[发明专利]一种用于锚或桩与土界面摩阻性能试验的样坯制作装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及房建、公路、铁路、市政、矿山等工程中经常使用的锚杆或桩基试验技术，尤其涉及一种用于锚或桩与土界面摩阻性能试验的样坯制作装置及方法。

背景技术

锚杆和桩基技术被广泛应用于房建、公路、铁路、市政、矿山等工程领域，其承载力试验通常在室外原位进行。近年来，有部分高校和科研院所通过室内模型试验来试验锚或桩与土的界面摩阻性能，但都是在地槽或模型箱中进行试验，其试验手段和方法与室外原位试验相类似，它们与原位试验一样，都存在费时、费力、可重复性差等缺陷。为此，国内外也有通过土与结构物的直剪试验来推定锚或桩与土的界面摩阻性能的，但因该法与锚或桩的实际工况不符，不能模拟锚-土或桩-土界面的真实受力过程，所得结果不能真实反映锚或桩与土的实际界面摩阻性能。

目前室内能大致模拟锚杆或桩受力状况的锚-土或桩-土界面摩阻性能试验技术和装置中，其试验系统和试样基本上都是同时制作完成，试验完成后就将试验装置(包括试样)全部拆卸，若要做下一个试验，再重新制作。这类试验技术和方法主要存在以下缺点：

①由于模型尺寸相对较大，试验系统和试样又基本上不可分开利用，故可重复性差、不能大批量地进行不同工况或组合工况下锚或桩与土的界面摩阻性能试验；

②缺少密封保水装置，很难保证试验过程中土体含水量的恒定，若用来试验不同含水量对锚-土界面或桩-土界面的长期摩阻性能或者蠕变特性时，试验结果难免不失真；

③由于在理论上分析锚杆或者桩的荷载传递规律时，用到的是微段上锚-土界面或桩-土界面的摩阻性能(比如界面的剪应力与位移或者剪应力与剪应变之间关系)，因此试验这种界面摩阻性能时，试样中锚-土胶结段或桩-土胶结段长度应是越小越好，而现有的模型试验装置和方法中，锚-土或者桩-土胶结段长度都很大，这样得到的是这一长段上的平均界面摩阻性能，不能真实反映锚-土或者桩-土界面的摩阻性能。

因此，有必要研发一套简便、易行、与实际工况相符、试验系统与试样可分离的锚-土或桩-土界面摩阻性能室内试验仪器和试验方法，而且供这类试验用的试样制作装置和方法，必须能够模拟室外工程锚杆或桩基与土的真实受力和环境条件。这类试样制作过程可分为样坯和锚固体(或桩体)制作两部分。制作样坯时，其土的颗粒级配、干密度、含水量等土性指标应能按要求制备并尽量与现场土体一致，同时样坯中央应预留供制作锚固体或桩体的空间；而锚固体或桩体制作时，则应能大致模拟锚杆或桩基的实际施工过程。但是，目前尚未见能满足上述要求，专门用于锚-土或桩-土界面摩阻性能试验的试样(即样坯以及锚固体或桩体)制作装置和方法。

发明内容

本发明的目的就是要提出一种装置，按照一定的操作方法，制作锚或桩与土的界面摩阻性能试验所需试样中的样坯，使样坯中土的干密度、含水量等土性指标与现场土体一致，并在样坯中央预留供制作锚固体或桩体用的柱状空间。

为解决以上技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种用于锚或桩与土界面摩阻性能试验的样坯制作装置，包括样筒、垫筒，还包括：

样筒固定组件，所述样筒固定组件包括增高筒、底座以及连接件，通过在所述底座及增高筒四周均匀布置的复数组连接件，将样筒和垫筒固定于所述增高筒与底座之间，并使所述增高筒、底座、样筒和垫筒的中轴线重合；因本装置制作的样坯是用于模拟锚或桩的一个“微元段”的剪应力-位移关系，因此理论上样筒的高度应是越小越好，但为了便于试样制作和试验操作，故样筒的高度以5cm～20cm为佳。

击实锤，设置于样筒固定组件上部，所述击实锤为中部具有轴向向上突出部的穿心锤,轴向突出部起导向作用，使击实锤在下落时均匀击实样土；

芯管组件，穿过所述样筒固定组件以及击实锤，所述芯管组件中芯管为下端具有凸缘的可分瓣拆卸式空心管；所述芯管的上端通过上插销和罩箍将其内外夹紧固定；所述芯管的下端通过下插销将其固定于底座中心孔内；以及

限位器，所述限位器通过复位弹簧将位于限位环中内腔里的十字形限位销，插入设置于所述芯管上不同高度的销孔中，用于限定击实锤提升高度以控制击实功能。

进一步的，所述样筒上端嵌入所述增高筒的外缘的内槽内、下端嵌入所述垫筒的上突出部的内槽内，所述垫筒的下端则嵌入所述底座的外缘的内槽内；所述样筒与所述垫筒用固定螺钉限定；所述增高筒和垫筒的内径与所述样筒的内径一致。

进一步的，所述芯管是由2～4瓣截面为圆弧形的刚性薄壁直杆依次拼合而成的空心圆管，各瓣之间以弧线紧密贴合，以便于拆卸。