CN109060505A - 土与结构接触面试验土容器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土与结构接触面试验土容器，包括土容器座、下桶、上桶、弹簧和滚动件，土容器通过土容器座与Z向承载板相对固定；上桶的下部套装在下桶的上部，上桶和下桶外周壁上分别设有滚动件座和弹性座，弹性件安装在上桶的底面与弹性座之间，滚动件通过基座固定在上桶中部的滚动件座上，滚动件的滚轮与结构面板相接触，上桶上端面高度低于滚轮轮缘顶部高度。本发明土容器采用了上、下桶分体设计及滚动件，减小了结构面板与土容器间的切向摩擦力，且摩擦力可以标定并扣除，保证结果真实，保证结构面板与土容器间不会卡住或者脱开，此外还根据土样粒径大小调整结构面板与土容器间缝隙的宽度，保证土样不从缝隙间流失，保证接触面面积不变。

Description

土与结构接触面试验土容器

技术领域

本发明属于土工试验仪器技术领域，特别涉及一种土与结构接触面试验土容器。

背景技术

土体与结构接触面的力学特性研究是土力学研究的重要课题之一，对于结构的计算、设计及施工技术等有重大的影响。土与结构接触面的力学特性研究主要有两种方法，试验方法与数值方法。当下，试验方法主要使用的试验仪器有直剪型、单剪型、扭剪仪、动三轴仪以及共振柱仪。其中，直剪型及单剪型两类接触面试验仪器是由直剪仪及单剪仪改进而来，因其原理简单，使用方便，目前研究中使用较多。

但是现有的土与结构接触面试验用的土容器，普遍存在的问题包括：

1、目前的大多数土与结构接触面研究中使用的仪器多是由已有的土工试验仪器改进而来，法向应力施加在土体上而非接触面上，受力不明确，概念不清晰。

2、目前的试验仪器存在试验时土体应变局部化的现象，导致试验结果失真，数据可靠性降低。

现有专利号为ZL200610165244.0的专利，提供了一种大型三维多功能土工试验机的发明，其中也提出了土容器结构，其结构如图1所示，但经实践检验且与现实需求相比，主要存在以下问题：

1、试验时，土容器与结构面板间存在不均匀的法向应力，在土体与结构面板发生相对位移时，结构面板与土容器间存在很大的切向摩擦力，且此摩擦不均匀，难以标定并从试验结果中扣除，这种摩擦对于粗粒土，大试样而言仍有可接受的余地，但是，对于细粒土或者小试样而言，这种土容器与结构面板之间的摩擦是不可接受的，其大小甚至会超过土样与结构面板间的摩擦。这会导致土与结构面板之间接触面的力学性质难以准确测量，进而导致试验结果失真，设计偏于危险，对计算和设计产生极大的危害。甚至结构面板与土容器间因摩擦自锁现象而卡住，土体与结构面板脱开导致无法接触的情况。

2、试验时，为防止结构面板与土容器相接触而产生法向应力进而导致切向应力的产生，使土容器上沿低于土样顶面，造成土容器上沿与结构面板间留有很大的缝隙，造成在试验时土颗粒从结构面板与土容器间的缝隙中流失，造成接触面面积的减小。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种土与结构接触面试验土容器，所述土与结构接触面试验土容器对现有的土容器的结构进行改进，以使其能够极大程度上减小土容器与结构面板间的摩擦力，保证土样均匀受力，均匀变形，保证土样的接触面在试验过程中与结构面板接触面积恒定，进而保证精确测定土与结构接触面的力学性质。

