力块，所述的两套桩基静载荷测试系统中一套控制垂直向荷载施加及垂直向位移数据采集，连接在反力梁下方试体的顶面，另一套控制剪切荷载施加及剪切位移数据采集，设在混凝土后座与试体侧面之间，所述的支架立柱上方设有横梁，所述的反力梁连接在横梁的下方，所述的护筒通过纵梁与横梁连接，所述的传力块的一侧与桩基静载荷测试系统连接，另一侧通过垫板与混凝土试体连接，所述的试体顶面的法向荷载反力与侧面剪切荷载的反力分别由护筒注水和混凝土后座来提供。

所述的桩基静载荷测试系统包括系统主机、中继器、控载箱、位移传感器、压力传感器、油路接口、连线的仪器部分及分离式油压千斤顶、电动液压油泵、一泵多顶分油阀、高压油管及其接头的液压系统部分，所述的连线依次连接主机、中继器、控载箱，所述的位移传感器连接在中继器的一侧，所述的压力传感器连接在中继器的另一侧，所述的控载箱通过油路接口及连线连接电动液压油泵，所述的一泵多顶分油阀设在电动液压油泵上，所述的分离式油压千斤顶通过高压油管及其接头连接电动液压油泵。

所述的垫板包括圆形垫板及方形垫板。

所述的方形垫板之间设有滚珠排。

所述的分离式油压千斤顶与电动液压油泵的量程可以根据现场试验所需的载荷确定。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)将桩基静载测试系统首次运用到现场大型直剪试验中，便于各向试验荷载施加以及试验进程的控制，解决了加载系统不稳定、反力系统装置复杂的问题；

(2)所采用的桩基静载荷测试(RS-JYB)系统具有自动记录测试数据，自动加载、恒载，配备双油路千斤顶及电动油泵可自动卸载的特点，实现真正的静载荷测试全自动化；

(3)适用性强，用途广泛，可通过调整加载系统的量程或是测试方案，适用于不同的地质条件，也可适用于岩石、结构面的剪切试验。可获取比传统剪切试验更高的试验精度。

附图说明

图1为桩基静载荷测试系统的控制流程图；

图2为现场剪切试验装置的结构示意图；

图3为图2中A-A的剖视图；

图4为图2中B-B的剖视图。

图中1为50cm×50cm×35cm的混凝土试体、2为圆形垫板、3为方形垫板、4为滚珠排、5为传立柱、6为垂直桩基静载荷测试系统、7为反力梁、8为传力块、9为水平桩基静载荷测试系统、10为混凝土后座、11为支架立柱、12为横梁、13为纵梁、14为护筒。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种混凝土与基岩胶结面抗剪强度的直剪试验装置，其结构如图2所示，图2中A-A的剖视图如图3所示，图2中B-B的剖视图如图4所示：该装置包括圆形垫板2、方形垫板3、滚珠排4、传立柱5、垂直桩基静载荷测试系统6、反力梁7、传力块8、水平桩基静载荷测试系统9、支架立柱11、横梁12、纵梁13、护筒14。垂直桩基静载荷测试系统6控制垂直向荷载施加及垂直向位移数据采集，连接在反力梁7下方试体1的顶面，水平桩基静载荷测试系统9控制剪切荷载施加及剪切位移数据采集，设在混凝土后座10与试体1的侧面之间，支架立柱11上方设有横梁12，反力梁7连接在横梁12的下方，护筒14通过纵梁13与横梁12连接，传力柱7的一侧与垂直桩基静载荷测试系统6连接，另一侧通过圆形垫板2及方形垫板3与混凝土试体1连接，两个方形垫板2之间设有滚珠排4，传力块8的一侧与水平桩基静载荷测试系统9连接，另一侧通过方形垫板3与混凝土试体1连接。

桩基静载荷测试系统的流程图如图1所示，该系统包括系统主机、中继器、控载箱、位移传感器、压力传感器、油路接口、连线的仪器部分及分离式油压千斤顶、电动液压油泵、一泵多顶分油阀、高压油管及其接头的液压系统部分，连线依次连接主机、中继器、控载箱，位移传感器连接在中继器的一侧，压力传感器连接在中继器的另一侧，控载箱通过油路接口及连线连接电动液压油泵，一泵多顶分油阀设在电动液压油泵上，分离式油压千斤顶通过高压油管及其接头连接电动液压油泵。分离式油压千斤顶与电动液压油泵的量程可以根据现场试验所需的载荷确定。

桩基静载荷测试(RS-JYB)系统主要由系统主机经由中继器向千斤顶发出荷载施加指令，油路中的压力以及测试的位移数据也经由中继器返回到系统主机上。所有试验仪器准备完毕后，即可操纵RS-JYB系统A主机控制垂直向千斤顶进行逐级施加法向荷载至预定载荷，并维持在稳定状态；继而通过RS-JYB系统B主机控制水平向千斤顶进行分级施加水平剪切荷载，直至发生剪切破坏。

本发明为现场剪切试验，尤其是混凝土与基岩之间的胶结面抗剪强度的试验提供了更方便、更精确、更自动化的测试方法，具有较好的实用性。在目前现场野外岩体力学性质测试等方面，具有十分广泛的推广应用空间。采用本发明在赣州赣康高速公路有限公司承建的赣江公路大桥工程西锚碇基岩摩阻力研究中进行应用，证明了采用桩基静载分析系统进行现场直剪试验可确保试验操作更方便、试验结果更精确、试验过程更自动化。

Claims (4)

1.混凝土与基岩胶结面抗剪强度的现场大型直剪试验装置，其特征在于，该装置包括两套独立的桩基静载荷测试系统、支架立柱、横梁、反力梁、纵梁、护筒、垫板及传力块，所述的两套桩基静载荷测试系统中一套控制垂直向载荷施加及垂直向位移数据采集，连接在反力梁下方的试体顶面，另一套控制剪切载荷施加及剪切位移数据采集，设在混凝土后座与试体侧面之间，所述的支架立柱上方设有横梁，所述的反力梁连接在横梁的下方，所述的护筒通过纵梁与横梁连接，所述的传力块的一侧与桩基静载荷测试系统连接，另一侧通过垫板与混凝土试体连接，所述的试体顶面的垂直向载荷反力与侧面剪切载荷的反力分别由护筒注水和混凝土后座来提供；

所述的桩基静载荷测试系统包括仪器部分及液压系统部分，仪器部分包括系统主机、中继器、控载箱、位移传感器、压力传感器、油路接口、连线，液压系统部分包括分离式油压千斤顶、电动液压油泵、一泵多顶分油阀、高压油管及其接头，所述的连线依次连接系统主机、中继器、控载箱，所述的位移传感器连接在中继器的一侧，所述的压力传感器连接在中继器的另一侧，所述的控载箱通过油路接口及连线连接电动液压油泵，所述的一泵多顶分油阀设在电动液压油泵上，所述的分离式油压千斤顶通过高压油管及其接头连接电动液压油泵。

2.根据权利要求1所述的混凝土与基岩胶结面抗剪强度的现场大型直剪试验装置，其特征在于，所述的垫板包括圆形垫板及方形垫板。

3.根据权利要求2所述的混凝土与基岩胶结面抗剪强度的现场大型直剪试验装置，其特征在于，所述的方形垫板之间设有滚珠排。

4.根据权利要求1所述的混凝土与基岩胶结面抗剪强度的现场大型直剪试验装置，其特征在于，所述的分离式油压千斤顶与电动液压油泵的量程根据现场试验所需的载荷确定。

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