[发明专利]一种水力共同作用下土与结构物的接触特性试验仪及试验方法

权利要求书

1.一种水力共同作用下土与结构物的接触特性试验仪，其特征在于该试验仪由刚性传力杆（1），加压板（2），滚轮（3），顶盖（4），剪切框（5），结构物试件（6），透水石（7），刚性底板（8），橡胶管（9），水压控制系统（10），水平向位移传感器（11），刚性连接杆（12），水平向拉压力传感器（13），水平向加载电机（14），竖向加载电机（15），竖向位移传感器（16），竖向压力传感器（17），自反力架（18），数据采集系统（19），电机伺服控制器（20），可拆卸式滚轮（21）所制成；其中刚性底板（8）、水平向加载电机（14）和竖向加载电机（15）分别用螺栓固定安装在自反力架（18）上，水平向加载电机（14）和竖向加载电机（15）分别用导线与电机伺服控制器（20）相连，结构物试件（6）置于刚性底板（8）之上，结构物试件（6）中设置一个空腔，填满透水石（7），透水石（7）上部结构物试件（6）上布置有通水孔，橡胶管（9）的一端连接透水石，并贯通刚性底板（8），另一端连接着水压控制系统（10），剪切框（5）置于结构物试件（6）之上，并通过刚性连接杆（12）连接水平向拉压力传感器（13），进而连接水平向加载电机（14），剪切框（5）两侧与结构物试件（6）之间设有可拆卸式滚轮（21），剪切框（5）上放置顶盖（4），顶盖（4）和加压板（2）之间安装滚轮（3），加压板（2）与刚性传力杆（1）之间通过螺纹连接，刚性传力杆（1）上表面与竖向位移传感器（17）的工作端相接触，竖向压力传感器（16）固定在竖向加载电机（15）上，水平向位移传感器（11）用螺栓固定在自反力架（18）上，水平向拉压力传感器（13）、水平向位移传感器（11）、竖向压力传感器（17）和竖向位移传感器（16）分别用数据线与数据采集系统（19）相连。

2.根据权利要求1所述的一种水力共同作用下土与结构物的接触特性试验仪，其特征在于所述的结构物试件（6）中设置一个方形空腔，空腔中填满透水石（7）。

3.根据权利要求1所述的一种水力共同作用下土与结构物的接触特性试验仪，其特征在于所述的透水石（7）上部结构物试件（6）中均匀布置有通水孔，直通结构物试件（6）上表面。

4.一种使用权利要求1所述的水力共同作用下土与结构物的接触特性试验仪进行试验的方法，其特征在于不考虑水压力影响的土与混凝土结构物接触面剪切试验方法步骤如下：

(a) 准备试样，将已知质量、密度和含水率的土样装入剪切框（5）内；

(b) 调节试验装置，放置好顶盖（4），装上加压板（2）、刚性传力杆（1）以及水平向拉压力传感器（13）和竖向压力传感器（17），使竖向压力传感器（17）的工作端刚好与刚性传力杆（1）顶端相接触；

(c) 调节数据采集装置，装好水平向位移传感器（11）和竖向位移传感器（16），使水平向位移传感器（11）的工作段与剪切框（5）右侧面相接触，竖向位移传感器（16）的工作端与加压板（2）顶面相接触，连接电机伺服控制器（20）和数据采集系统（19），并检查其是否正常工作；

 (d) 施加荷载，启动电机伺服控制器（20），使用竖向加载电机（15）施加竖向荷载，根据实验要求，设定荷载大小，使用水平向加载电机（14）施加水平剪力，设定水平向剪切速率和最大剪切位移；

(e) 数据记录，试验过程中，通过数据采集系统（19）记录下水平剪应力、水平位移和竖向位移随时间的变化曲线；

(f) 试验结束，当实验剪切位移达到最大剪切位移时，试验终止。

5.一种使用权利要求1所述的水力共同作用下土与结构物的接触特性试验仪进行试验的方法，其特征在于考虑水压力影响的土与混凝土结构物接触面剪切试验方法步骤如下：

(a) 准备试样，将已知质量、密度和含水率的土样装入剪切框（5）内；

(b) 调节试验装置，放置好顶盖（4），装上加压板（2）、刚性传力杆（1）以及水平向拉压力传感器（13）和竖向压力传感器（17），使竖向压力传感器（17）的工作端刚好与刚性传力杆（1）顶端相接触；

(c) 调节数据采集装置，装好水平向位移传感器（11）和竖向位移传感器（16），使水平向位移传感器（11）的工作段与剪切框（5）右侧面相接触，竖向位移传感器（16）的工作端与加压板（2）顶面相接触，连接电机伺服控制器（20）和数据采集系统（19），并检查其是否正常工作；

(d) 施加水压力，启动水压控制系统（10），设定水头值，水通过橡胶管（9）、透水石（7），流入通水孔，进而使水压均匀分布在土与结构物试件（6）的接触面上，保证接触面上的水压力维持在设定值；

(e) 施加荷载，启动电机伺服控制器（20），使用竖向加载电机（15）施加竖向荷载，根据实验要求，设定荷载大小，使用水平向加载电机（14）施加水平剪力，设定水平向剪切速率和最大剪切位移；

(f) 数据记录，试验过程中保持水压力不变，通过数据采集系统（19）记录下水平剪应力、水平位移和竖向位移随时间的变化曲线；

(g) 试验结束，当试验剪切位移达到最大剪切位移时，试验终止。