[发明专利]一种测定土-筋界面摩擦系数的直剪仪及测定方法

说明书

技术领域

本发明属于土木工程领域，涉及一种摩擦系数测定装置，具体涉及一种测定土-筋界面摩擦系数的直剪仪及测定方法。

背景技术

加筋土挡墙或加筋土支挡结构，主要依靠土体与拉筋之间产生的摩阻力来限制土体的变形，改良土体的力学特性，从而达到加筋的效果。其基本原理存在于拉筋与土体之间的相互摩阻联结之中，只有正确测定土-筋之间的摩擦系数，才能使加筋土挡墙在设计、经济方面更加趋于合理。

伴随着我国公路建设事业的发展，必然要求其对公路附属设施(此处指加筋土挡墙)在强度、耐久性等方面提出更高的要求。这就要求在设计之初获得的加筋土的各种实验参数更加符合实际，更加正确。因此，如何获取正确的土-筋摩擦系数，其摩擦系数的测定方法，以及筋带在土体中的布置方法，一直以来是众多学着研究和争论的焦点。同时，到目前为止，还没有一套测定土-筋之间摩擦系数的试验设备，也没有形成统一、规范的试验操作方法和流程。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种结构轻巧、方便操作、受外部因素影响小以及测量结果精确的测定土-筋界面摩擦系数的直剪仪及测定方法，该测定仪首次实现了在试验室测定土-筋界面摩擦系数的可能，解决加筋土土-筋界面摩擦系数试验测试问题。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种测定土-筋界面摩擦系数的直剪仪，包括下部承台、液压仪、以及固定在下部承台上的步进马达和用于计算摩擦系数的控制器；下部承台上安装有能够在下部平台上水平移动的下盒，并在步进马达的驱动下移动；下盒上放置有待测筋带，待测筋带上设置有土体式样；下部承台上还固定有上盖，上盖内安装有液压仪，液压仪均匀的将压力传递给设置于其下部的土体式样。

所述液压仪与土体式样之间设置有薄壁钢板，液压仪通过薄壁钢板将压力均匀地传递给土体式样。

所述下盒的上部开设有方槽，方槽内嵌入厚钢板，待测筋带紧密粘接在厚钢板的上表面上；下盒通过拉杆与步进马达的输出轴相连。

所述下部承台上安装有供下盒水平移动的轨道。

所述液压仪的下部与压力传感器相接触，步进马达的前部安装有拉力传感器；压力传感器和拉力传感器的信号输出端均与控制器的信号输入端相连。

所述压力传感器采用JXY-4型压轴式双模土压力传感器，拉力传感器采用SY-S3型拉力传感器，步进马达采用28BYJ-48型步进马达。

所述控制器包括操作面板，以及内部的用于为整个直剪仪提供电源的电源模块和用于计算摩擦系数的数据处理模块；操作面板上设置有显示器、电源开关、显示屏幕切换按钮、液压仪控制按钮、步进马达控制按钮、压力传感器开关以及拉力传感器开关；液压仪控制按钮、步进马达控制按钮、压力传感器开关、拉力传感器开关以及电源开关均通过导线与相对应的液压仪、步进马达、压力传感器、拉力传感器以及电源模块相连。

所述数据处理模块的输入端与拉力传感器和压力传感器相连，输出端与显示器相连。

所述上盖通过蝶形螺母和固定螺栓固定在下部承台上。

本发明还公开了一种土-筋界面摩擦系数的测定方法，包括以下步骤：

1)取出上盖，将土体试样，安装于上盖中；再将待测筋带粘结于厚钢板上，并将其整体安装于下盒的方槽中；此时将上盖扣于下盒上，并紧固，使土-筋之间接触紧密；

2)打开电源开关，并分别打开压力传感器开关、拉力传感器开关；此时调节液压控制按钮，使土-筋之间产生挤压力；接下来，开启步进马达控制按钮使步进马达拉动下盒前进；

3)压力传感器和拉力传感器将记录该过程中土-筋界面之间的摩擦力学特性随时间的变化曲线以及速率随时间的变化曲线；旋转屏幕切换按钮，切换各个记录曲线，并计算该测试时间段内的瞬时压力、拉力、速率及其平均值，进而求得土-筋界面上的摩擦力；再根据整个摩擦体的质量和得到的摩擦力，通过下式计算得到的土-筋界面之间额摩擦系数：

式中，为摩擦系数，F为拉应力，P为正应力。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：