根据本发明实施例的一种土与结构接触面试验土容器，所述土与结构接触面试验土容器适于安装在土与结构接触面试验机内，所述土与结构接触面试验机包括彼此相对设置的结构面板和Z向承载板，所述土与结构接触面试验土容器适于安装在所述结构面板与所述Z向承载板之间，所述土与结构接触面试验土容器包括：土容器座，所述土容器座适于安装在所述Z向承载板上；下桶，所述下桶安装在所述土容器座上；上桶，所述上桶可滑动地外套在所述下桶上，所述上桶的上端面位于所述下桶的上端面上方；弹性件，所述弹性件位于所述下桶与上桶之间；滚动件，滚动件适于设在所述上桶与所述结构面板之间；透水石，所述透水石铺设在所述土容器座上，所述土容器座的周壁上设有对应所述透水石设置的排水孔；其中所述下桶的外周壁上设有环绕其周向方向设置的弹性座，所述弹性件的一端连接在所述弹性座上，所述弹性件的另一端连接在所述上桶上；所述上桶的外周壁上设有环绕其周向方向设置的滚动件座，所述滚动件的基座连接在所述滚动件座上，所述滚动件的滚轮与所述结构面板相贴合，所述滚轮的轮缘顶部位于所述上桶的上端面上方。

根据本发明实施例的土与结构接触面试验土容器采用了上桶、下桶分体设计，上桶与结构面板之间设有滚动件，从而减小了结构面板与土容器间的切向摩擦力，使得摩擦力可以标定并扣除，保证试验结果的真实性。此外，还保证结构面板与土容器间不会卡住或者脱开。本发明的土容器可根据土样粒径大小调整结构面板与上桶上端面间缝隙的宽度，保证土样不从缝隙间流失，保证接触面面积不变。

在一些实施例中，在向上的方向上，所述下桶伸入所述上桶内的部分形成为壁厚逐渐减小的渐变段，所述渐变段的上端面与所述上桶之间设有密封圈。

在一些实施例中，所述土容器的座的下部铺设有透水石，所述土容器座的周壁上设有对应所述透水石设置的排水孔。

在一些实施例中，所述土容器座包括：筒体；连接盘，所述连接盘环绕所述筒体设置，且位于所述筒体上部，所述下桶上设有对应所述连接盘设置的基座连接部，所述基座连接部与所述连接盘通过连接件密封连接；连接座；所述连接座环绕所述筒体设置，且位于所述筒体下部，所述连接座可拆卸地与所述Z向承载板连接。

在一些实施例中，所述弹性件包括多根弹簧，所述多根弹簧环绕所述弹性座周向均匀分布。

在一些实施例中，所述滚动件为万向轮。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是现有技术的土容器示意图。

图2是本发明提出的土与结构接触面试验土容器的结构示意图。

图3是图2的圈示A处的局部放大图。

图4是本发明另一个实施例的滚动件的结构。

附图标记：

图2-图4中的编号为：

100：土容器，1：下桶，101：基座连接部，102：弹性座，103：弹性件，104：渐变段，105：密封圈，2：上桶，201：安装槽，202：滚动件座，3：滚动件，301：基座，302：径向轴承，303：滚轮支架，304：滚轴，305：滚轮，壳体：306，307：滚动体，308：滚珠，4：土容器座，401：连接盘，402：排水孔，403：透水石，404：筒体，405：连接座，5：土样，6：结构面板，7：Z向承载板。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。

下面参考图2-图3描述根据本发明实施例的土与结构接触面实验用土容器100。

首先需要说明的是，土与结构接触面试验土容器100适于安装在土与结构接触面试验机内，土与结构接触面试验机包括彼此相对设置的结构面板6和Z向承载板7，土与结构接触面试验土容器100适于安装在结构面板6与Z向承载板7之间，

如图2所示，根据本发明实施例的土与结构接触面试验土容器100包括土容器座4、下桶1、上桶2、弹性件103、滚动件3和透水石403。土容器座4适于安装在Z向承载板7上，下桶1安装在土容器座4上，上桶2可滑动地外套在下桶1上，上桶2的上端面位于下桶1的上端面上方，弹性件103位于下桶1与上桶2之间，滚动件3适于设在上桶2与结构面板6之间，透水石403铺设在土容器座4内下部，土容器座4的周壁上设有对应透水石403设置的排水孔403。下桶1的外周壁上设有环绕其周向方向设置的弹性座102，弹性件103的一端连接在弹性座102上，弹性件103的另一端连接在上桶2上；上桶2的外周壁上设有环绕其周向方向设置的滚动件座202，滚动件3的基座301连接在滚动件座202上，滚动件3的滚轮305与结构面板6相贴合，滚轮305的轮缘顶部位于上桶2的上端面上方。

