CN103645094A - 界面真实力学特性测试装置及其测试方法 - Google Patents

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本发明涉及一种界面真实力学特性测试装置及其测试方法。本发明的目的是提供一种结构简单、操作方便的界面真实力学特性测试装置及其测试方法。本发明的技术方案是：用于填料与结构板之间接触界面的压剪试验或拉拔试验，其特征在于：该测试装置包括两个用于盛装所述填料的容器盒、一个固定于结构板一端的夹具和若干间隔均匀的布置于填料与结构板接触界面上的应变片或位移传感器，所述容器盒由盒壁和加载板组成，其中加载板大小与盒壁内侧相吻合且可在盒壁内竖向自由移动；所述加载板上安装可提供法向压力的加压装置，夹具上安装可提供水平拉拔力的拉拔装置。本发明适用于土木工程和机械工程中广泛存在的非连续变形课题中接触界面力学特性的测试。

Description

界面真实力学特性测试装置及其测试方法
技术领域
本发明涉及一种界面真实力学特性测试装置及其测试方法。适用于土木工程和机械工程中广泛存在的非连续变形课题中接触界面力学特性的测试。
背景技术
材料间接触界面的相互作用表现为在界面上产生的摩阻力和正应力传递、切向相对滑动、分离与接触交替等力学特性。界面力学特性主要包括界面强度模式及其参数、界面应力应变关系模式及其参数等方面，在土木工程和机械工程等领域中广泛应用，为结构设计和基础课题研究等方面提供重要依据。
对界面力学特性，目前广泛采用拉拔试验或压剪试验方法，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强度，以拔出或剪出点界面相对位移表征界面相对位移，未考虑试验中界面摩阻力的调动过程及其机制，常带来误差或错误。
界面特性试验以及实际工程中，界面各点的法向应力、相对位移、摩阻力等分布不均且动态变化，界面摩阻力渐进调动。界面特性的拉拔试验和压剪试验装置与方法，应能揭示试验过程中界面行为的上述机制，辨识界面行为的非真实现象，反映界面摩阻力的调动过程，建立真实的界面强度模式和界面应力应变模式，研究和分析界面渐进屈服模式，并提出界面参数的正确分析方法，解决传统试验方法存在的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种结构简单、操作方便的界面真实力学特性测试装置及其测试方法，以获得非连续变形体间接触界面的真实力学特性，准确测定界面参数。
本发明所采用的技术方案是：一种界面真实力学特性测试装置，用于填料与结构板之间接触界面的压剪试验或拉拔试验，其特征在于：该测试装置包括两个用于盛装所述填料的容器盒、一个固定于所述结构板一端的夹具和若干间隔均匀的布置于填料与结构板接触界面上的应变片或位移传感器，所述容器盒由盒壁和加载板组成，其中加载板大小与盒壁内侧相吻合且可在盒壁内竖向自由移动；所述加载板上安装可提供法向压力的加压装置，夹具上安装可提供水平拉拔力的拉拔装置。
所述加载板对应填料侧表面设有柔性垫层。
所述柔性垫层采用气囊制成。
一种应用所述界面真实力学特性测试装置的测试方法，其特征在于步骤如下：
a、制作结构板的测试样本；
b、在两个容器盒内盛满填料，两容器盒上下扣合，并在两容器盒中间放置结构板，结构板上下表面间隔均匀的预先布置应变片或位移传感器；
c、在结构板的一端固定安装夹具；
e、在两容器盒的加载板上安装可提供法向压力的加压装置；在夹具上安装可提供水平拉拔力的拉拔装置；
f、加压装置在加载板上施加法向压力，拉拔装置以缓慢的速率在夹具处均匀地施加拉拔力，通过应变片或位移传感器记录结构板不同部位的与填料间的相对位移值；
g、通过所施加的拉拔力大小和结构板界面上应变或位移发展情况，进行相同情况下的多组试验，分别记录结构板各部位相对位移u，同时根据拉拔力大小和材料应变分析界面摩阻力τ，获取界面摩阻力-相对位移关系等曲线，并进行反馈修正，获取真实的界面参数。
所述结构板厚度依据具体测试材料而定，取0.05~1cm，但应注意对于一般土工织物等柔性材料，厚度可略大，对于钢材等刚性材料，厚度不应过大。
所述填料根据工程实际情况选择不同的土性，并模拟饱和固结状态，分层压实，无黏性土可按照设计密实度（一般采用压实度或相对密度）控制。
所述结构板根据工程实际情况或研究需要选择不同粗糙度、不同材质的结构材料，采用混凝土、钢板或土工材料制成。
本发明的有益效果是：本发明中测试装置结构简单、加工制作方便、成本较，便于获得非连续变形体间接触界面的真实力学特性。本发明中容器盒设置可竖向自由移动的加载板，通过施加法向作用力控制施加于接触界面的法向应力；加载板上设置柔性垫层，使法向应力分布接近于实际工程问题，获取不同法向应力下的界面摩阻力。本发明操作简单方便，可真实地描述界面摩阻力调动过程，过滤试验过程中存在的伪软化和伪非线性等现象，解决传统测试方法中存在的误差或错误。本发明通过不同材料间接触界面的压剪试验或拉拔试验，沿材料表面布设应变片或位移传感器，以准确地反映不同应力状态下接触界面摩阻力的调动过程，真实地揭示界面的强度模式与应力应变关系。
附图说明
图1为实施例中测试装置的结构示意图。
图2为实施例中测试装置的俯视图。
图3为实施例中容器盒的剖视图。
图4为实施例中测试获得的界面摩阻力-相对位移曲线。
具体实施方式
如图1、图2所示，本实施例中界面真实力学特性测试装置包括两个容器盒1、一个夹具5和若干应变片或位移传感器2，其中容器盒1由盒壁101和作为容器盒底板的加载板102组成，加载板102的大小与盒壁101内侧相匹配，并且可在盒壁101内竖向自由移动。本实施例中在容器盒1内的加载板102表面铺设一层柔性垫层6（采用气囊材料制成），见图3。本例中在加载板102上安装可提供法向压力的加压装置，夹具5上安装可提供水平拉拔力的拉拔装置。
所述加压装置可选普通岩土试验机加载装置；拉拔装置可选用拉力计（千斤顶）配合卧式手动泵加压实施拉拔试验。
本实施例中界面真实力学特性测试装置用于填料3与结构板4间接触界面的压剪试验或拉拔试验。测试方法去下：
a、制作结构板4的测试样本，结构板4根据工程实际情况或研究需要选择不同粗糙度、不同材质的结构材料，采用混凝土、钢板或土工材料制成，结构板4厚度为0.2cm；
b、在两个容器盒1内均盛满填料3，填料3根据工程实际情况选择不同的土性，并模拟饱和固结状态，分层压实，无黏性土可按照相对密度或压实度控制，两容器盒1上下扣合，并在两容器盒中间放置结构板4，结构板4上下表面间隔均匀的预先布置应变片或位移传感器2，以测定并计算试验过程中界面相对位移和界面摩阻力的分布；
c、在结构板4的一端固定安装夹具5；
e、在两容器盒1的加载板102上安装可提供法向压力的加压装置；在夹具5上安装可提供水平拉拔力的拉拔装置；
f、加压装置在加载板102上施加法向压力，拉拔装置以缓慢的速率在夹具5处均匀地施加拉拔力，通过应变片或位移传感器2记录结构板4不同部位的与填料3间的相对位移值；
g、通过所施加的拉拔力大小和结构板4界面上应变或位移发展情况，进行相同情况下的多组试验，分别记录结构板各部位相对位移u，同时根据拉拔力大小和材料应变分析界面摩阻力τ，获取如图4所示的界面摩阻力-相对位移关系等曲线，并进行反馈修正，获取真实的界面参数。

