[发明专利]接触面剪切三轴测试装置及方法

说明书

本发明涉及接触面剪切三轴测试装置及方法，所述装置包括试样装置、压力室、加压装置和数据采集装置。试样装置的底座为复合型底座，空心圆柱体状试样的底座为固定型，与空心圆柱体状试样内部接触的芯柱状试样底座可以上下移动；加压装置由周围压力和反压力调节装置组成；数据采集装置用于土体的轴向位移及体积变形、轴向力、孔隙水压力的数据采集。试验过程中荷载的施加及控制、剪切速率的设定和轴向位移、体积变形、孔隙水压力的数据采集均由计算机控制。本发明装置及方法可测试不同土体接触面在复杂应力路径条件下的受力变形特性，实现土体接触面三轴剪切的室内试验研究，装置简单易操作，试验成本低。

技术领域

本发明属于接触面剪切试验装置技术领域，具体涉及一种接触面剪切三轴测试装置及方法。

背景技术

原位试验的场地条件完全真实，其试验结果相对可靠，但对于港口码头、高坝大库、桥梁隧道、地基基础、深海岩土等工程中的同种性质材料或不同性质材料的接触面问题，由于所处环境介质复杂、多相多场相互作用强烈、时空跨度大，进行现场全过程监测难度较大，而且成本较高。相比之下，室内模型试验在揭示接触面的作用机理、验证科学理论和解决工程技术难题时，更为灵活有效。

目前，在接触面三轴剪切的相互作用分析中，基本都是考虑桩-土相互作用问题，而且对于研究土体中水的渗流、土层固结、应力水平、初始状态等因素的影响存在较大难度。人们对接触面相互作用的研究已取得一定成就，上海交通大学陈锦剑等人针对基坑开挖卸荷会导致桩基承载力损失和引起桩身拉力作用所带来的安全问题，研制了一套可控制复杂应力状态变化的桩土接触面三轴模拟试验仪，可以实现复杂应力状态下桩土接触面相互作用特性研究，该试验仪三轴压力室内接触面的法向应力采用气压加载，最大荷载为600kPa。该设备不适用于岩土材料接触面在三轴剪切作用下的摩擦特性，而且三轴压力室的荷载较小，难以满足高坝大库的要求。目前，对于同种或不同种岩土体的接触面在三轴剪切作用下的摩擦特性研究较少，尚无相应的试验测试装置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有试验技术缺陷，提供一种接触面剪切三轴测试装置及方法，用于在室内试验中测量同种性质材料或不同性质材料之间接触面在复杂应力路径条件下及不同初始状态下的受力变形特性，从而实现接触面三轴剪切的室内试验研究。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种接触面剪切三轴测试装置，包括试样装置、压力室、加压装置和数据采集装置；

所述试样装置设置于压力室内，包括试样底座、试样帽及设置于试样底座上的试样；所述底座为复合型底座，包括空心环状固定底座及中间的圆形底座，圆形底座相对于空心环状固定底座可以发生垂直位移；空心环状固定底座上放置空心圆柱体状试样，圆形底座上放置芯柱状试样；芯柱状试样和空心圆柱体状试样顶部设有试样帽；

所述压力室上方设有排气孔；

所述加压装置通过相应管路与空心环状固定底座相连并向试样施加压力，加压装置包括周围压力调节装置和反压力调节装置；

所述周围压力调节装置通过周围压力管路连接至空心环状固定底座，与压力室相连通，通过压力室向试样施加周围压力；

所述反压力调节装置通过反压力管路连接至空心环状固定底座，与试样相连通，向试样直接施加反压力；

所述数据采集装置用于采集试样在固结过程中的体积变形数据及剪切过程中的轴向位移、轴向力、孔隙水压力及体积变形数据。

本发明的装置，试样底座为复合型底座，空心圆柱体状试样的底座为固定型，与空心圆柱体状试样内部接触的圆形底座可以上下移动，继而可以实现芯柱状试样相对空心圆柱体状试样发生相对位移；压力室为透明有机玻璃，通过压力室施加周围压力使土样均匀受压；加压装置由周围压力调节装置和反压力调节装置组成，实现不同应力路径条件及不同初始状态下的接触面三轴剪切室内试验。