CN218212441U - 一种用于模拟桩-泥岩接触面抗剪强度的侧限环形直剪仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种用于模拟桩‑泥岩接触面抗剪强度的侧限环形直剪仪，包括外框固定架、试样剪切盒、水平加压装置、垂直加压装置以及弹簧测位移计；左剪切盒和右剪切盒为可拆卸组合装配，内部设置半圆槽，两个半圆槽对接后两端形成圆孔，其中垂直加载端的圆孔孔径与混凝土圆柱试样直径相同，底部一端的圆孔与泥岩试样直径相同，并在底部一端的圆孔中装入圆环板，圆环板中心是一个与混凝土圆柱试样直径相同的通孔，圆环板外表面与试样剪切盒底部外表面有高度差。有益效果：该直剪仪泥岩中部为混凝土，能够更好的模拟实际工程中泥岩的环向围压以及环形接触面，使得剪切的数据更接近实际工程，提高试验的准确性和可靠性。

Description

一种用于模拟桩-泥岩接触面抗剪强度的侧限环形直剪仪

技术领域

本实用新型属于土木工程结构物与泥岩接触面抗剪强度测量技术，特别涉及桩基与泥岩接触面的抗剪强度测量技术，具体而言，涉及一种用于模拟桩-泥岩接触面抗剪强度的侧限环形直剪仪。

背景技术

近年来，随着我国基本建设的高速发展，工业与民用建筑、基础设施、桥梁等必然朝着更高、更大、更深、更重的方向发展，基础的高稳定性显得尤为重要。其中桩基基础因其承载力高、稳定性强，可达到较好的变形控制效果，在各类建筑设施中得到广泛应用。

桩基是依托桩端承载力与桩侧摩阻力共同发挥承载作用，其中桩侧摩阻力在桩基受载荷时所分担的荷载比例不容忽视，文献《大直径泥质软岩嵌岩灌注桩的荷载传递性状》（岩土工程学报，1999(04)）分析得到软岩嵌岩桩主要由桩侧摩阻力承担荷载桩顶荷载，桩端阻力一般小于20%。由于桩侧表面与地基土的摩擦作用决定了桩的承载力大小，而桩-土界面的工作特性对摩擦作用的发挥又有显著影响，因此桩基承载力是否良好与桩-土界面特性存在紧密联系，进一步可将桩-土界面归结为结构物与周围岩土体接触面的问题。

桩-泥岩接触面抗剪强度的侧限环型直剪仪是用于测量结构物与泥岩（土）界面之间的剪切强度，并用于研究不同影响因素对与接触面存在的影响效果，例如接触面不同粗糙度、不同泥皮厚度、桩基周围不同岩（土）类型等；但目前的大部分直剪仪，即使为大型直剪仪。一方面，接触面均采用方形接触面，这类接触面只能模拟类似上下接触的平面接触面，且无法模拟出桩-泥岩实际工程中接触的环形接触面；另一方面，以往直剪试验过程中，施加的法向应力会使被剪切结构物受到土体的压力为单侧施压，实际工程中桩-泥岩剪切为侧限围岩状态下进行的剪切；最后，实际工程中结构物与土体的重力方向与剪切过程发生方向均为垂直方向，现有的直剪仪试验过程中，被测结构物与周围土体的剪切方向多为水平方向，与重力方向也不一致。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于模拟桩-岩接触面抗剪强度的环型直剪仪，以解决上述背景技术中提出的问题，提高试验的精准性与可靠性。

本实用新型提供如下技术方案：一种用于模拟桩-泥岩接触面抗剪强度的侧限环形直剪仪，包括外框固定架、试样剪切盒、水平加压装置、垂直加压装置以及弹簧测位移计，外框固定架置于底座上；试样剪切盒试样剪切盒分为左剪切盒和右剪切盒，左剪切盒和右剪切盒为可拆卸组合装配，左剪切盒和右剪切盒分别在内部设置半圆槽，两个半圆槽对接后两端形成圆孔，其中垂直加载端的圆孔孔径与混凝土圆柱试样直径相同，底部一端的圆孔与泥岩试样直径相同，并在底部一端的圆孔中装入圆环板，圆环板中心是一个与混凝土圆柱试样直径相同的通孔，圆环板外表面与试样剪切盒底部外表面有高度差，形成泥岩试样直径大小的凹圆；

水平加压装置包括水平加压传感器、水平加压驱动机组和水平加压驱动机组滑轨；其中，水平加压驱动机组固定安装在水平加压驱动机组滑轨的滑动件上，水平加压驱动机组滑轨固定在外框固定架内侧，水平加压驱动机组、水平加压驱动机组滑轨对称的设有两组，水平加压驱动机组滑轨滑动方向为竖向；