可以理解的是，在试验前需要在下桶1和上桶2中装填土样5，直至土样5填满上桶2，土样5的上端面与上桶2的上端面齐平。在试验过程中，由于结构面板6与滚轮305的轮缘顶部接触，因此滚动件3和上桶2与结构接触面间不会发生沿上下方向的相对位移。也就是说，滚动件3和上桶2会随着结构面板6的下降而一同下降。滚动件3和上桶2随着结构面板6下降后，弹性件103被压缩，装载在上桶2中的土样5从上桶2中露出且与结构面板6接触并产生竖向应力。在后续的加载过程中，始终土样5和滚轮305与结构面板6接触，上桶2的上端面始终不与结构面板6发生任何接触。

综上所述，在试验过程中，滚动件3的滚轮305与结构面板6发生滚动摩擦，而非滑动摩擦，这样就减小了结构面板6与土容器100间的切向摩擦力，从而保证了试验结果的真实性。此外，由于在运动过程中，滚轮305的轮缘顶部始终与结构面板6相接触，上桶2的顶部与结构面板6并不接触，从而保证了结构面板6与土容器100间不会卡住或者脱开。

此外，需要说明的是，因为滚轮305轮缘顶部高度高于上桶2上端面高度，所以在整个试验过程中，上桶2上端面始终不与结构面板6发生接触，上桶2上端面与结构面板6之间会有一个缝隙，此缝隙大小可以根据土样5粒径大小进行调整，从而保证土样5不从缝隙间流失，保证土样5与结构面板6的接触面面积不变。

根据本发明实施例的土与结构接触面试验土容器100采用了上桶2、下桶1分体设计，上桶2与结构面板6之间设有滚动件3，从而减小了结构面板6与土容器100间的切向摩擦力，使得摩擦力可以标定并扣除，保证试验结果的真实性。此外，还保证结构面板6与土容器100间不会卡住或者脱开。本发明的土容器100可根据土样5粒径大小调整结构面板6与上桶2上端面间缝隙的宽度，保证土样5不从缝隙间流失，保证接触面面积不变。

需要补充说明的是，本发明实施例的土与结构接触面试验土容器100的上桶2和下桶1的平面截面形状可为圆形，方形或其他形状，在此并不对上桶2和下桶1的平面截面形状做出具体的限制。

在一些实施例中，上桶2的内径略大于下桶1的外径，以较好地实现上桶2刚好套在下桶1上，且下桶1外壁与上桶2内壁之间涂满润滑物质，从而实现上桶2可较为顺畅地相对下桶1滑动。

有利地，下桶1与上桶2均为圆筒形，下桶1伸入上桶2内部的长度等于下桶1的半径。由此，下桶1对上桶2具有较好地导向作用，避免了上桶2在滑动过程中的轴线发生偏转。

在一些实施例中，如图2所示，在向上的方向上，下桶1伸入上桶2内的部分形成为壁厚逐渐减小的渐变段104，渐变段104的上端面与上桶2之间设有密封圈105。可以理解的是，渐变段104的作用是减小土样5的应变局部化，而密封圈105的作用则是密封上桶2与下桶1间的周向缝隙，以防止土颗粒进入缝隙，影响上桶2滑动。

在一些实施例中，如图2-图3所示，上桶2的位于滚动件座202上方部分的筒壁厚度小于上桶2的位于滚动件座202下方部分的筒壁厚度。可以理解的是，上桶2的位于滚动件座202的上方开设有安装槽201，以使得上桶2的位于滚动件座202上方部分的筒壁厚度小于上桶2的位于滚动件座202下方部分的筒壁厚度。安装槽201的作用为避免滚动件3旋转时与上桶2的外周壁发生撞击。

