CN105606460A - 一种接触面等应变直剪仪及其制样方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种接触面等应变直剪仪及其制样方法。本发明包括改进试验装置和制样过程；改进试验装置包括制样装置、动力装置和剪切装置。制样装置包括上试模盒及下试模盒、压模钢板、钢夹片、限位螺杆；动力装置由变速换向盒、电机、链条、链轮组成。剪切装置由钢板盒、钢夹片、薄钢片导轨、限位螺杆及等应变直剪仪组成。试验过程主要包括制样、试样养护及剪切试验。本发明用于混凝土与土、水泥土与土、不同土体等多种材料相互接触面的试验研究。

Description

一种接触面等应变直剪仪及其制样方法
技术领域
本发明涉及一种直剪仪，特别是涉及一种接触面等应变直剪仪。本发明还涉及该接触面等应变直剪仪的制样方法。
背景技术
目前，岩土工程中经常遇到岩土体材料和构筑物接触面力学性能及行为的研究，比如桩-土接触面。对于这类问题，现阶段广泛采用的研究方法有：①现场试验，利用施工现场的资源，采用足尺试验进行力学试验，这种方法虽然直观可靠，但费用高，周期长，研究不同设计参数条件下的界面性质代价较高。②模拟试验，通过模拟现场环境和施工状态，根据不同条件，模拟和预测现场材料界面的力学行为。通常利用大型直剪仪、缩尺试验或改进试验仪器，在研究桩与细颗粒(粒径<2mm)的相互作用时，操作复杂，试验仪器笨重；缩尺试验具有较好的代表性，相似比及模拟材料的选择对试验结果影响较大；目前的改进试验仪器能从一定程度上模拟现场，但尺寸效应和应力集中仍然比较明显，且没有形成统一的制样方法，在接触面性状控制方面仍显不足。前两者试验周期长，耗费人力财力大，第三者周期短，可节约资源，但可重复性仍然不足，急需进一步改进。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种剪切过程中接触面面积始终不变，能明显改善应力集中现象，在制样过程中控制接触面性状，能准确测量桩土接触面的应力应变状态的接触面等应变直剪仪。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种使用该接触面等应变直剪仪的制样方法。
为了解决上述第一个技术问题，本发明提供的接触面等应变直剪仪，包括机架、转轴、顶杆、圆形加载帽和直剪盒，在所述的机架上设有电机，所述的电机连接有换向变速盒，所述的电机的输出轴经链轮和链条与所述的转轴耦合传动连接，所述的直剪盒由上剪切盒与下剪切盒组成，所述的顶杆前端对应所述的下剪切盒的凹槽，所述的下剪切盒的下端通过带有钢珠的滑槽安装在所述的机架上，所述的上剪切盒的右端凹槽与量力环耦合，所述的上剪切盒由外面钢片和第一限位螺杆锁定，所述的上剪切盒的上端设有盖板，所述的盖板的顶端设有圆形凹槽，所述的圆形加载帽设置在所述的圆形凹槽内，所述的圆形加载帽的顶部设有百分表，所述的圆形加载帽通过杠杆系统与砝码联接，所述的上剪切盒的两侧钢板下设有导轨，还包括一个压模钢板，还包括至少一个上试模盒和至少一个下试模盒。
所述的换向变速盒包括单刀双掷开关和变速器。
所述的下试模盒的模盒底板设有底板凹槽，在所述的底板凹槽内设有钢板隔板且经第二限位螺杆锁定，所述的上试模盒由壁板、开孔板及第三限位螺杆组成，所述的上试模盒外面设有压样控制线；所述的压模钢板的两面铣有槽齿，所述的槽齿分别为0.5mm、1mm、2mm或4mm，均为V型槽。
所述的上试模盒中各板厚度均为8mm，所述的上试模盒内部尺寸为长95mm，宽75mm，高45mm，对应的所述的上剪切盒的内部尺寸为长110mm，宽100mm，高25mm。
所述的直剪盒的材质为镀镍钢。
所述的上剪切盒的剪切方向的侧板为亚力克板，实现盒中试样运移情况可视化。
为了解决上述第二个技术问题，本发明提供的使用接触面等应变直剪仪的制样方法，包括如下步骤：
(1)、将水泥土按设计配比调制好后，装入上试模盒；
(2)、对调制后易流动的水泥土，经振动台振动密实后，用切土刀抹平水泥土表面，用湿毛巾擦净压模钢板后，将其放于抹面上，均匀用力轻压压模钢板至压模钢板与上试模盒的方管四周相抵，揭开压模钢板，水泥土底板压制成型；
(3)、对调制后不易流动难振动成型的水泥土，称取相应质量，盖上压模钢板，于路面强度试验仪压样，拆除钢板盒；
