一种可进行饱和、固结并可考虑温度效应的多功能界面剪切装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种可进行饱和、固结并可考虑温度效应的多功能界面剪切装置，该装置包括剪切装置主体，可移动反压室，加载和测量系统和可拆卸温度模块；剪切装置主体包括底座槽、支撑臂、可升降土盒和可拆卸剪切板；所底座槽贴近可升降土盒内侧的位置开有滤纸槽，滤纸槽内插有滤纸条，滤纸条与可升降土盒内壁紧贴，可保证试验土体在固结时进行排水，还可避免细粒土固结时漏浆。本发明专利技术装置可以解决传统剪切装置固结时的漏浆问题，使土体在装置内进行重塑固结，也可以得到固结压缩曲线。本发明专利技术可以进行反压饱和，控制排水条件，也可以对试验过程进行可视化观测和处理。同时，本发明专利技术将弯曲元和温度控制模块集成在一台仪器上，提高了本仪器的综合性能。仪器的综合性能。仪器的综合性能。

【技术实现步骤摘要】
一种可进行饱和、固结并可考虑温度效应的多功能界面剪切装置


[0001]本专利技术涉及一种可进行饱和、固结并可考虑温度效应的多功能界面剪切装置及其使用方法，属于土工试验仪器


技术介绍

[0002]在岩土工程领域，土体与结构的界面性质是重要的研究课题之一。在不同的工况下，土体与桩、锚和管道等直接接触，界面特性对的准确评估对于施工设计、安全性计算等具有重大影响。尤其是桩基础主要依靠桩侧摩阻力以及桩端阻力来承受上部结构荷载，而桩侧摩阻力受多种因素影响，研究桩－土间的剪切特性具有重要的工程意义。结构物
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土界面的力学性质不仅取决于土体自身的性质，也受结构物材料和结构的影响，较为复杂。目前研究结构物
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土的方法主要有两种，分别是数值分析和试验方法。其中试验方法主要使用剪切装置、单剪仪、环剪仪等，其中剪切装置和单剪仪由于原理简单、受力明确、操作简便等优点应用广泛，但是存在以下缺陷：
[0003]1、目前的大多数剪切装置大多只能使土体的达到特定的法向应力，而无法实现土体尤其是细粒土重塑固结。因为土框与剪切板之间的摩擦力较大，并且在不同固结压力下的试验中，摩擦力产生变化难以测量，所以目前的装置普遍在界面处开有细缝。但是对于细粒土的重塑过程，泥浆处于流塑状态，会从缝隙中漏出流失，导致固结过程无法完成。即使土体经过预固结，不但导致流程复杂、时间大幅增加，而且也会有一定的漏浆现象，泥浆填充于缝隙中，剪切过程中产生额外阻力，使得所测得界面应力测量产生较大误差。同时漏浆也会导致底部的土体浸泡在水中，导致该位置处的土体固结不均匀。
[0004]2、如今许多结构广泛运用于海洋工程中，或者位于地下水位线以下。与常规土体相比，该环境中存在较大的水压力。如今的剪切装置普遍无法实现高水压力下的界面剪切试验，无法模拟真实的孔压环境。并且在大多数土工试验中，土体饱和度对试验影响较大，而常孔隙水压力环境下很难实现较高的饱和度。
[0005]3、海洋环境中昼夜温差大，并且从岸滩到深海温度变化较大。并且新兴的能源桩既可以承载上部结构的荷载，同时也能进行地热能的传导，使得温度场沿桩身分布梯度较大。但是目前传统剪切装置仅可在室温下进行试验，无法实现在不同温度下研究界面特性。
[0006]4、目前的界面剪切设备，底座往往与基座通过螺栓等相连，并且形状不够规则。在加工和更换方面，均存在较大不便性，对于不同的试验条件，会导致较大的时间成本。
[0007]5、由于细粒土的粘性和遇水后的流塑性，传统的剪切装置不便于拆卸和清理，影响试验效率和试验进度。
[0008]基于上述背景，为了更好地研究结构
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土界面处的力学特性和细观机制，本专利技术提出了一种可进行饱和、固结并可考虑温度效应的多功能界面剪切装置。

