[发明专利]一种土工合成材料扭剪试验系统及方法

摘要

一种土工合成材料扭剪试验系统及方法，该系统包括试验台架、下试验盒、上试验盒、扭矩传感器、回转支承、回转支承控制装置、竖向加载装置、信号采集控制装置和用于夹持待进行扭剪试验的土工合成材料试样的夹具；竖向加载装置、上试验盒、待进行扭剪试验的土工合成材料试样、下试验盒、扭矩传感器和回转支承自上而下依次设置在试验台架上；回转支承控制装置与回转支承相连；信号采集控制装置与扭矩传感器和竖向加载装置相连。本发明解决了目前试验得到的土工合成材料与土体之间力学性能参数差异较大，试验所得出的土工合成材料力学性能指标无法有效指导加筋土技术设计与施工，不能真实的反映出工程实际中土工合成材料的实际力学性能的技术问题。

主权项

一种基于土工合成材料扭剪试验系统对土工合成材料进行扭剪试验的实施方法，其土工合成材料扭剪试验系统包括以下组件：试验台架(13)、下试验盒(1)、上试验盒(2)、扭矩传感器(3)、回转支承(4)、回转支承控制装置(5)、竖向加载装置(7)、信号采集控制装置(11)以及用于夹持待进行扭剪试验的土工合成材料试样(12)的夹具(6)；所述竖向加载装置(7)、上试验盒(2)、待进行扭剪试验的土工合成材料试样(12)、下试验盒(1)、扭矩传感器(3)以及回转支承(4)自上而下依次设置在试验台架(13)上；所述回转支承控制装置(5)与回转支承(4)相连并控制回转支承(4)开启、停止以及调节旋转速度；所述信号采集控制装置(11)分别与扭矩传感器(3)以及竖向加载装置(7)相连；所述土工合成材料扭剪试验系统还包括固定支座(8)、反力架(14)以及与反力架(14)相连的反力杆(10)；所述竖向加载装置(7)设置在反力架(14)上；所述上试验盒(2)通过固定支座(8)与反力杆(10)相连；所述土工合成材料扭剪试验系统还包括设置在竖向加载装置(7)与上试验盒(2)之间的承载板(9)；所述竖向加载装置(7)通过承载板(9)向上试验盒(2)施加竖向荷载；其特征在于：所述方法包括以下步骤：1)裁取待进行扭剪试验的土工合成材料试样(12)，所述待进行扭剪试验的土工合成材料试样(12)的横截面呈圆形，所述待进行扭剪试验的土工合成材料试样(12)的直径与土工合成材料扭剪试验系统的下试验盒(1)的内径相同；2)卸下土工合成材料扭剪试验系统的上试验盒(2)以及下试验盒(1)，填筑试验土样，试验土样在上试验盒(2)中以及在下试验盒(1)中的压实度与工程应用中现场实际压实度一致，所述下试验盒(1)中填筑试验土样的高度与下试验盒(1)的盒高相同，所述上试验盒(2)中填筑试验土样的高度不小于50mm；3)将待进行扭剪试验的土工合成材料试样(12)铺设于下试验盒(1)内部的试验土样的上表面，并通过夹具(6)固定，待进行扭剪试验的土工合成材料试样(12)保持平整、无折叠以及无褶皱；4)将下试验盒(1)安装至扭矩传感器(3)上；5)安装上试验盒(2)，调节固定支座(8)，通过固定支座(8)约束上试验盒(2)的水平位移；6)调节竖向加载装置(7)，对承载板(9)施加竖向荷载，使承载板(9)与试验土样表面接触良好；7)通过竖向加载装置(7)施加50kPa竖向荷载，加载固结时间不小于20min；加载固结完成后通过支承控制装置(5)开启回转支承(4)并调节旋转速度，旋转速度为0.5～5°/min，旋转精度不小于0.1°/min；8)通过信号采集控制装置(11)记录扭矩传感器(3)测得的扭矩值，记录间隔时间为0.5～2.0s，直至扭矩值出现峰值或试验进行至扭矩值为稳定值时，试验完成；9)选用不同的待进行扭剪试验的土工合成材料试样(12)，重复步骤2)～步骤8)，分别通过竖向加载装置(7)施加100kPa、200kPa以及400kPa的竖向压力下各试验一块待进行扭剪试验的土工合成材料试样(12)；10)计算下试验盒(1)与上试验盒(2)上土工合成材料试样(12)间的剪应力：τ=FsA]]>其中：τ为下试验盒(1)与上试验盒(2)之间的待进行扭剪试验的土工合成材料试样(12)的剪应力；Fs为下试验盒(1)与上试验盒(2)间剪切力；A为上试验盒(2)的内径面积；Fs等于下试验盒(2)与扭矩传感器(3)之间产生的剪切力；Fs=Md]]>其中：M为扭剪试验过程中扭矩传感器(3)测得的扭矩峰值或试验进行至扭矩值为稳定值；d为扭矩传感器(3)有效高度；11)绘制不同竖向荷载σ和剪应力峰值τ的关系曲线，求得待进行扭剪试验的土工合成材料试样(12)与试验土样界面的摩擦角和表观粘聚力。