在一些实施例中，如图3所示，滚动件3形成为万向轮，滚动件3包括包括基座301、径向轴承302、支架303、滚轴304及滚轮305。具体而言，基座301连接在滚动件座202上从而实现滚动件3与滚动件座202的刚性连接。可选的是基座301滚动件座202通过螺钉连接。径向轴承302连接在基座301与滚轮305支架303之间以使滚轮305支架303可沿其轴向方向转动，滚轮305支架303上滚轴304，滚轮305穿设在滚轴304上。滚轮305的转动方向与滚轮305之间的转动方向相垂直。

在一些可选的实施例中，滚动件3为多个，多个滚动件3沿滚动件座202的周向方向均匀且呈中心对称分布。由此，实现了土容器100与结构面板6间的滑动摩擦变换为滚动摩擦，摩擦系数可以降低一个数量级。

在一些实施例中，径向轴承302的轴线与滚轮305的轮心相错开。

当然，这里需要额外说明的是滚动件3在本发明的其他实施例中还可以形成为其他结构，例如滚动球等结构。

在一些具体的实施例中，如图4所示，滚动件3可以形成为滚动球。滚动球包括壳体306，壳体306限定出滚动腔，滚动体307形成为球形，且可在壳体306内自由转动。滚动体307与壳体306的底壁之间还设有用于降低摩擦的滚珠308。在安装时，壳体306安装在滚动件座202上，滚动体的上边沿与结构面板6相接触。

在一些实施例中，土容器座4包括筒体404、连接盘401和连接座405，连接盘401环绕筒体404设置，且位于筒体404上部，下桶1上设有对应连接盘401设置的基座连接部101，基座连接部101与连接盘401通过连接件密封连接；连接座405环绕筒体404设置，且位于筒体404下部，连接座405可拆卸地与Z向承载板7连接。

在一些实施例中，弹性件103包括多根弹簧，多根弹簧环绕弹性座102周向均匀分布。

实施例：

下面参考附图2-3描述本发明一个具体实施例的土与结构接触面试验土容器100，详细介绍本发明的内容：

为便于说明，建立笛卡尔坐标系如图2中所示，X轴水平向左，Y轴垂直与视图平面向外，Z轴向上。

本实施例提出的土与结构接触面试验土容器100，其结构如图2所示，该土容器100使用时安装在结构面板6与试验机的Z向承载板7之间。土容器100包括土容器座4、下桶1、上桶2、弹性件103和滚动件3。下桶1的底部为土容器座4，土容器100通过土容器座4与试验机Z向承载板7相对固定。上桶2的下部套装在下桶1的上部，上桶2中部的外周壁上设有滚动件座202，下桶1下部的外周壁上设有和弹性座102，弹性件103安装在上桶2的下端面与下桶1下部的弹性座102之间。滚动件3通过基座301固定在上桶2中部的滚动件座202上，如图3中所示，滚动件3的滚轮305与结构面板6相接触。土容器座4的底部设有透水石403，透水石403侧面的土容器座4的内周壁上开有排水孔402。

下桶1包括以下部分：基座连接部101、弹性座102、弹性件103、渐变段104和密封圈105。基座连接部101设置在下桶1的最下部且环绕下桶1的周向方向设置，基座连接部101负责将土容器100安装在统一的土容器座4上。基座连接部101与土容器座4的连接盘401间可采用环形卡箍连接，也可采用螺栓连接。弹性座102设置在下桶1的中部且环绕下桶1的周向方向设置，弹性座102负责安装所述弹性件103。弹性件103安装在弹性座102上，呈中心对称地安装一周圈，弹性件103用于托举上桶2。渐变段104在下桶1的上部，渐变段104下部与下桶1壁厚相同，在向上的方向上，渐变段104的壁厚逐渐减小，渐变段104作用是减小土样5的应变局部化。密封圈105设置在下桶1的最上部，密封圈105的作用是密封下桶1与上桶2间的周向缝隙，防止土样5的颗粒进入缝隙。