垂直加压装置包括垂直加压传感器和垂直加压驱动机组，其中垂直加压驱动机组固定在外框固定架顶部，垂直加压驱动机组端面直接与混凝土圆柱试样顶面接触；

弹簧测位移计处于试样剪切盒以下，与圆环板接触；

在试样剪切盒受力面连接有受力块体，受力块体设有凹孔，凹孔与垂直加压传感器圆头嵌合接触；

受力块体连接水平向百分表，水平向百分表连接于固定在外框固定架底面的支架上。

所述左剪切盒和右剪切盒通过固定螺丝连接装配在一起。

所述受力块体与试样剪切盒采用第一固定螺丝、第二固定螺丝、第三固定螺丝、第四固定螺丝连接。

优选的，垂直加载端的圆孔孔径为40mm，底部一端的圆孔孔径为200mm，圆环板的中心通孔孔径为40mm，圆环板外表面比试样剪切盒底部外表面低5mm。

与现有技术相比，本发明具有一下有益效果：该直剪仪一改传统直剪仪，而是底部选用环形结构，泥岩中部为混凝土，能够更好的模拟实际工程中泥岩的环向围压以及环形接触面，使得剪切的数据更接近实际工程，提高试验的准确性和可靠性，具有很强的实用性。

附图说明

图1是本发明实施例的整体结构示意图；

图2是本发明实施例中试样剪切盒水平放置整体结构示意图；

图3本发明实例中试样剪切盒底部组成结构示意图；

图4是试样剪切盒下部圆环板具体作用部位示意图；

图5是本发明实施例中弹簧位移计所作用位置图；

图中：1-第一固定螺丝、2-第二固定螺丝、3-第三固定螺丝、4-第四固定螺丝；5-左剪切盒；6-右剪切盒；7-泥岩试样；8-混凝土圆柱试样；9-水平加压驱动机组；10-水平加压驱动机组滑轨；11-水平向百分表；12-垂直加压驱动机组；13-弹簧测位移计；14-受力块体；15-外框固定架；16-凹槽；17-水平加压传感器；18-垂直加压传感器；19-支架；20-圆环板。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有所指，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

本实施例提供了一种用于模拟桩-岩接触面抗剪强度的环型直剪仪，包括外框固定架、试样剪切盒、水平加载装置、垂直加载装置和弹簧测位移计。试样剪切盒设置于外部框架内。试样剪切盒包括左剪切盒5、右剪切盒6、圆环板20，左剪切盒5、右剪切盒6四角距边沿40mm均开设圆形通孔，用于安装固定螺丝。试样剪切盒组装起来时外部为方体，内部形成中空的直径为200mm的圆柱体，两端形成一大一小两个圆孔。其中垂直加载端的圆孔孔径与混凝土圆柱试样8直径相同，底部一端的圆孔与泥岩试样7直径相同，并在底部一端的圆孔中装入圆环板20，圆环板20中心是一个与混凝土圆柱试样8直径相同的通孔，圆环板20外表面与试样剪切盒底部外表面有高度差，形成泥岩试样7直径大小的凹圆。水平加载装置包括水平加压传感器17、水平加压驱动机组9和水平加压驱动机组滑轨10，水平加压驱动机组9固定安装在水平加压驱动机组滑轨10的滑动件上，另一端通过水平加压传感器与试样直剪盒侧面受力块体相连接，以对试样剪切盒中的试样施加围压。垂直加载装置固定在外部框架顶部上，另一端连接垂直加压传感器18，垂直加压传感器端面触压混凝土圆柱试样8，对混凝土圆柱试样8施加剪切力。受力块体14连接水平向百分表11，水平向百分表11连接于固定在外框固定架15底面的支架19上。

该直剪仪改进传统方形单一接触面为环形接触面，更接近的模拟实际工程中桩基的力学性能，并减少了因方形试样棱角导致的应力集中现象，使试样受力均匀。

在本实施例中，弹簧测位移计13固定在外框固定架底面之上，试样剪切盒放置于弹簧测位移计13上，凹圆容纳弹簧测位移计13上部的一段，即弹簧测位移计13接触到圆环板（20）外表面。根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）要求，大直径桩桩径≥800mm，且桩基的最小中心距的最大值为4.5d；通过相似理论模拟桩径为40mm，桩间距为180mm，试样剪切盒选定形成200mm的中空空间达到规范要求。

在本实施例中，水平加压驱动机组9安置于水平加压驱动机组滑轨10上，目的是使试样剪切盒在装设好试样后可以整体沿着滑轨滑动进行直剪试验。

在本实施例中，试样剪切盒底部放置的圆环板20外表面比试样剪切盒底部外表面低5mm，底部一端的圆孔孔径为200mm。圆环板20厚度为6mm。圆环板20直径略微小于200mm，使之能嵌入到底部一端的圆孔。垂直加载端的圆孔孔径略大于40mm，圆环板20的中心通孔孔径略大于40mm，使垂直加压传感器端面顺利触及混凝土圆柱试样8，且使混凝土圆柱试样8若有下移时，能无阻碍的下移。

