[发明专利]用于模拟桩岩界面剪切试验装置、试样模具及试验方法

说明书

本发明提供一种用于模拟桩岩界面剪切试验装置、试样模具及试验方法，试验装置包括：下剪切盒具有向上开口的内腔；水平加压装置驱动下剪切盒沿左右向活动；上剪切盒具有向下开口的内腔；法向刚度控制盒呈向下开口设置，套设于上剪切盒外围；弹性件安装于上剪切盒顶部与法向刚度控制盒之间；法向加压装置驱动法向刚度控制盒向下活动；竖向位移传感器固定于上剪切盒顶部，用于测量上盘的竖向位移；水平位移传感器固定于下剪切盒，用于测量下盘的水平剪切位移；旨在根据不同桩侧围岩力学性质控制桩侧法向刚度，模拟不同深度下法向应力变化时桩‑岩界面剪切特性，观测不同粗糙程度界面的剪切力学特征，更准确计算出各类围岩的嵌岩桩侧摩阻力。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，尤其涉及一种用于模拟桩岩界面剪切试验装置、试样模具及试验方法。

背景技术

嵌岩桩以其高承载力、变形量小等优点被广泛的应用于各类高速铁路桥梁、跨海大桥等基础工程建设中。随着嵌岩桩应用范围广泛增加，绝大部分桩身嵌入基岩或完全嵌岩的现象也愈加普遍，此时嵌岩桩桩侧摩阻力对桩的承载能力贡献增大，完全嵌岩桩桩侧阻力则直接决定了嵌岩桩极限承载力，因此更需准确计算出嵌岩桩桩侧摩阻力。

现有的桩基规范中规定，桩侧摩阻力与嵌岩深度、嵌岩桩围岩力学性质等因素有关。现有的关于桩侧摩阻力的计算主要采用现场试桩试验或室内岩石-混凝土界面剪切力学试验等方法得出，两者方法皆有利弊。现场试桩试验可较为真实反映出桩侧阻力与桩的极限承载能力，但由于试桩试验成本较高，更适用于大量桩基工程中少数抽桩检测。室内岩石-混凝土界面剪切试验可用于模拟桩-岩界面剪切力学行为，从而求解出桩-岩界面抗剪强度。由于其可操作性强、经济效益高、数据采集方便等优势，在岩土工程领域特别是针对嵌岩桩技术方面应用较为广泛。

目前，用于模拟桩-岩界面剪切力学行为的用于模拟桩岩界面剪切试验装置及其试验方法，仍存在以下几点不足(1)现有的剪切试样装置均为通过控制法向应力不变模拟嵌岩桩在竖向荷载作用下的受力状态，但实际工程中，嵌岩桩在竖向荷载作用下法向应力随着深度及桩的径向膨胀而发生变化，法向刚度保持不变；(2)试验中所用的混凝土、岩石试样并不是粘结状态，忽略了嵌岩桩桩侧水泥浆胶结作用对界面侧摩阻力的影响，从而使得剪切试验计算出的桩侧摩阻力并不能够较好的反映嵌岩桩在实际受力过程中桩侧摩阻力值；(3)上、下剪切盒多为不可视钢构件，无法观测剪切过程中界面的形态变化特征，且剪切界面被定义为平滑界面，与工程实际差异较大。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种用于模拟桩岩界面剪切试验装置，旨在根据不同桩侧围岩力学性质控制桩侧法向刚度，模拟不同深度下法向应力变化时桩-岩界面剪切特性。

本发明的实施例提供一种用于模拟桩岩界面剪切试验装置，包括：

下剪切盒，具有向上开口的内腔，所述下剪切盒的内腔用于放置剪切试样的下盘，所述剪切试样的上盘和下盘呈一体成型设置；

水平加压装置，驱动所述下剪切盒沿左右向活动，进而对所述剪切试样的下盘施加沿左右向的剪切力；

上剪切盒，具有向下开口的内腔，所述上剪切盒的内腔用于放置所述剪切试样的上盘，所述上剪切盒通过所述剪切试样固定于所述下剪切盒上方；

法向刚度控制盒，呈向下开口设置，套设于所述上剪切盒外围；

弹性件，安装于所述上剪切盒顶部与所述法向刚度控制盒之间，所述弹性件用于支撑所述法向刚度控制盒；

法向加压装置，驱动所述法向刚度控制盒向下活动，从而挤压所述上剪切盒，进而对所述剪切试样的上盘施加向下的压力；

竖向位移传感器，固定于所述上剪切盒顶部，用于测量剪切过程中所述上盘的竖向位移；

水平位移传感器，固定于所述下剪切盒，用于测量剪切过程中所述下盘的水平剪切位移；