[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

说明书

一、技术领域

本发明属于测试仪器及方法的技术领域，具体是涉及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。

二、背景技术

据中国大坝委员会统计，截止2003年底，在全世界范围内共建造的15米高以上大坝为41418座，其中土石坝33958座，占总数的82.7%。近十几年，随着大容量、多功能、高效率施工机械的发展和岩土工程试验手段及计算技术的进步，我国的土石坝工程得到了较大发展，截至2005年底，中国30米以上已建在建大坝共有4860座，土石坝2865座，约占59%。这些土石坝建设过程中必然会遇到土与结构物的接触问题。土与结构接触面特性研究一直是土木和岩土领域的重要课题之一，是解决土与结构相互作用的前提。由于研究涉及土力学和基础工程的多个方面，所以具有很大的难度。目前常用的研究接触面特性的测试方法有（1）大型接触面直剪仪，该设备适用于混凝土材料，土石等多种材料的内摩擦特性，特别适合不同材料之间如混凝土材料与土石、编织物接触面的力学特性与变形机理的研究。其缺点是不能考虑水压力对接触面力学特性和变形机理的影响；（2）循环荷载作用大型接触面特性直剪仪，该设备的优点在于可以施加不同频率和振幅的循环荷载，缺点是造价昂贵，操作不便；（3）一种测定土体与结构物接触面渗流冲刷特性的实验装置，该设备的优点在于能够在平行于和垂直于接触面的方向上对土体进行渗流冲刷试验，为分析土体在不同应力条件下的抗渗流冲刷能力提供基础实验数据，缺点是没有考虑剪应力条件下土体变形对接触渗流冲刷的影响。

三、发明内容

本发明的目的在于提供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，该设备能够在不同水压力条件下进行土与结构物的接触剪切试验，研究不同水力条件下接触面的剪切特性。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

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。

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。

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。

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；