对于混凝土圆柱试样8所在的中空柱状空间，可以是原状土中间掏空，或是重塑土在中间放置管子压实，再抽出管子灌注混凝土。

采用本发明的直剪仪进行直剪试验，具体的操作流程如下：

1、试验的制备与安装：根据试样直剪盒的要求，制作内径为40mm，外径为200mm的泥岩试样，中部灌注混凝土，养护28d后将试样缓慢放入试样直剪盒中，将左、右剪切盒对齐放置，将受力块体14安装在试样直剪盒两侧，并插上固定螺丝紧固，确保受力块体与直剪盒不会发生滑落。圆环板20放入试样剪切盒底部一端的圆孔中，形成的高度差凹圆让弹簧测位移计13放入，弹簧测位移计13顶面接触着圆环板20外表面。

2、调整加载装置：试样安装完成后，将垂直加压传感器18下移使之与混凝土圆柱试样8刚好接触，通过调整水平加压驱动机组9使得水平加压传感器17与受力块体凹孔处刚好接触。

3、加载试验模块：固结慢剪：根据试验加载要求，调整水平加压驱动机组至所需的法向应力，进行试样固结，根据提前预测的剪切应力分10~12级进行加载，加载后一小时内变化量稳定后进行下一级加载。固结快剪：根据试验加载要求，调整水平加压驱动机组至所需的法向应力，进行实验固结，设置剪切速率，进行快剪。快剪：根据试验加载要求，调整水平加载驱动机组至所需的法向应力，对剪切速率进行设置进行快剪。

4、传感器率定：对水平加压传感器和垂直向加压传感器分别率定，修改系数，校正零点。率定完成后，“水平荷载”和“竖向荷载”在±20N范围内，可认为校正完成。

5、开始试验：根据试样进行试验，记录弹簧测位移计13和水平向百分表11读数，施加垂直向荷载后记录弹簧测位移计和水平向百分表读数；一个试样结束后进行下一个试样，重复上述记录，直至试验结束。

Claims (4)

1.一种用于模拟桩-泥岩接触面抗剪强度的侧限环形直剪仪，其特征在于，包括外框固定架（15）、试样剪切盒、水平加压装置、垂直加压装置以及弹簧测位移计，外框固定架（15）为方形框架；试样剪切盒试样剪切盒分为左剪切盒（5）和右剪切盒（6），左剪切盒（5）和右剪切盒（6）为可拆卸组合装配，左剪切盒（5）和右剪切盒（6）分别在内部设置半圆槽，两个半圆槽对接后两端形成圆孔，其中垂直加载端的圆孔孔径与混凝土圆柱试样（8）直径相同，底部一端的圆孔与泥岩试样（7）直径相同，并在底部一端的圆孔中装入圆环板（20），圆环板（20）中心是一个与混凝土圆柱试样（8）直径相同的通孔，圆环板（20）外表面与试样剪切盒底部外表面有高度差，形成泥岩试样（7）直径大小的凹圆；

水平加压装置包括水平加压传感器（17）、水平加压驱动机组（9）和水平加压驱动机组滑轨（10），水平加压驱动机组（9）固定安装在水平加压驱动机组滑轨（10）的滑动件上，水平加压驱动机组滑轨（10）固定在外框固定架（15）内侧，水平加压驱动机组（9）、水平加压驱动机组滑轨（10）对称的设两组，水平加压驱动机组滑轨（10）滑动方向为竖向；

垂直加压装置包括垂直加压传感器（18）和垂直加压驱动机组（12），其中垂直加压驱动机组（12）固定在外框固定架（15）顶部，垂直加压驱动机组（12）端面直接与混凝土圆柱试样（8）顶面接触；

弹簧测位移计（13）处于试样剪切盒以下，与圆环板（20）接触，凹圆作为弹簧测位移计（13）上部的放置空间；

在试样剪切盒受力面连接有受力块体（14），受力块体（14）设有凹孔，凹孔与垂直加压传感器（18）圆头嵌合接触；

受力块体（14）连接水平向百分表（11），水平向百分表（11）连接于固定在外框固定架（15）底面的支架（19）上。

2.根据权利要求1所述的一种用于模拟桩-泥岩接触面抗剪强度的侧限环形直剪仪，其特征在于，左剪切盒（5）和右剪切盒（6）通过固定螺丝连接装配在一起。

3.根据权利要求1所述的一种用于模拟桩-泥岩接触面抗剪强度的侧限环形直剪仪，其特征在于，受力块体（14）与试样剪切盒采用第一固定螺丝（1）、第二固定螺丝（2）、第三固定螺丝（3）、第四固定螺丝（4）连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于模拟桩-泥岩接触面抗剪强度的侧限环形直剪仪，其特征在于，垂直加载端的圆孔孔径为40mm，底部一端的圆孔孔径为200mm，圆环板（20）的中心通孔孔径为40mm，圆环板（20）直径200mm，圆环板（20）外表面比试样剪切盒底部外表面低5mm。

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