[发明专利]一种可变温桩土作用大型直剪仪

说明书

技术领域

本发明属于土木工程试验设备技术领域，涉及一种可变温桩土作用大型直剪仪，适用于在温度、外荷载耦合作用下，各种桩体材料如混凝土、钢材和木材等与土(石)接触面力学性质的研究。

背景技术

桩土界面剪切特性受到国内外专家学者的重视，产生了很多室内桩土界面直剪设备，然而这些设备都未考虑温度效应，在室温下进行试验。

地热能源桩作为一种清洁而高效的能源系统得到越来越多的应用，由于桩基在荷载和温度耦合作用下，对桩基的承载特性造成不利影响，尤其是长期循环温度作用下桩土界面相互作用特性会产生显著的变化。目前国内外学者对此研究较少，多为现场试验，仅有Bill Wang进行了模型桩室内温度荷载下试验，但该模型不能改变土与桩界面的法向荷载。

大型桩土界面直剪仪经常用来研究桩土界面剪切特性，具有控制条件明确、操作简单且试验可重复性强等特点，但至今国内外没有一种可以考虑温度作用下进行桩土界面剪切的直剪仪。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种能根据不同温度，研究不同桩体材料与土(石)的界面剪切性能的可变温桩土作用大型直剪仪。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种可变温桩土作用大型直剪仪，包括：

反力架；

上剪切盒，固定于反力架上，所述上剪切盒用于容置试样；

法向加载机构，设置在上剪切盒上方并可对试样施加法向应力；

下剪切盒，活动安装在反力架上且位于上剪切盒下方，所述下剪切盒用于容置桩体试块；

水平向加载机构，与下剪切盒相连并可带动下剪切盒水平位移；

恒温加热系统，与桩体试块相连并可对桩体试块进行加热。

作为本发明的进一步改进，所述恒温加热系统模拟地热能源桩加热方式对桩体试块进行加热，再传热至试样，在桩土界面形成温度变化。

作为本发明的进一步改进，所述恒温加热系统包括加热池和置于加热池内的导热液，所述导热液通过导热管与桩体试块相连，在加热池内达到恒定温度，可对桩体试块进行恒温加热。

作为本发明的更进一步改进，所述导热管穿过桩体试块，在加热池内还设有用于将导热液泵入导热管的潜水泵。

作为本发明的更进一步改进，所述恒温加热系统还包括用于加热导热液的电加热管、没入导热液内的测温探头、智能温控器，所述智能温控器分别与电加热管、测温探头电气连接。

作为本发明的又一种改进，所述恒温加热系统可对桩体试块进行反复升温降温。

作为本发明的进一步改进，所述上剪切盒一侧面设置为有机玻璃挡板，并用肋条固定。

作为本发明的进一步改进，在上剪切盒上端盖设有加压板，所述法向加载机构设置为与加压板相连的法向油缸，所述法向油缸通过第一固定结构安装于反力架上。

作为本发明的进一步改进，所述下剪切盒通过导轨活动安装在反力架上。

作为本发明的进一步改进，所述水平向加载机构设置为与下剪切盒相连的水平向油缸，所述水平向油缸通过第二固定结构安装于反力架上，并在下剪切盒外连接有位移传感器，所述位移传感器和水平向油缸分列下剪切盒两侧，且二者均处于下剪切盒位移轨迹方向上。

基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：本可变温桩土作用大型直剪仪不仅包括上剪切盒、下剪切盒、法向加载装置、水平向加载装置，还设置了恒温加热系统，可以考虑温度作用下进行桩土界面剪切，工作时，上剪切盒固定在反力架上，并将土(石)试样装入上剪切盒，同时使法向加载机构向试样施加平均分布的法向应力，预设时间后，驱动水平向加载机构带动装有桩体试块的下剪切盒在反力架上移动，下剪切盒与反力架之间的摩擦力可忽略不计，主要为桩体试块和土样的界面摩擦力；而上述恒温加热系统在剪切试验前可先对试样进行预设时间的加热处理，对桩体材料试块进行加热，并传递到土(石)试样中，研究升温作用下桩土界面剪切特性的变化，整体直剪仪结构设计合理、紧凑，使得本发明能根据不同温度，研究不同桩体材料与土(石)的界面剪切性能。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1是本发明一较佳实施例的结构示意图。

图2是本发明一较佳实施例中上剪切盒的结构示意图。

图3是本发明一较佳实施例中恒温加热系统的结构示意图。