上桶2包括设置在其上部外侧的安装槽201和滚动件座202。上桶2与下桶1截面形状相同，上桶2上部外侧留有安装槽201，上桶2的内径略大于下桶1的外径，较好地实现上桶2套装在下桶1上，下桶1外壁与上桶2内壁之间涂满润滑物质，从而实现上桶2沿Z方向的自由滑动。上桶2与下桶1在Z方向重合的长度约为下桶1的半径，以使得下桶1对上桶2具有较好的导向作用，避免上桶2运动过程中轴线发生偏转。安装槽201设置在上桶2的最上部外侧，安装槽201为滚动件3提供转动空间

滚动件3包括基座301、径向轴承302、滚轮支架303、滚轴304和滚轮305。基座301是滚动件3底部的部分，负责与滚动件座202刚性连接。可选地，基座301与滚动件座202可采用螺栓连接。径向轴承302位于基座301和滚轮支架303之间，以使滚轮支架303绕Z轴转动，滚动件3的安装位置应确保在滚轮支架303绕Z轴转动时，滚轮305不会碰到安装槽201。滚轮支架303的安装滚轴304的位置在XY平面内不与径向轴承302轴线重合，以实现滚轮305可带动滚轮支架303自由转动。滚轴304设在滚轮支架303上且为滚轮305的旋转轴。滚轮305顶部高度要稍微高于上桶2的上端面高度。滚动件3呈中心对称地安装在滚动件座202上，优选地可以设置6个，如图2所示，但并不限于此数量。所有滚动件3应大小统一，顶部高度一致。滚动件3的结构如图3所示。在土容器100与结构面板6发生相对移动时，滚轮305自由转动，将土容器100与结构面板6间的滑动摩擦变换为滚动摩擦，摩擦系数可以降低一个数量级。

土容器座4包括连接盘401、筒体404、连接座405、排水孔402和透水石403。土容器座4的连接盘401设置在所述土容器座4的上部且环绕筒体404的周向设置，连接盘401与基座连接部101形状形同且关于XY平面对称，二者配合，负责土容器座4与下桶1的连接。

下面详细介绍本发明土容器100的工作原理和工作过程：

试验准备过程：首先，将下桶1安装至土容器座4上，采用环形卡箍或者螺栓连接，连接应保证下桶1与土容器座4轴线重合；其次，按照试验要求分层填土样5，土样5需要提前在烘箱内烘干，分层将土样5装填直至土样5的高度接近渐变段104顶部高度；然后，将上桶2套在下桶1上且二者间涂满润滑物质以减小摩擦，并且安设密封圈105；最后，继续按要求装填土样5，直至土样5顶部与上桶2的上端面齐平并整平土样5的顶面。

试验过程：按照要求设置完加载条件诸如围压，饱和程度，温度等后，即可进行加载。在加载过程中，结构面板6与土容器100相向运动，距离缩小，直至结构面板6与滚轮305顶部接触，此时所有的滚动件3和上桶2与结构面板6之间不会再发生沿Z轴方向的相对位移，滚动件3和上桶2会随着结构接触面6的下降而一同下降。滚动件3和上桶2随着结构面板6下降后，弹性件103被压缩，土样5露出上桶2上端面且与结构面板6接触并产生竖向应力。在后续的加载过程中，始终是土样5和滚轮305与结构面板6接触，上桶2顶部不与结构面板6发生任何接触。

当土样5与结构面板6产生相对位移时，土样5与结构面板6发生摩擦，而滚轮305可自由滚动，其与结构面板6间只发生滚动摩擦。当土容器100与结构面板6间发生XY平面内的复杂运动时，由于径向轴承302的存在，滚轮支架303可带动滚轮305沿Z轴自由转动。滚轮305轴线始终垂直于土容器100与结构面板6的相对运动方向，滚轮305可在结构面板6上自由滚动。

试验完成之后，先卸除Z向的外力，然后将土样5清空，将上桶2拔出，松开基座连接部101与连接盘401间的环形卡箍或螺栓连接，拿去下桶1，完成所有清理工作，准备下一次试验。

