地下管道与土体之间摩擦系数测试装置制造方法及图纸

一种建筑工程技术领域的地下管道与土体之间摩擦系数测试装置，本发明专利技术包括：试验箱、竖向加载系统、水平方向加载系统，其中：试验箱的上方开口，并设有竖向加载系统，试验箱两相对侧面设有长圆形孔，其中一侧面设有水平方向加载系统，试验箱内填有土样，待测管道通过试验箱两侧面上的长圆形孔穿过试验箱。本发明专利技术结构简单、加工方便、操作简单，可以较准确地测量出地下管道和土体之间的摩擦系数和摩阻力，测试结果准确可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种建筑工程
的测试装置，具体是一种地下管道与 土体之间摩擦系数测试装置。技术背景顶管法施工作为一种暗挖施工方法，具有以下优点占地面积少，与同管径 的明挖施工相比可节约用地；地下施工不影响地面活动，可保持交通运输畅通无 阻；穿越铁路、公路、河流、建筑物等障碍物时可减少沿线的拆迁工作量，节约资金和时间；施工过程中不破坏现有的管线及构筑物，不影响其正常使用；施工无噪音，减少对沿线环境的污染。因此，顶管工法施工技术在近年得到广泛的应 用，市政工程的上、下水道、煤气、电力、通信工程、液化石油气、天然气输送 管道以及各种油管、动力电缆、宽频网、光纤网等通讯电缆等的敷设都相继采用 顶管工法施工。在顶管工法的设计与施工中，顶力的计算确定是最为关键和基础 的指标，它将决定顶管的顶进距离、中继间的确定以及施工工艺机械的选择。在 顶力计算中，主要是顶管与周边土体的摩阻力。因此，管材与土体之间的摩擦系 数的确定是顶管工法设计施工中的关键问题。目前管土摩擦系数(或摩阻力)的 确定大多依赖于经验或现场测试，不能在工程施工之前进行实验室测定。针对土 与结构物接触面摩擦特性的实验装置大多是在直剪仪获单剪仪基础上改进的，只 能针对平面接触面的摩擦进行测试。经对现有技术文献检索发现，中国专利申请号02131066.1，观测 土与结构件接触面力学特性的循环加载剪切仪，公开号为CN1401987A，公开 日2003.03.12，该专利技术公开了属于力学特性实验设备的一种观测土与结构 件接触表面力学特性的循环加载剪切仪。该专利技术可用于粗粒土与结构的接触 面单调和循环加载试验，研究接触面的受力变形机理及规律，但只能针对平面简 单结构与土的摩擦特性进行测试。采用直剪试验测定建筑材料与土体之间的摩擦 系数，由于所取的样品大小的限制，不能真实地反映建筑材料与土体之间的摩擦系数。特别是对于地下管道之类的材料，整管与土体之间的摩擦系数，很难通过 直剪试验的方法来较准确地测试其真实的摩擦系数。进一步检索中尚未发现关于 管道与土体之间摩擦系数测试的报道。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术的不足，提供了一种地下管道与土体之间摩擦系数 测试装置，使其从水平和竖直两个方向对待测管道进行加载，从而准确地测量出 地下管道与土体之间的摩擦系数。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括试验箱、竖向加载系统、 水平方向加载系统，其中试验箱的上方开口，并设有竖向加载系统，试验箱两 相对侧面设有长圆形孔，其中一侧面设有水平方向加载系统，试验箱内填有土样， 待测管道通过试验箱两侧面上的长圆形孔穿过试验箱。所述竖向加载系统，包括竖向加载装置、竖向荷载加载板、竖向位移测试 装置、竖向测力装置，其中竖向荷载加载板直接与土样上表面接触，竖向加载 装置与竖向荷载加载板相连，竖向位移测试装置设在竖向荷载加载板上，竖向测 力装置设在竖向加载装置上。所述水平方向加载系统，包括水平方向加载装置、水平荷载加载板、水平 位移测试装置、水平测力装置，其中水平荷载加载板与待测管道一端相连接， 水平方向加载装置与水平荷载加载板相连，水平位移测试装置安装在水平荷载加 载板上，水平测力装置设在水平方向加载装置上。所述水平方向加载装置和竖向加载装置均为常用的压力机等设备。 所述竖向位移测试装置、水平位移测试装置，为百分表或位移传感器。 所述竖向测力装置、水平测力装置，为压力表或压力传感器。 所述试验箱，其侧面的长圆形孔位置设有孔径调节装置，孔径调节装置实现 对管道与实验箱的之间紧密配合。所述孔径调节装置，其孔径为半圆形孔片或圆形孔片，其孔直径取值范围为10cm至100cm，实现对不同规格的管道与实验箱的紧密配合。