技术实现思路

[0009]本专利技术旨在针对现有剪切装置中的技术不足，提供一种可进行饱和、固结并可考虑温度效应的多功能界面剪切装置及其使用方法。该剪切装置不仅解决漏浆问题可进行泥浆重塑固结，还可进行反压饱和，结合弯曲元和可视化手段，针对不同土体和不同界面，可研究不同温度下的土与结构的界面力学特性和细观机制。
[0010]本专利技术采取以下技术方案：
[0011]一种可进行饱和、固结并可考虑温度效应的多功能界面剪切装置，包括剪切装置主体，可移动反压室，加载和测量系统和可拆卸温度模块；
[0012]所述剪切装置主体包括底座槽、与底座槽固定连接的支撑臂、可沿支撑臂上下运动的可升降土盒、以及可拆卸剪切板；所述的可升降土盒上下敞口；所述的可拆卸剪切板安装于底座槽中，与可升降土盒形成的空间用于容纳试验土体，试验土体上设有透水石；所述底座槽贴近可升降土盒内侧的位置开有滤纸槽，所述滤纸槽内插有滤纸条，所述滤纸条与可升降土盒内壁紧贴，用于保证试验土体在固结时进行排水，同时又可以避免细粒土固结时的漏浆问题；所述基座上设有水平滑轨，所述底座槽通过水平滑轨固定于基座上并在水平滑轨上水平移动，以实现可拆卸剪切板与试验土体之间的剪切；所述的基座上设有止水带；
[0013]所述可移动反压室包括压力室以及设于压力室上部的法向加载板；所述法向加载板置于所述透水石上；所述压力室套设于剪切装置主体的外侧，其底部贯通，压力室的底端与所述止水带直接接触，从而包裹剪切装置主体形成密封环境；所述压力室上开有气压平衡口，所述压力室上设有GDS体积控制器，在需要反压的试验中通过GDS体积控制器提供反压环境，从而对试验土体进行反压饱和，以达到较高的饱和度，或者用于模拟特定的水深环境；
[0014]所述加载和测量系统用于对试验土体进行力和位移的控制及记录；
[0015]所述可拆卸温度模块包括通水铜管、高精度温度传感器、温度调控系统；所述通水铜管设于底座槽中，用于对可拆卸剪切板进行温度控制，从而使界面达到特定温度；所述通水铜管通过进水口和出水口与高精度温度传感器和温度调控系统相连。
[0016]所述底座槽上滤纸槽的宽度为0.3mm，深度为1
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2mm，所述滤纸条的下边位于滤纸槽内，其上边紧贴可升降土盒内侧。
[0017]所述支撑臂上设有升降滑轨，所述可升降土盒设于升降滑轨上，并可在所需高度处进行固定。
[0018]所述基座底部开有注水口，所述法向加载板上开有排水孔。
[0019]所述加载和测量系统包括法向伺服加载系统、轴力传感器、竖向位移传感器、孔压计、弯曲元、切向液压伺服加载系统和微距相机；所述法向伺服加载系统设于可移动反压室顶部，与法向加载板相连；所述的轴力传感器和竖向位移传感器设于法向伺服加载系统和法向加载板之间；所述孔压计安装于底座槽内，用于测量界面中部的孔隙水压力；所述弯曲元位于可升降土盒的底部，随着剪切位移的进行，用来测量和分析剪切模量变化；所述切向液压伺服加载系统设于底座槽内，用于对底座槽进行加载；所述的微距相机设于可移动反压室外侧，用于对剪切过程进行记录。
[0020]在所述可移动反压室上微距相机所对的位置采用透明材料。
[0021]所述微距相机的拍摄方向垂直于剪切方向，其拍摄位置为土体剪切带，用于记录剪切过程中的剪切变形，可结合PIV技术分析位移场变化。
[0022]所述高精度温度传感器均布于底座槽内，用于测量温度是否达到预定值，以及温度分布是否均匀。
[0023]所述可升降土盒与可拆卸剪切板的横截面形状有关；当可拆卸剪切板为圆形时，可升降土盒为空心圆形，当可拆卸剪切板为方形时，可升降土盒为空心方形。
[0024]所述的可进行饱和、固结并可考虑温度效应的多功能界面剪切装置，可进行以下试验：饱和重塑土的剪切试验、原状土的剪切试验、不排水剪切试验以及温度
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剪切耦合试验；