(4)、同批制作环刀试样，将两种试样放入保湿缸养护24小时后拆模并取出环刀试样，并用切土刀削去边角余料，再回放至保湿缸养护至相应龄期；
(5)、按设计含水率配制土样，并焖料；
(6)、将上试模盒放于水泥土板相应位置，按设计质量称好土样，缓慢倒入上试模盒中，铁丝划动土粒，使其均匀分布与整个盒中并压样至压样控制线，成齿；
(7)、将试样装入剪切盒中，根据设计剪切速率，启动电机，开始试样并记录数据。
上述步骤(3)中，先以50mm/min速度压样，试验仪示数到达100kg时，迅速切换至1mm/min，待压模钢板达到相应位置后，停止压样，静置5min后，以50mm/min速度撤退压力。
上述步骤(5)中，到达龄期前48小时，按设计含水率配制土样后焖料。
上述步骤(6)中，压样成型后将试样放入保湿缸养护24小时。
采用上述技术方案的接触面等应变直剪仪及其制样方法，在原ZJ-2型等应变直剪仪基础上，经改进，添置电机与换向变速盒，变速盒设有单刀双掷开关，电机出轴经链轮和链条与原直剪仪手摇转轴耦合，顶杆前端对应直剪盒的凹槽，直剪盒底部设有滑槽，滑槽与底座间设有钢珠，直剪盒上部为钢板，钢板由外面的限位螺杆锁定，钢板盒中间设有盖板，盖板中间有圆形凹槽，圆形凹槽对应原直剪仪的圆形加载帽，顶部为百分表，所述加载帽与砝码经杠杆系统联接，所述直剪盒上部钢盒中为土试样，下部钢盒中为水泥土板，上部钢盒两侧钢板下为导轨。钢板底板设有凹槽，所述底板与钢板隔板联接，经限位螺杆锁定，铣槽钢板经平面铣槽成齿，钢片上试模盒及限位螺杆组成上试模盒，上试模盒外面设有压样控制线。
制样方法和试验在于：(1)将水泥土按设计配比调制好后，装入上试模盒。(2)对含水率高的水泥土，经振动台振动密实后，用切土刀抹平水泥土表面，用湿毛巾擦净压模钢板后，将其放于抹面上，均匀用力轻压钢板至钢板与方管四周相抵，揭开钢板，水泥土底板压制成型。(3)对含水率低不易振动成型的水泥土，称取相应质量，盖上钢板，置于路面强度试验仪压样，拆除钢板盒。(4)同批制作环刀试样，将两种试样放入保湿缸养护24小时后拆模并取出环刀试样，并用切土刀削去边角余料，再回放至保湿缸养护至相应龄期。(5)按设计含水率配制土样，并焖料。(6)将上试模盒放于水泥土板相应位置，按设计质量称好土样，缓慢倒入盒中，铁丝划动土粒，使其均匀分布与整个盒中并压样(过程同上)至压样控制线，成齿。(7)试验特征在于：将试样装入剪切盒中，分步安装导轨、钢板盒、夹片、限位螺杆，根据设计剪切速率，启动电动机，开始试样并记录数据。该制样方法过程简单、方便、周期短。
所述的钢板均镀镍，采用钢板价格便宜，镀镍可以防止仪器生锈，影响后续试验精度。上部压样盒为有机玻璃，能减轻模板重量，避免损坏底板表面齿纹，同时为雕刻机加工，保证尺寸精度。
各钢板厚度均为8mm，螺杆直径6mm，统一钢板厚度方便加工，此厚度对于试验强度足够，重量合适，方便试验。
上试模盒中各板厚度均为8mm，方便加工，钢板凹槽为1mm，能稳定隔板，压样钢板铣槽分别为0.5、1、2、4mm，均为V型槽，利于机床加工，同时能消除尺寸效应，上试模盒内部尺寸为长95mm，宽75mm，高45mm，和试验剪切盒配套，对应钢板盒内部尺寸为长110mm，宽100mm，高25mm，与下剪切盒配套。
不同性状的水泥土，采用不同压样过程，对于调制后流动性强的水泥土，通过振实成型，调制后流动性弱的水泥土由于振实较难或不能振实，需要压实，从一定程度上解除应用局限，扩大研究范围。
对试样及调制后流动性弱的水泥土，先以50mm/min速度压样，试验仪示数到达100kg时，迅速手动切换至1mm/min，待钢板达到相应位置后，停止压样，静置5min后，以50mm/min速度撤退撤退压力，通过控制压样速度，缩短压样周期，压样过程中，上下两种材料不会延界面滑动而破坏，保证接触面性状符合实际情况。
到达龄期前48小时，按设计含水率配制土样后焖料，压样成型时用铁丝搅匀，成型后将试样放入保湿缸养护24小时，保证土样内部均匀，保证接触面物质交换更接近工程实际。
压样过程中，由于要用静力压样，上下两种材料不会沿界面滑动，变速盒转动速率由调速旋钮控制，转动方向由单刀双掷开关控制，能够快速切换转动方向和转动速率，实现不同速率下的剪切试验。
