[发明专利]一种土体与结构的接触面力学特性测试试样、制备方法以及测试方法

说明书

本发明提供了一种土体与结构的接触面力学特性测试试样、制备方法以及测试方法。其测试试样制作简单，方法易于实现，通过一个测试试样即可完成测试土体与测试结构之间的接触面各向受力时的力学特性测试，可用于测量静、动荷载作用下桩与土、沉垫与土以及管和土等接触面的各向力学特性。

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，特别涉及一种基于真三轴仪的测试土体与测试结构接触面力学特性测试试样、制备方法以及测试方法。

背景技术

近年来，我国展开了大规模的基础设施建设、能源开发和房地产等工程项目，其中涉及大量结构与土体的接触面力学行为问题。在结构表面通常不是光滑表面，甚至会存在具有方向性的纹理。当土体与结构的受力平面发生改变时，接触面力学相应会发生改变。

目前，多采用直剪和单剪试验探究接触面的力学特性，不能控制排水条件，结果不能很好地模拟接触面的受力状态。2012年刘平等申请的专利“一种桩土接触面力学特性测试装置和测试方法”(CN102628767B,2014-01-22)提出了一种基于常规土工三轴仪的桩土接触面力学特性测试装置和方法，可以便捷地测量土体的轴向变形和体积变形以及控制排水条件。该发明装置和方法适用于对桩基轴线方向上的桩土摩擦力学特性进行测试。2017年Reilly和Orr在《Tunnelling and Underground Space Technology》上发表的“Physicalmodelling of the effect of lubricants in pipe jacking”(2017，Vol.63，pp.44-53)一文中提出了一种基于常规三轴仪的测试装置对混凝土和土体间填充浆液的接触面力学行为进行研究。上述两个试验装置均基于常规三轴仪，故而其水平面内的两个主应力相等(σ₂＝σ₃)，对于每一试样只能测试单个方向上的土体与结构接触面力学特性。当结构表面存在纹理时，则要制作大量的试样，探究不同纹理方向下的接触面力学特性。试样制作成本比较高，而且试样的反复拆除和安装耗时比较长。

发明内容

本发明提出一种土体与结构的接触面力学特性测试试样、制备方法以及测试方法，用以解决通过同一试样测得测试土体与测试结构之间的接触面各个方向的力学性能。

为解决上述技术问题，本发明提供一种土体与结构的接触面力学特性测试试样，包括测试结构和测试土体，所述测试土体的形状与所述测试结构相匹配，以使两者组合形成正方体；

所述测试结构为直角三棱锥，正方体的所述测试试样的其中一个顶点为第一顶点，所述测试结构的直角顶点与第一顶点重合，所述直角三棱锥上与所述直角顶点邻接的三条侧棱分别和正方体的所述测试试样上与所述第一顶点邻接的三条边重合，并且，所述直角三棱锥上与所述直角顶点邻接的三条侧棱长度相等；

所述测试土体采用饱和土等向固结后形成。

进一步地，所述测试结构上侧棱的长度为所述测试试样边长的四分之三。

进一步地，所述测试试样的边长等于真三轴仪压力室的边长。

进一步地，所述测试结构与所述测试土体的接触面为正三角形。

进一步地，所述测试结构由混凝土或钢材料制成。

进一步地，所述测试结构与所述测试土体之间的接触面设置有纹理。

同时本发明还提供一种如权利要求1-6任一项所述的土体与结构的接触面力学特性测试试样的制备方法，包括以下步骤：

S1：将测试土体与测试结构组合形成一正方体样品，其中，所述测试结构为直角三棱锥，所述正方体样品的其中一个顶点为第一顶点，所述测试结构的直角顶点与第一顶点重合，所述直角三棱锥上与所述直角顶点邻接的三条侧棱分别和所述正方体样品上与所述第一顶点邻接的三条边重合，并且，所述直角三棱锥上与所述直角顶点邻接的三条侧棱长度相等，