[0025]所述饱和重塑土的剪切试验，过程如下：先将可移动压力室移动到一边，将可升降土盒上升到最高位置，然后将可拆卸剪切板安装于底座槽中；随后将可升降土盒下降至其底部距离可拆卸剪切板0.1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可进行饱和、固结并可考虑温度效应的多功能界面剪切装置，其特征在于，包括剪切装置主体，可移动反压室，加载和测量系统和可拆卸温度模块；所述剪切装置主体包括基座(106)、底座槽(104)、与底座槽(104)固定连接的支撑臂(103)、可沿支撑臂(103)上下运动的可升降土盒(101)、以及可拆卸剪切板(111)；所述的可升降土盒(101)上下敞口；所述的可拆卸剪切板(111)安装于底座槽(104)中，与可升降土盒(101)形成的空间用于容纳试验土体，试验土体上设有透水石(206)；所述底座槽(104)贴近可升降土盒(101)内侧的位置开有滤纸槽(112)，所述滤纸槽(112)内插有滤纸条(110)，所述滤纸条(110)与可升降土盒(101)内壁紧贴，用于保证试验土体在固结时进行排水，同时又可以避免细粒土固结时的漏浆问题；所述基座(106)上设有水平滑轨(109)，所述底座槽(104)通过水平滑轨(109)安装于基座(106)上并可在水平滑轨(109)上水平移动；所述的基座(106)上设有止水带(105)；所述可移动反压室包括压力室(201)以及设于压力室(201)上部的法向加载板(204)；所述法向加载板(204)置于所述透水石(206)上；所述压力室(201)套设于剪切装置主体的外侧，其底部贯通，压力室(201)的底端与所述止水带(105)直接接触，从而包裹剪切装置主体形成密封环境；所述压力室(201)上开有气压平衡口(203)，所述压力室(201)上设有GDS体积控制器(304)，在需要反压的试验中通过GDS体积控制器(304)提供反压环境，从而对试验土体进行反压饱和，以达到较高的饱和度，或者用于模拟特定的水深环境；所述加载和测量系统用于对试验土体进行力和位移的控制及记录；所述可拆卸温度模块包括通水铜管(401)、高精度温度传感器(402)、温度调控系统(403)；所述通水铜管(401)设于底座槽(104)中，用于对可拆卸剪切板(111)进行温度控制，从而使界面达到特定温度；所述通水铜管(401)通过进水口和出水口与高精度温度传感器(402)和温度调控系统(403)相连。2.根据权利要求1所述的一种可进行饱和、固结并可考虑温度效应的多功能界面剪切装置，其特征在于，所述滤纸条(110)的下边位于滤纸槽(112)内，其上边紧贴可升降土盒(110)内侧。3.根据权利要求1所述的一种可进行饱和、固结并可考虑温度效应的多功能界面剪切装置，其特征在于，所述支撑臂(103)上设有升降滑轨(102)，所述可升降土盒(101)设于升降滑轨(102)上，可以上下移动并可在所需高度处进行固定。4.根据权利要求1所述的一种可进行饱和、固结并可考虑温度效应的多功能界面剪切装置，其特征在于，所述基座(106)底部开有注水口(107)，所述法向加载板(204)上开有排水孔(205)。5.根据权利要求1所述的一种可进行饱和、固结并可考虑温度效应的多功能界面剪切装置，其特征在于，所述加载和测量系统包括法向伺服加载系统(301)、轴力传感器(302)、竖向位移传感器(303)、孔压计(305)、弯曲元(306)、切向液压伺服加载系统(307)和微距相机(308)；所述法向伺服加载系统(301)设于可移动反压室顶部，与法向加载板(204)相连；所述的轴力传感器(302)和竖向位移传感器(303)设于法向伺服加载系统(301)和法向加载板(204)之间；所述孔压计(305)安装于底座槽(104)内，用于测量界面的孔隙水压力...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玲玲，杨华，芮圣洁，徐航，朱嵘华，张勋奎，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：