接触面等应变直剪仪制样方法中，接触面最大尺寸与土料最大尺寸之比D/dmax＝75/2＝37.5>6时，该剪切盒尺寸设计能消除剪切过程的尺寸效应；接触面沿剪切方向尺寸110mm>95mm+10mm，即剪切过程中接触面面积始终不变，能明显改善应力集中现象；在制样过程中控制接触面性状，能准确测量桩土接触面的应力应变状态。本发明用于混凝土与土、水泥土与土、不同土体等多种材料相互接触面的试验研究。
综上所述，本发明是一种剪切过程中接触面面积始终不变，能明显改善应力集中现象，在制样过程中控制接触面性状，能准确测量桩土接触面的应力应变状态的接触面等应变直剪仪及其制样方法。
附图说明
图1是接触面等应变直剪仪正视图。
图2是接触面等应变直剪仪中直剪盒剖视图。
图3是上试模盒、压模钢板、下试模盒剖视图。
图4是动力系统接线图。
图5是接触面等应变直剪仪中直剪盒示意图。
图6是上试模盒示意图。
图7是压模钢板示意图。
图8是下试模盒示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
参见图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8，接触面等应变直剪仪，包括机架9、转轴4、顶杆5、圆形加载帽71和直剪盒7，在机架9上设有电机1，电机1连接有换向变速盒2，电机1的输出轴经链轮3和链条与转轴4耦合传动连接，直剪盒7由上剪切盒18与下剪切盒19组成，顶杆5前端对应下剪切盒19的凹槽12，下剪切盒19的下端通过销钉20与带有钢珠21的滑槽固定并通过带有钢珠21的滑槽安装在机架9上，上剪切盒18的右端凹槽13与量力环8耦合，上剪切盒18由外面钢片14和第一限位螺杆15锁定，上剪切盒18的上端设有盖板17，盖板17的顶端设有圆形凹槽16，圆形加载帽71设置在圆形凹槽16内，圆形加载帽71的顶部设有百分表6，圆形加载帽71通过杠杆系统10与砝码11联接，上剪切盒18的两侧钢板下设有导轨25，还包括一个压模钢板29，还包括至少一个上试模盒和至少一个下试模盒。上剪切盒18中为第一材料23，下剪切盒19中为第二材料22。
参见图4，具体地，换向变速盒2包括单刀双掷开关35和变速器34。
参见图3，下试模盒的模盒底板31设有底板凹槽33，在底板凹槽33内设有钢板隔板32且经第二限位螺杆151锁定，上试模盒由壁板27、开孔板26及第三限位螺杆152组成，上试模盒外面设有压样控制线28；压模钢板29的两面铣有槽齿30，槽齿(30)分别为0.5mm、1mm、2mm或4mm，均为V型槽。
上试模盒中各板厚度均为8mm，上试模盒内部尺寸为长95mm，宽75mm，高45mm，对应的上剪切盒18的内部尺寸为长110mm，宽100mm，高25mm。
直剪盒7的材质为镀镍钢。
上剪切盒18的剪切方向的侧板为亚力克板，实现盒中试样运移情况可视化。
使用接触面等应变直剪仪的制样方法，包括如下步骤：
1、制样及养护(以水泥土与土接触面剪切试验为例)：
(1)制样与养护：将水泥土按设计配比调制好后，装入上试模盒。对调制后易流动的水泥土，经振动台振动密实后，用切土刀抹平水泥土表面，用湿毛巾擦净压模钢板后，将其放于抹面上，均匀用力轻压钢板至钢板与方管四周相抵，慢慢揭开钢板，水泥土底板压制成型；对含水率低不易振动成型的水泥土，称取相应质量，盖上钢板，于路面强度试验仪上先以50mm/min速度压样，试验仪示数到达100kg时，迅速切换至1mm/min，待钢板达到相应位置后，停止压样，静置5min后，以50mm/min速度撤退撤退压力，拆除钢板，上试模盒。同批制作环刀试样，将两种试样放入保湿缸养护24小时后拆模并取出环刀试样，并用切土刀削去边角余料，再回放至保湿缸养护至相应龄期。水泥土板到达龄期前48小时，按设计含水率配制土样，并焖料24小时。组装好上试模盒并放置于水泥土板相应位置，按设计质量称好土样，缓慢倒入盒中，同时用2mm左右铁丝划动土粒，使其均匀分布与整个盒中并压样(过程同上)，压样成型后将试样放入保湿缸养护24小时。
2、试验：养护好的试样装入剪切盒中，若需标记土体运移情况，可先用1.5mm左右钢针垂直插入土样中，再用湿毛巾擦净1mm左右钢针，将该钢针沾上粒径小于0.1mm碳粉，插入该孔中，并转动。分步安装导轨、上剪切盒、钢夹片、限位螺杆，根据需要调整好剪切速率，启动电动机，开始试验并记录数据。