本实施例提出的土与结构接触面试验土容器100，主要为测试土与结构面板间接触面的力学特性设计。在研究接触面的力学特性时，当结构面板6与滚轮305接触后，滚动件3、上桶2与结构面板6在Z轴方向上保持相对静止，以后土容器100与结构面板6再相向运动挤压也只是土样5和弹性件103被压缩。试验过程中，法向应力直接施加在土样5与结构面板间的接触面上，受力明确，概念清晰。

由于滚动件3与结构面板6间为滚动摩擦接触，不会出现摩擦自锁现象，避免了上桶2或下桶1因筒体整体偏转而卡住结构面板6的现象，进而保证了土样5与结构面板6充分接触，不会脱开。

上桶2与下桶1的分体式设计可以很大程度减小土容器100与结构面板6间的法向力，继而减小土容器100与结构面板6之间的XY平面内的切向摩擦，减小的程度取决于上桶2与土样5接触高度h的大小。

具体而言，在试验中，土容器100沿Z轴方向整体上移，而结构面板6在Z轴方向上保持静止，因为滚轮305的顶部高于上桶2的上端面，所以滚轮305先与结构面板6接触，当滚轮305的顶部刚好与结构面板6接触时，土容器100与结构面板6之间的法向力为0，此后的试验过程中，整个上桶2不会再上移，上桶2与结构面板6在Z轴方向上保持相对静止。此时土样5顶部还未与结构面板6接触，土容器座4与下桶1继续上推，土样5便会露出上桶1的上端面，直至土样5的顶部刚好与结构面板6接触，在土样5的顶部还未与结构面板6接触时，土样5的顶部法向力σ_v＝0，可认为此时土样5与上桶2接触部分的水平土压力σ_h＝kσ_v＝0，其中k为静止土压力系数，即土样5顶部还未与结构面板6接触时，土样5与上桶2间无土压力、无摩擦，土样5不会增加土容器100与结构面板6间的法向力。当土样5与结构面板6间的法向应力增至σ_v时，土样5与上桶2内壁间的水平土压力为σ_h＝kσ_v，但下桶1与土样5间Z向摩擦力属于作用力与反作用力，不影响上桶2与结构面板6间的法向力。

唯有土样5与上桶2发生的相对移动会影响上桶2与结构面板6间的法向力N_f，计算见下式：

N_f＝μ₁σ_hπDh (1)

其中，μ₁为土样5与上桶2的内周壁间的摩擦系数，D为土样5的内径，h为土样5与上桶2的内周壁接触高度，如图2中所示，σ_h为土样5与上桶2内周壁间的水平土压力，σ_h＝kσ_v，σ_v为土样5与结构面板6间的法向应力，k为静止土压力系数。

上桶2与结构面板6间的法向力还包含弹性件103变形产生的力N_K，

N_K＝Δd·K (2)

其中Δd为土容器座4上移的距离，K为弹性件103的整体刚度。

上桶2与结构面板6间的总的法向力为：

N＝N_K+N_f＝Δd·K+μ₁σ_hπDh (3)

上桶2与结构面板6间的XY向摩擦力为：

T＝μ₂N＝μ₂(Δd·K+μ₁σ_hπDh) (4)

其中μ₂为滚轮305与结构面板6间的滚动摩擦系数。

现有的如图1所示的土容器100，只采用单一的筒体，下部安装弹簧的设计，其中筒体与土样摩擦系数μ₁，弹性件103整体刚度系数K，土样直径D、高度H与前述参数均相同，此时在土样与结构面板未接触时，σ_v＝0与本实施例的土容器100相同，但当土体与结构面板间有法向应力σ_v时，土体与筒体间水平土压力σ_h＝kσ_v，由土样与筒体相对移动引起的筒体与结构面板间的法向力N'_f

N'_f＝μ₁σ_hπDH (5)

其中H为土样高度，其余符号同前。

由弹簧压缩引起的筒体与结构面板间的法向力N'_K＝Δd·K，与之前相同。

总的筒体与结构面板间的法向力为

N'＝N'_K+N'_f＝Δd·K+μ₁σ_hπDH (6)

筒体与结构面板6间的XY向水平摩擦力为

T'＝μ₃N'＝μ₃(Δd·K+μ₁σ_hπDH) (7)

