[实用新型]一种观测基础结构—土体相互作用的可视化界面环剪仪

说明书

本实用新型提出一种观测基础结构—土体相互作用的可视化界面环剪仪，包括加载系统、透明的圆环剪切盒和监测系统；加载系统包括竖向动力装置、环向动力装置和竖向加载杆、龙门支架；竖向动力装置连接龙门支架的两个立柱，施加竖直方向的载荷；环向动力装置设置在龙门支架的横梁上；环向动力装置的转动轴连接竖向加载杆，驱动竖向加载杆转动；圆环剪切盒位于竖向加载杆的正下方，用于放置土体试样；圆环剪切盒内间隙配合嵌入有环状压盘结构；环状压盘结构的下端面接触土体试样，上端面固定在竖向加载杆的下端；监测系统用于监测环状压盘结构与土体试样接触界面。本实用新型能够模拟测定基础结构与土体接触界面的界面剪切带的形成和变化。

技术领域

本实用新型涉及土木测试仪器技术领域，具体地说是涉及一种观测基础结构—土体相互作用的可视化界面环剪仪。

背景技术

基础结构（如桩基础）在道路工程、桥梁工程以及离岸工程中得到越来越广泛的应用，目前基础结构的工程实践与理论研究还存在脱节，基础的承载性能受多种因素的影响，仍未形成成熟的理论体系。基础结构—土体界面剪切问题在岩土工程中屡见不鲜，基础工程中多采用预制混凝土桩或钢结构，无论采用何种形式，基础结构—土体共同作用是决定基础服役性能的关键。基础结构—土体相互作用的直接途径是结构—土体界面。因此，基础结构—土体界面剪切问题在基础工程中举足轻重。此外，基础结构在服役期间不仅承受上部结构自重产生的静力荷载作用，还承受车辆、波浪、风等产生的循环荷载作用，如竖向交通循环荷载下的单桩以及水平向波浪和风荷载下的群桩。循环荷载作用下基础结构—土体界面弱化机制的研究有助于深入揭示基础结构—土体界面力学特性和荷载传递机理，对于深入研究基础结构的长期承载性能具有重要意义。

传统界面剪切仪用于监测土体界面的剪切实验及分析，无法用于接触结构—土体界面的实验，且存在应力应变不均匀、只能满足小位移剪切等。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提出一种观测基础结构—土体相互作用的可视化界面环剪仪，能够模拟测定基础结构与土体接触界面的抗剪强度、摩擦角、粘聚力，并实时观测在剪切过程中结构—土体界面处土体的运动状态和界面剪切带的形成和变化，且应力施加均匀，剪切位移范围大。

技术方案：本实用新型提出一种观测基础结构—土体相互作用的可视化界面环剪仪，包括加载系统、透明的圆环剪切盒和监测系统；

所述加载系统包括竖向动力装置、环向动力装置和竖向加载杆、龙门支架；所述竖向动力装置连接龙门支架的两个立柱，施加竖直方向的载荷；所述环向动力装置设置在龙门支架的横梁上；所述环向动力装置的转动轴连接竖向加载杆，驱动竖向加载杆转动；

所述圆环剪切盒位于竖向加载杆的正下方，用于放置土体试样；所述圆环剪切盒内间隙配合嵌入有环状压盘结构；所述环状压盘结构的下端面接触土体试样，上端面固定在竖向加载杆的下端；

所述监测系统用于监测环状压盘结构与土体试样接触界面。

进一步，所述圆环剪切盒包括透明的中心圆柱和套装在中心圆柱外周的透明的圆环套筒；土体试样置于中心圆柱与圆环套筒的环状间隙内。

进一步，所述圆环剪切盒的下方设置有底座；所述底座与中心圆柱及圆环套筒固定连接；所述底座上设置有用于承接土体试样的透水石；所述底座上还设置有位于透水石下方的排水孔。

进一步，所述底座上设置有扭矩传感器；所述扭矩传感器位于竖向加载杆的旋转轴线上。

进一步，所述龙门支架的立柱上设置有竖向位移传感器，用于测量竖向加载杆的竖向位移。

进一步，所述监测系统是电子显微镜；所述电子显微镜用于监测环状压盘结构与土体试样连接界面处的界面剪切带的形成并测定其厚度的变化。

有益效果：