Claims (10)

1.一种接触面等应变直剪仪，包括机架(9)、转轴(4)、顶杆(5)、圆形加载帽(71)和直剪盒(7)，其特征是：在所述的机架(9)上设有电机(1)，所述的电机(1)连接有换向变速盒(2)，所述的电机(1)的输出轴经链轮(3)和链条与所述的转轴(4)耦合传动连接，所述的直剪盒(7)由上剪切盒(18)与下剪切盒(19)组成，所述的顶杆(5)前端对应所述的下剪切盒(19)的凹槽(12)，所述的下剪切盒(19)的下端通过带有钢珠(21)的滑槽安装在所述的机架(9)上，所述的上剪切盒(18)的右端凹槽(13)与量力环(8)耦合，所述的上剪切盒(18)由外面钢片(14)和第一限位螺杆(15)锁定，所述的上剪切盒(18)的上端设有盖板(17)，所述的盖板(17)的顶端设有圆形凹槽(16)，所述的圆形加载帽(71)设置在所述的圆形凹槽(16)内，所述的圆形加载帽(71)的顶部设有百分表(6)，所述的圆形加载帽(71)通过杠杆系统(10)与砝码(11)联接，所述的上剪切盒(18)的两侧钢板下设有导轨(25)，还包括一个压模钢板(29)，还包括至少一个上试模盒和至少一个下试模盒。
2.根据权利要求1所述的接触面等应变直剪仪，其特征是：所述的换向变速盒(2)包括单刀双掷开关(35)和变速器(34)。
3.根据权利要求1或2所述的接触面等应变直剪仪，其特征是：所述的下试模盒的模盒底板(31)设有底板凹槽(33)，在所述的底板凹槽(33)内设有钢板隔板(32)且经第二限位螺杆(151)锁定，所述的上试模盒由壁板(27)、开孔板(26)及第三限位螺杆(152)组成，所述的上试模盒外面设有压样控制线(28)；所述的压模钢板(29)的两面铣有槽齿(30)，所述的槽齿(30)分别为0.5mm、1mm、2mm或4mm，均为V型槽。
4.根据权利要求3所述的接触面等应变直剪仪，其特征是在于：所述的上试模盒中各板厚度均为8mm，所述的上试模盒内部尺寸为长95mm，宽75mm，高45mm，对应的所述的上剪切盒(18)的内部尺寸为长110mm，宽100mm，高25mm。
5.根据权利要求1或2所述的接触面等应变直剪仪，其特征是：所述的直剪盒(7)的材质为镀镍钢。
6.根据权利要求1或2所述的接触面等应变直剪仪，其特征是：所述的上剪切盒(18)的剪切方向的侧板为亚力克板，实现盒中试样运移情况可视化。
7.使用权利要求1所述的接触面等应变直剪仪的制样方法，其特征是：包括如下步骤：
(1)、将水泥土按设计配比调制好后，装入上试模盒；
(2)、对调制后易流动的水泥土，经振动台振动密实后，用切土刀抹平水泥土表面，用湿毛巾擦净压模钢板后，将其放于抹面上，均匀用力轻压压模钢板至压模钢板与上试模盒的方管四周相抵，揭开压模钢板，水泥土底板压制成型；
(3)、对调制后不易流动难振动成型的水泥土，称取相应质量，盖上压模钢板，于路面强度试验仪压样，拆除钢板盒；
(4)、同批制作环刀试样，将两种试样放入保湿缸养护24小时后拆模并取出环刀试样，并用切土刀削去边角余料，再回放至保湿缸养护至相应龄期；
(5)、按设计含水率配制土样，并焖料；
(6)、将上试模盒放于水泥土板相应位置，按设计质量称好土样，缓慢倒入上试模盒中，铁丝划动土粒，使其均匀分布与整个盒中并压样至压样控制线，成齿；
(7)、将试样装入剪切盒中，根据设计剪切速率，启动电机，开始试样并记录数据。
8.根据权利要求7所述的使用接触面等应变直剪仪的制样方法，其特征是：上述步骤(3)中，先以50mm/min速度压样，试验仪示数到达100kg时，迅速切换至1mm/min，待压模钢板达到相应位置后，停止压样，静置5min后，以50mm/min速度撤退压力。
9.根据权利要求7所述的使用接触面等应变直剪仪的制样方法，其特征是：上述步骤(5)中，到达龄期前48小时，按设计含水率配制土样后焖料。
10.根据权利要求7所述的使用接触面等应变直剪仪的制样方法，其特征是：上述步骤(6)中，压样成型后将试样放入保湿缸养护24小时。
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