Claims (7)

1.一种界面真实力学特性测试装置，用于填料（3）与结构板（4）之间接触界面的压剪试验或拉拔试验，其特征在于：该测试装置包括两个用于盛装所述填料（3）的容器盒（1）、一个固定于所述结构板（4）一端的夹具（5）和若干间隔均匀的布置于填料（3）与结构板（4）接触界面上的应变片或位移传感器（2），所述容器盒（1）由盒壁（101）和加载板（102）组成，其中加载板（102）大小与盒壁（101）内侧相吻合且可在盒壁（101）内竖向自由移动；所述加载板（102）上安装可提供法向压力的加压装置，夹具（5）上安装可提供水平拉拔力的拉拔装置。
2.根据权利要求1所述的界面真实力学特性测试装置，其特征在于：所述加载板（102）对应填料（3）侧表面设有柔性垫层（6）。
3.根据权利要求2所诉的界面真实力学特性测试装置，其特征在于：所述柔性垫层（6）采用气囊制成。
4.一种应用权利要求3所述界面真实力学特性测试装置的测试方法，其特征在于步骤如下：
a、制作结构板（4）的测试样本；
b、在两个容器盒（1）内盛满填料（3），两容器盒（1）上下扣合，并在两容器盒中间放置结构板（4），结构板（4）上下表面间隔均匀的预先布置应变片或位移传感器（2）；
c、在结构板（4）的一端固定安装夹具（5）；
e、在两容器盒（1）的加载板（102）上安装可提供法向压力的加压装置；在夹具（5）上安装可提供水平拉拔力的拉拔装置；
f、加压装置在加载板（102）上施加法向压力，拉拔装置以缓慢的速率在夹具（5）处均匀地施加拉拔力，通过应变片或位移传感器（2）记录结构板（4）不同部位的与填料（3）间的相对位移值；
g、通过所施加的拉拔力大小和结构板（4）界面上应变或位移发展情况，进行相同情况下的多组试验，分别记录结构板各部位相对位移u，同时根据拉拔力大小和材料应变分析界面摩阻力τ，获取界面摩阻力-相对位移关系等曲线，并进行反馈修正，获取真实的界面参数。
5.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于：所述结构板（4）厚度为0.05~1cm。
6.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于：所述填料（3）根据工程实际情况选择不同的土性，并模拟饱和固结状态，分层压实，无黏性土可按照设计相对密度或压实度来控制。
7.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于：所述结构板（4）根据工程实际情况或研究需要选择不同粗糙度、不同材质的结构材料，采用混凝土、钢板或土工材料制成。
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