[发明专利]试样帽、中空扭转界面剪切三轴仪及测试方法

说明书

本发明提供一种试样帽、中空扭转界面剪切三轴仪及测试方法，所述试样帽包括：试样帽基座和与所述试样帽基座固定连接的环形板，所述环形板用于与土样接触形成土‑结构界面；所述试样帽基座呈空心圆筒状，所述试样帽基座的筒壁内部设有排水管路，所述环形板上开设有通孔，所述排水管路靠近所述环形板的一端与所述通孔对应，所述排水管路远离所述环形板的一端用于连接界面孔压体变测量控制器。本发明可以准确获得界面孔隙水压力发展规律，更全面探究剪切速率、结构物粗糙度、循环荷载频率、循环应力比等参数对界面力学特性尤其是孔隙水压力特性的影响。

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体地，涉及一种试样帽、中空扭转界面剪切三轴仪及测试方法。

背景技术

饱和土与结构界面力学行为是土与结构相互作用研究中的重要组成内容。结构对土体的约束使得界面区域的力学性质与其它区域土体不同，而界面的力学响应又会对结构的受力变形造成重要影响。目前研究主要采用单剪、直剪和扭剪等试验手段，探讨了无黏性土和钢、混凝土、土工合成材料，以及黏土与混凝土、钢之间的接触特性。然而这些研究使用的直剪仪、单剪仪等装置均通过剪切速率来近似模拟不同的排水条件，存在一些明显不足：如无法精确控制实际试验过程中的排水状态，也无法准确反映剪切速率对界面强度特性的影响，由于缺乏乳胶膜等封闭装置也无法精确测量剪切过程中的孔压变化，而且剪切盒对土样约束作用强，可能会导致界面应力、变形不均匀。

经对现有技术文献检索发现：

申请号：202110779192.0，发明名称：一种智能化自旋式空心圆柱界面剪切仪及其测试方法，申请公布号：CN 113640213 A，申请公布日2021.11.12，该方法公开了一种智能化自旋式空心圆柱界面剪切仪及其测试方法，用以解决直剪试验中不能够测试孔隙水压力及只能够进行小位移条件下界面摩擦力的不足，解决环剪仪中不能够测试复杂应力条件下不同岩土体界面摩擦力和只能使用平均剪应力和剪切位移的不足。该专利核心原理为空心圆柱土体试样内部穿插一实心圆柱，通过扭转实心圆柱实现界面剪切。该方法虽然引入了孔隙水压力测量，但是测得空心圆柱试样底部孔压，而不是与实心圆柱界面上的孔压，对于渗透系数低的黏性土试样，其底部孔压与界面位置处孔压发展并不完全一致，误差较大。此外，该测试方法只能进行静力剪切，无法实现进行界面动力剪切试验。

综上所述，对于饱和土-结构物界面，内部孔隙水压力对界面力学性质有不可忽视的影响，现有试验方法尚未对孔隙水压力影响下的土和结构界面静动力学行为进行全面研究，无法准确控制土样的排水条件，直接套用已有试验结果会造成对实际情况的误判，带来安全风险。因此需要引入新的试验手段和方法来对土-结构界面静动力学特性进行深入研究，准确获得界面孔隙水压力发展规律，探究剪切速率、结构物粗糙度、循环荷载频率、循环应力比等参数对界面力学特性尤其是孔隙水压力特性的影响，更好地指导工程实践。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种试样帽、中空扭转界面剪切三轴仪及测试方法。

本发明试通过以下技术方案实现的：

根据本发明的第一方面，提供一种用于中空扭转界面剪切三轴仪的试样帽，包括：试样帽基座和与所述试样帽基座固定连接的环形板，所述环形板用于与土样接触形成土-结构界面；

所述试样帽基座呈空心圆筒状，所述试样帽基座的筒壁内部设有排水管路，所述环形板上开设有通孔，所述排水管路靠近所述环形板的一端与所述通孔对应，所述排水管路远离所述环形板的一端用于连接界面孔压体变测量控制器。

进一步地，所述排水管路的直径与所述通孔的孔径相同；所述通孔内填设有透水石，所述透水石上覆盖有滤纸。

进一步地，所述环形板的表面粗糙度根据模拟的工程结构物确定。

进一步地，所述环形板通过螺栓与所述试样帽基座固定连接；所述环形板与所述试样帽基座之间设有密封垫片。