一種用于室內試驗樁土界面的環剪儀及檢測方法與流程

本發明涉及不同圍壓不同類型樁土界面剪切特性的室內試驗設備，尤其涉及一種用于室內試驗樁土界面的環剪儀及檢測方法。

背景技術：

樁基礎是一種重要的基礎形式，在鐵路、公路、橋梁、港口碼頭、高層建筑等工程中應用廣泛。樁基礎在承受上部樁頭豎向荷載時，樁和樁周土體之間產生相對位移或位移趨勢，使得樁側摩擦阻力發揮作用，進而將樁頭荷載逐漸向樁周土體傳遞。由此可見，樁側摩阻力是單樁承載力的重要組成部分，如何確定樁土之間界面剪切性狀是設計的關鍵問題，也是研究樁基承載力和沉降的重要力學問題。目前，確定樁土界面摩擦特性的試驗方法主要有現場足尺試驗法和室內模型試驗法。現場足尺試驗雖然直觀可靠，但是費用高，時間長，抽樣率低，室內模型試驗可以彌補這些缺陷，模擬樁基中的樁土相互作用特性，從而為獲得合適的設計參數提供了一種可靠的方法。現在，國內外所做的研究主要針對淺層低圍壓的樁土界面，對深層土體高圍壓下的樁土界面剪切特性研究非常少。而超長樁的樁長一般超過70m，目前低圍壓的樁土界面剪切關系對深層高圍壓的情況就不一定適用。因此，要揭示超長樁的樁土荷載傳遞機理和承載特性，需要對深層高圍壓下樁土界面剪切關系進行全面研究。因此，研制一種用于樁土界面剪切特性室內試驗的高圍壓大型界面環剪儀十分必要。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種用于室內試驗樁土界面的環剪儀，能夠對不同類型樁在不同圍壓和不同土體類型的多種工況下，得到樁土界面剪應力-應變的關系曲線，并分析界面摩擦角與法向應力、剪切應變的關系。為此，本發明提供以下技術方案：

一種用于室內試驗樁土界面的環剪儀，包括扭剪裝置、豎向壓力伺服裝置、支架、位移計及樣本剪切盒，所述扭剪裝置處于環剪儀的底部，所述樣本剪切盒安裝在下底板上，所述下底板與扭剪裝置轉動連接，所述豎向壓力伺服裝置壓在所述樣本剪切盒上方，所述位移計安裝在豎向壓力伺服裝置上并用于檢測樣本剪切盒位移的數據，所述樣本剪切盒中設置有被檢測土樣及樁體樣本。

在采用上述技術方案的基礎上，本發明還可采用以下進一步的技術方案：

所述環剪儀的支架上設有限位器，所述限位器用于限制樣本剪切盒的高度。

所述環剪儀上部還設有高度調節器,所述高度調節器用于調環剪儀的節高度及角度，確保氣缸產生的氣壓均勻地施加在載荷板上，再進一步傳遞給樁土。

所述樣本剪切盒包括上剪切盒和下剪切盒，所述上剪切盒用于放置土樣，所述下剪切盒用于放置樁體樣本，上剪切盒和下剪切盒的界面處為剪切面。

所述樣本剪切盒為環狀，所述樣本剪切盒外側設置觀察視窗。

本發明還包括一種環剪儀的檢測方法，將土樣上表面固定，并施加法向應力在上剪切盒的上部，下剪切盒的下部施加扭矩進環向剪切，上剪切盒和下剪切盒的界面處為剪切面；

測得向荷載、旋轉力偶矩和角位移，通過力偶矩和角位移換算得到抗剪強度和剪切變形。

在環形旋轉剪切過程水平面的剪切變形隨半徑是變化的，平均剪應力和平均剪切位移，計算公式為：

其中M為界面扭矩，單位為N/m，R₂為剪切盒外環半徑，R₁為剪切盒內環半徑，單位為m，τ為剪切界面上的平均剪切應力，單位為Pa，為平均扭轉剪切速度，單位為m/min，t為剪切時間，單位為min，S為剪切位移，單位為m。

由于采用本發明的技術方案，本發明的有益效果為：本發明能用于檢測樁土界面剪切特性，能夠通過室內試驗的方法測得有效數據，成本低，可行性高。本發明能夠對不同類型樁在不同圍壓和不同土體類型的多種工況下進行測驗。

附圖說明

圖1是本發明提供的一種用于室內試驗樁土界面的環剪儀立體圖。

圖2是本發明提供的一種用于室內試驗樁土界面的環剪儀剖視圖。

圖3是本發明提供的環剪儀測驗受力分析示意圖。

具體實施方式

如圖所示，一種用于室內試驗樁土界面的環剪儀，包括扭剪裝置9、豎向壓力伺服裝置2、支架11、位移計3及樣本剪切盒，所述扭剪裝置9處于環剪儀的底部，所述樣本剪切盒安裝在下底板上，所述下底板與扭剪裝置轉動連接，所述豎向壓力伺服裝置壓在所述樣本剪切盒上方，所述位移計安裝在豎向壓力伺服裝置上并用于檢測樣本剪切盒位移的數據，所述樣本剪切盒中設置有被檢測土樣及樁體樣本。

所述環剪儀的支架上還設有限位器4，所述限位器用于限制樣本剪切盒的高度。

所述環剪儀上部設有高度調節器1。

所述樣本剪切盒包括上剪切盒5和下剪切盒6，所述上剪切盒5用于放置土樣7，所述下剪切盒6用于放置樁體樣本8，上剪切盒5和下剪切盒6的界面處為剪切面。

所述樣本剪切盒為環狀，所述樣本剪切盒外側設置觀察視窗。

一種環剪儀的檢測方法，將土樣上表面固定，并施加法向應力在上剪切盒的上部，如圖3所示，下剪切盒的下部施加扭矩進環向剪切，上剪切盒和下剪切盒的界面處為剪切面；

測得向荷載、旋轉力偶矩和角位移，通過力偶矩和角位移換算得到抗剪強度和剪切變形。

在環形旋轉剪切過程水平面的剪切變形隨半徑是變化的，平均剪應力和平均剪切位移，計算公式為：

其中M為界面扭矩，單位為N/m，R₂為剪切盒外環半徑，R₁為剪切盒內環半徑，單位為m，τ為剪切界面上的平均剪切應力，單位為Pa，為平均扭轉剪切速度，單位為m/min，t為剪切時間，單位為min，S為剪切位移，單位為m。