其中μ₃为筒体与结构面板6间的滑动摩擦系数，其余符号意义同前。

对上述公式(4)和公式(7)进行比较，首先h<<H，另外滚动摩擦系数μ₂<<μ₃，对同种材料而言，μ₂比μ₃低一个数量级。因此可见，本实施例的结构设计较目前存在的仪器的结构，可将土容器100与结构面板6间的摩擦力缩小到不到原来的十分之一，由此可以真实地测量土样5与结构面板6间的接触面的力学特性。

另外，在本实施例的土容器100中，上桶2的上端面稍低于滚轮305的顶部高度，二者之间的高差可以根据土的类型而变化调整，以防止土颗粒从上桶2上沿与结构面板6间的缝隙中流失，保证接触面面积的恒定。对于土容器100与结构面板6间摩擦力的标定，可通过试验获得参数μ₁,μ₂,k,K，然后采用公式(4)进行计算，理论上可消除土容器100与结构面板6间摩擦力的影响。

本实施例的土容器100具有以下优点：

1、由于采用了上桶2和下桶1分体设计及采用滚动件3，因此极大程度上减小了结构面板6与土容器100间的切向摩擦力，且此摩擦力可以标定，保证结果真实。同时可以保证结构面板6与土容器100间不会卡住或者脱开。此外，减小了结构面板6与土容器100间的缝隙宽度，保证土样不从缝隙间流失，保证接触面面积不变。

2、专门为研究土与结构接触面问题而设计，试验时法向应力直接加到接触面上，概念清晰，受力状态明确。

3、保证了土样5应变均匀，消除应变局部化现象，保证数据可靠。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种土与结构接触面试验土容器，其特征在于，所述土与结构接触面试验土容器适于安装在土与结构接触面试验机内，所述土与结构接触面试验机包括彼此相对设置的结构面板和Z向承载板，所述土与结构接触面试验土容器适于安装在所述结构面板与所述Z向承载板之间，所述土与结构接触面试验土容器包括：

土容器座，所述土容器座适于安装在所述Z向承载板上；

下桶，所述下桶安装在所述土容器座上；

上桶，所述上桶可滑动地外套在所述下桶上，所述上桶的上端面位于所述下桶的上端面上方；

弹性件，所述弹性件位于所述下桶与上桶之间；

滚动件，滚动件适于设在所述上桶与所述结构面板之间；

所述下桶的外周壁上设有环绕其周向方向设置的弹性座，所述弹性件的一端连接在所述弹性座上，所述弹性件的另一端连接在所述上桶上；

所述上桶的外周壁上设有环绕其周向方向设置的滚动件座，所述滚动件的基座连接在所述滚动件座上，所述滚动件的滚轮与所述结构面板相贴合，所述滚轮的轮缘顶部位于所述上桶的上端面上方。

2.根据权利要求1所述的土与结构接触面试验土容器，其特征在于，在向上的方向上，所述下桶伸入所述上桶内的部分形成为壁厚逐渐减小的渐变段，所述渐变段的上端面与所述上桶之间设有密封圈。

3.根据权利要求1所述的土与结构接触面试验土容器，其特征在于，所述土容器的座的下部铺设有透水石，所述土容器座的周壁上设有对应所述透水石设置的排水孔。

4.根据权利要求1所述的土与结构接触面试验土容器，其特征在于，所述土容器座包括：

筒体；

连接盘，所述连接盘环绕所述筒体设置，且位于所述筒体上部，所述下桶上设有对应所述连接盘设置的基座连接部，所述基座连接部与所述连接盘通过连接件密封连接；

连接座；所述连接座环绕所述筒体设置，且位于所述筒体下部，所述连接座可拆卸地与所述Z向承载板连接。

5.根据权利要求1所述的土与结构接触面试验土容器，其特征在于，所述弹性件包括多根弹簧，所述多根弹簧环绕所述弹性座周向均匀分布。

6.根据权利要求1所述的土与结构接触面试验土容器，其特征在于，所述滚动件为万向轮。