[发明专利]一种测量土-结构界面特性的新型可视化单剪装置

说明书

本发明提供一种测量土‑结构界面特性的新型可视化单剪装置，包括加载垫板、叠盒组、销轴和单剪下盒；所述叠盒组由若干叠盒上下叠加组成，所述叠盒沿竖直方向设置固定孔，各个所述叠盒的所述固定孔相互连通，所述销轴由上至下可拆卸的插入所述固定孔内；所述叠盒为中空结构；所述叠盒下表面开设凹槽，所述凹槽内等间距设置若干孔，所述孔内放置钢珠，所述钢珠使相邻两个所述叠盒之间形成间隙，位于所述叠盒组最下方的所述叠盒通过所述钢珠与所述单剪下盒之间形成间隙；所述加载垫板可拆卸连接于所述叠盒组上方；所述单剪下盒位于所述叠盒组下方。本发明的技术方案能够研究管壁‑触变泥浆套接触面特性。

技术领域

本发明涉及岩土工程试验领域，具体而言，尤其涉及一种测量土-结构界面特性的新型可视化单剪装置。

背景技术

顶管法是隧道或地下管道穿越铁路、道路、河流或建筑物等各种障碍物时采用的一种暗挖式施工方法。在施工时，通过传力顶铁和导向轨道，用支承于基坑后座上的液压千斤顶将管压入土层中，同时挖除并运走管正面的泥土。当第一节管全部顶入土层后，接着将第二节管接在后面继续顶进，这样将一节节管子顶入，作好接口，建成涵管。随着顶进距离的增大，顶管的侧面摩擦力随之增大。在长距离(大于100米)管道顶进过程中，必须采用注浆工艺，利用触变泥浆套减少顶进过程中管壁与土体之间的磨擦力，并填充流失的土体，减少土体变形、沉降和隔水。由于暗挖施工的隐蔽性，无法对注浆体与顶管管壁的接触效应直接观测和研究，而泥浆润滑效果直接影响顶推力的施加。

在顶管工程中，土与结构的相互作用问题是影响顶管顶进性能的关键问题，目前剪切试验是研究界面特性的主要方法之一，单剪试验既可以研究界面的特性，又可以考虑土体受力变形的实际特征。施工中泥浆多采用膨润土泥浆，管道材料多选用C50以上钢筋混凝土管。

顶管法施工是继盾构施工之后发展起来的地下管道施工方法。随着顶进距离的增大，顶管的侧面摩擦力随之增大，所需要的顶力也随之增大。在长距离管道顶进过程中，必须采用注浆工艺，利用触变泥浆套减少顶进过程中管壁与土体之间的磨擦力，并填充流失的土体，减少土体变形、沉降和隔水。注浆工艺质量直接影响顶管的侧摩阻力，从而影响顶管施工的成本与周期。目前对于带有泥浆套的土与结构相互作用的研究较少，所以需要对管壁——触变泥浆套接触面特性进行研究。

直剪试验的剪切面限定在上下盒之间的平面，试样在剪切过程中沿指定破坏面剪切破坏；直剪盒下盒装样尺寸与上盒装样尺寸相同，在剪切过程中，试样剪切面逐渐缩小，而在计算抗剪强度时仍按试样的原始截面计算。与直剪试验相比，单剪试验具有剪切面不固定、试样在剪切过程中变形均匀且沿最薄弱面剪切破坏等优点。

单剪试验既可以研究界面的特性，又可以考虑土体受力变形的实际特征，目前传统的单向剪切盒有以下弊端：

(1)传统单向剪切盒常采用铁制叠盒，每层叠盒间均为面对面接触，在下盒受到剪切力产生水平位移时，叠盒间受到滑动摩擦，其摩擦力较大，约束了叠盒的移动，对试样破裂面的产生具有约束效应。

(2)试验过程中剪切盒内部试样变形为未知状态，土体的变形和位移只能由传感器采集，剪切过程无法实现可视化。

(3)传统单向剪切盒装样繁琐且与其配套的单剪仪造价昂贵。

发明内容

为研究管壁-触变泥浆套接触面特性，针对传统的剪切盒的弊端，而提供一种测量土-结构界面特性的新型可视化单剪装置。本发明提供的剪切盒构造简单、经济，试验时安装方便，可以近似模拟顶管推进时管壁——触变泥浆套接触面特性，为顶管施工时顶推力的设计及泥浆的配比提供参考。

本发明采用的技术手段如下：