[发明专利]桩土滑动摩擦测试方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种桩土之间静摩擦和滑动摩擦模拟测试方法，属于桩土之间静摩擦与摩擦摩擦测试的创新技术。

背景技术：

随着静压桩的大规模使用，静压桩的理论研究引起了工程界的重视。静压桩的沉桩机理、承载力的时效性等理论都与桩土之间的摩擦密切相关。因此，桩土之间的摩擦问题引起了众多的学者的注意，不少学者进行了桩土之间的室内摩擦试验。然而，国内外尚无专门测试桩土之间静摩擦力和滑动摩擦力的试验仪器，都是在直接剪切仪、环剪仪或设计特殊的模型试验进行。其中、环剪仪仪器较贵，模型试验费时费力，成本高，而直接剪切仪最为简单直接，且试验费用低，因此目前采用最多的试验仪器为直接剪切仪。但是直剪仪剪切速度较慢，桩土之间的摩擦达不到沉桩过程中的滑动速度、剪切过程中的剪切面积有变化、不能模拟桩遇到持力层时桩土之间摩擦力的变化等缺点，并不能很好的反映静压桩沉桩过程中桩土之间的摩擦。为了准确地模拟静压桩沉桩过程中桩土之间的摩擦问题，对直接剪切仪进行了改进，使之满足研究的要求。

发明内容：

为了模拟沉桩过程中桩土之间的滑动摩擦，本发明对直剪仪进行了改进，并设计了专门的下剪切盒(见图3)，通过设计桩体材料宽度6.5cm，略大于土样直径，以确保在整个摩擦过程中接触面积始终保持不变，避免了传统直接剪切过程中面积变化的缺点，长度为10cm，保证足够的位移进行滑动摩擦；下剪切盒还设有弹簧，模拟桩端遇到较硬土层时对桩土之间摩擦力的影响，弹簧可按实际场地持力层的压缩模量进行设置，利用不同压缩模量的弹簧可模拟不同桩端遇到不同土层桩侧阻力的变化规律；从静止到滑动开始时对应的摩擦力是静摩擦力，滑动过程中测得滑动摩擦力。常规剪切仪的剪切速度较小，通常小于0.8mm/min，远小于2～3m/min的沉桩速度，因此改进了直剪仪的剪切速度。试验仪器是在直剪仪的基础上进行改造，试验过程于直剪仪类似。试验装置原理图见图2，可分为：剪切盒(包括上剪切盒与下剪切盒，上剪切盒同常规直剪仪、下剪切盒则改进为如图3所示)、加荷装置和量测装置四个部分组成。整个试验装置共分为剪切传动机构、垂直加载系统、平衡锤及砝码四个部分(见图1)。

图1(试验装置图)及图2(试验装置原理图)各部分说明如下：1.剪切传动机构；2.垂直加载系统；3.平衡锤；4.砝码；5.下剪切盒；6.桩体材料；7.上剪切盒；8.透水石；9.活塞；10.土样；11.量力环；12.量表；13.标尺；14.弹簧；15.滚珠。

附图说明：

图1  试验装置图

图2  试验装置原理图

图3  下剪切盒

具体实施方式：

(1)安装试样，桩体材料试样制成100mm×65mm，土样直径为61.8mm，高2mm。桩体材料试样和土样在试验前进行饱和。

(2)施加垂直向荷载，试验在不同的垂直荷载下进行，试验荷载按100kPa，200kPa，300kPa，400kPa施加，试验过程中调整平衡锤，保证试样承受垂直压力。

(3)施加水平向剪应力使土样与桩体材料之间进行摩擦，从静止到滑动，由量力环中百分表测的峰值确定极限静摩擦力f_su：

f_su＝cR      (1)

式中R为量力环百分表读数(0.01mm)，c为量力环率定系数(kPa/0.01mm)。滑动摩擦时(弹簧未起作用)由量力环中百分表的稳定读数按式(1)确定滑动摩擦力；弹簧起作用后，弹簧变形分别为1cm，2cm，3cm时对应的量力环中百分表的读数确定桩受持力层影响时的滑动摩擦力变化。

(4)根据不同垂直荷载下的摩擦力，确定静止摩擦系数、滑动摩擦系数及受持力层影响时的摩擦系数。

(5)清理试验装置，悉心维护。