[发明专利]一种可进行饱和、固结并可考虑温度效应的多功能界面剪切装置

说明书

本发明公开了一种可进行饱和、固结并可考虑温度效应的多功能界面剪切装置，该装置包括剪切装置主体，可移动反压室，加载和测量系统和可拆卸温度模块；剪切装置主体包括底座槽、支撑臂、可升降土盒和可拆卸剪切板；所底座槽贴近可升降土盒内侧的位置开有滤纸槽，滤纸槽内插有滤纸条，滤纸条与可升降土盒内壁紧贴，可保证试验土体在固结时进行排水，还可避免细粒土固结时漏浆。本发明装置可以解决传统剪切装置固结时的漏浆问题，使土体在装置内进行重塑固结，也可以得到固结压缩曲线。本发明可以进行反压饱和，控制排水条件，也可以对试验过程进行可视化观测和处理。同时，本发明将弯曲元和温度控制模块集成在一台仪器上，提高了本仪器的综合性能。

技术领域

本发明涉及一种可进行饱和、固结并可考虑温度效应的多功能界面剪切装置及其使用方法，属于土工试验仪器技术领域。

背景技术

在岩土工程领域，土体与结构的界面性质是重要的研究课题之一。在不同的工况下，土体与桩、锚和管道等直接接触，界面特性对的准确评估对于施工设计、安全性计算等具有重大影响。尤其是桩基础主要依靠桩侧摩阻力以及桩端阻力来承受上部结构荷载，而桩侧摩阻力受多种因素影响，研究桩－土间的剪切特性具有重要的工程意义。结构物-土界面的力学性质不仅取决于土体自身的性质，也受结构物材料和结构的影响，较为复杂。目前研究结构物-土的方法主要有两种，分别是数值分析和试验方法。其中试验方法主要使用剪切装置、单剪仪、环剪仪等，其中剪切装置和单剪仪由于原理简单、受力明确、操作简便等优点应用广泛，但是存在以下缺陷：

1、目前的大多数剪切装置大多只能使土体的达到特定的法向应力，而无法实现土体尤其是细粒土重塑固结。因为土框与剪切板之间的摩擦力较大，并且在不同固结压力下的试验中，摩擦力产生变化难以测量，所以目前的装置普遍在界面处开有细缝。但是对于细粒土的重塑过程，泥浆处于流塑状态，会从缝隙中漏出流失，导致固结过程无法完成。即使土体经过预固结，不但导致流程复杂、时间大幅增加，而且也会有一定的漏浆现象，泥浆填充于缝隙中，剪切过程中产生额外阻力，使得所测得界面应力测量产生较大误差。同时漏浆也会导致底部的土体浸泡在水中，导致该位置处的土体固结不均匀。

2、如今许多结构广泛运用于海洋工程中，或者位于地下水位线以下。与常规土体相比，该环境中存在较大的水压力。如今的剪切装置普遍无法实现高水压力下的界面剪切试验，无法模拟真实的孔压环境。并且在大多数土工试验中，土体饱和度对试验影响较大，而常孔隙水压力环境下很难实现较高的饱和度。

3、海洋环境中昼夜温差大，并且从岸滩到深海温度变化较大。并且新兴的能源桩既可以承载上部结构的荷载，同时也能进行地热能的传导，使得温度场沿桩身分布梯度较大。但是目前传统剪切装置仅可在室温下进行试验，无法实现在不同温度下研究界面特性。

4、目前的界面剪切设备，底座往往与基座通过螺栓等相连，并且形状不够规则。在加工和更换方面，均存在较大不便性，对于不同的试验条件，会导致较大的时间成本。

5、由于细粒土的粘性和遇水后的流塑性，传统的剪切装置不便于拆卸和清理，影响试验效率和试验进度。

基于上述背景，为了更好地研究结构-土界面处的力学特性和细观机制，本发明提出了一种可进行饱和、固结并可考虑温度效应的多功能界面剪切装置。

发明内容

本发明旨在针对现有剪切装置中的技术不足，提供一种可进行饱和、固结并可考虑温度效应的多功能界面剪切装置及其使用方法。该剪切装置不仅解决漏浆问题可进行泥浆重塑固结，还可进行反压饱和，结合弯曲元和可视化手段，针对不同土体和不同界面，可研究不同温度下的土与结构的界面力学特性和细观机制。

本发明采取以下技术方案：

一种可进行饱和、固结并可考虑温度效应的多功能界面剪切装置，包括剪切装置主体，可移动反压室，加载和测量系统和可拆卸温度模块；