[发明专利]利用三轴仪测定饱和土与结构外摩擦角的测试试样和方法

说明书

本发明提供了一种利用三轴仪测定饱和土与结构外摩擦角的测试试样和方法，测试试样整体为圆柱体，由结构试样和土体试样两部分组成，结构试样为被斜切的半圆柱体方法包括：对土体进行三轴剪切试验并则获得土体的内摩擦角；根据土体内摩擦角，利确定结构试样与土样之间的倾角，根据结构倾角以及实际工程对应的粗糙度，制作结构试样；将结构试样与土样组合成测试试样，饱和以及固结后，进行三轴剪切试验，获得饱和土体与结构的外摩擦角。本发明能够更准确地控制排水条件，更符合工程实际，更加适合工程和设计需要；根据界面力学特性，按照需要对结构物进行定制，可以更深入探讨外摩擦角的影响因素；试验原理简单，操作方便，易于实现。

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，特别涉及一种利用三轴仪测定饱和土与结构外摩擦角的测试试样和方法。

背景技术

土体与结构接触面是土与结构之间应力和变形相互传递的重要媒介，在土木、水利、建筑、交通、市政、海洋等工程中普遍存在。土体与结构接触面摩擦性质在实际工程中有着重要的意义，而土体与结构外摩擦角及其对应的摩擦系数是工程应用中的一个重要强度指标。涉及到土体与结构接触问题，土体与结构外摩擦角对于实际工程设计和数值模拟分析来说，都是至关重要的参数。正确选取土与结构外摩擦角能够降低工程风险，减少工程事故发生，节约经济成本，具有重要的工程意义。

目前，测定土体与结构外摩擦角的方法主要有直剪和单剪试验，也有一些研究人员利用拉拔试验或者环剪试验来测定土体与结构外摩擦角。但拉拔试验一般针对土体与土工合成材料之间的摩擦角和摩擦系数测定，并不适用于土体与结构物外摩擦角测定，而环剪试验则操作复杂、试验过程中应力分布不均，因此应用较为广泛的还是用直剪试验和单剪试验来确定土与结构外摩擦角。

经对现有技术文献检索发现：

申请号：201811335513.2，发明名称：一种确定砂土-结构界面摩擦系数的方法，公开号：CN109459381A，公开日2019.03.12，该方法公开了一种确定砂土-结构界面摩擦系数的方法，可确定的两个摩擦系数，一个是常体积状态下的界面摩擦系数，另一个相变线所对应的界面摩擦系数。该专利核心原理依然利用基于直剪仪的界面剪切仪，来进行多组试验获得对应的外摩擦系数。但无论是直剪仪或单剪仪都只能通过剪切速率来近似模拟不同的排水条件，无法精确控制实际试验过程中的排水状态；由于缺乏乳胶膜等装置也无法精确测量剪切过程中的孔压变化，使得所测的外摩擦角不能准确反映实际工况，造成较大误差，直接应用到实际工程可能会带来设计风险。综上所述，提出一种安全、可靠的方法来确定土体与结构外摩擦角具有十分重要的意义。

发明内容

本发明针对现有试验装置在测定土体与结构外摩擦角方面的不足，提供了一种利用三轴仪三轴仪测定饱和土与结构外摩擦角的测试试样和方法，采用该测试试样和方法确定的土体与结构外摩擦角与实际情况更加相符。

本发明是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的一个方面，提供了一种利用三轴仪测定饱和土与结构外摩擦角的测试试样，包括结构试样和土体试样，所述结构试样和土体试样分别采用被斜切的半圆柱体结构；工作状态下，所述土体试样和结构试样上下接触组合形成测试试样，所述土体试样和结构试样之间的接触面为椭圆形平面。

优选地，所述测试试样采用如下任意一种尺寸：

-直径为39.1mm，高为80mm；

-直径为61.8mm，高为120mm；

-直径为101mm，高为200mm。

优选地，所述结构试样根据工程实际采用混凝土或钢制备得到。

根据本发明的另一个方面，提供了一种利用三轴仪测定饱和土与结构外摩擦角的方法，包括：