所述孔径调节装置，其通过螺钉孔与试验箱的螺孔固定连接。 所述试验箱的螺孔为导位槽，预留了竖向调节空间。 由于在施加竖向荷载过程中，测试管道外的土样在竖向压力下会发生压縮变形；若在试样安装后即固定孔径调节装置，使得待测管道两端固定，可能导致管 道底面与土脱开甚至管道沿纵向发生挠曲。为此，固定孔径调节装置的试验箱螺 孔设计为导位槽，预留了竖向调节空间。在安装完成后不完全固定孔径调节装置， 使其在土样受力压縮过程中随管道同步下沉，当变形稳定后再拧紧螺钉固定。 本专利技术具体使用时，操作如下1. 安装试验管道将待测管道与相应孔径调节装置(半圆形孔片或圆形孔 片)配套后，穿过试验侧面的长圆形孔，通过螺钉将螺钉孔与导位槽相连接，但 不完全固定。2. 往试验箱中分层均匀地装入土样，并在土样上表面铺设竖向荷载加载板， 安装竖向加载系统。3. 施加竖向荷载利用竖向加载装置通过竖向荷载加载板对土样施加竖向 荷载，并通过竖向位移测试装置观测土样压缩变形量，竖向测力装置负责测量竖 向加载装置的竖向荷载量。4. 待土样变形稳定后，调整孔径调节装置的位置，适应管的变形，使管道 在横向上处于水平状态，再通过螺钉孔将孔径调节装置完全固定于试验箱；5. 安装水平方向加载系统，水平向荷载加载板与待测管道一端连接，水平 位移测试装置安装在水平荷载加载板上；6. 施加水平向荷载利用水平方向加载装置通过水平荷载加载板对土样施 加水平顶力荷载，并通过水平位移测试装置观测待测管道的水平位移，水平测力 装置负责测量控制水平方向加载装置水平荷载量。7. 整理试验数据，计算结果。利用测试的水平荷载-位移关系确定摩阻力， 利用摩阻力和竖向压力计算摩擦系数。与现有技术相比，本专利技术具有下有益效果本专利技术简单可靠、经济实用、加 工方便、操作简单，可以较准确地测量出地下管道和土体之间的摩擦系数和摩阻 力，测试直接简便，结果准确可靠。鉴于相当多的单位已经装备有较好的压力机、 反力墙等设备，本专利技术的动力部分要通过这些已有的设备来实现。附图说明图l为本专利技术的试验箱的结构示意图，其中(a)为剖面图，(b)为俯 视图，(C)为侧视图；图2为本专利技术的结构示意图；图3为孔径调节装置结构示意图，其中(a)为孔径是圆形孔的孔径调节 装置，(b)为孔径是半圆形孔的孔径调节装置；图4为本专利技术的实施例中测试得到了水平荷载-水平位移关系；图5为本专利技术的实施例中根据测试结果得到的摩阻力-法向应力关系。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例作详细说明本实施例在以本专利技术技术方案 为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护 范围不限于下述的实施例。如图1和图2所示，本实施例包括试验箱l、竖向加载系统2、水平方向 加载系统3，其中试验箱l为上方敞开，并设有竖向加载系统2，试验箱l的两相对侧面设有长圆形孔6，其中一侧面设有水平方向加载系统3，试验箱l内 填有土样5，待测管道4通过两侧面上的长圆形孔6穿过试验箱1。所述竖向加载系统2，包括竖向加载装置14、竖向荷载加载板8、竖向位移测试装置15、竖向测力装置，其中竖向荷载加载板8直接与土样上表面接触，竖向加载装置14与竖向荷载加载板8相连，竖向位移测试装置15设在竖向荷载加载板8上，竖向测力装置设在竖向加载装置14上。所述水平方向加载系统3，包括水平方向加载装置17、水平荷载加载板9、水平位移测试装置16、水平测力装置，其中水平荷载加载板9与待测管道4一端相连接，水平方向加载装置17与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地下管道与土体之间摩擦系数测试装置，其特征在于，包括：试验箱、竖向加载系统、水平方向加载系统，试验箱的上方开口，并设有竖向加载系统，试验箱两相对侧面设有长圆形孔，其中一侧面设有水平方向加载系统，试验箱内填有土样，待测管道通过试验箱两侧面上的长圆形孔穿过试验箱。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈锦剑，王建华，徐云峰，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]