本發(fā)明涉及不同圍壓不同類型樁土界面剪切特性的室內(nèi)試驗(yàn)設(shè)備，尤其涉及一種用于室內(nèi)試驗(yàn)樁土界面的環(huán)剪儀及檢測方法。

背景技術(shù)：

樁基礎(chǔ)是一種重要的基礎(chǔ)形式，在鐵路、公路、橋梁、港口碼頭、高層建筑等工程中應(yīng)用廣泛。樁基礎(chǔ)在承受上部樁頭豎向荷載時，樁和樁周土體之間產(chǎn)生相對位移或位移趨勢，使得樁側(cè)摩擦阻力發(fā)揮作用，進(jìn)而將樁頭荷載逐漸向樁周土體傳遞。由此可見，樁側(cè)摩阻力是單樁承載力的重要組成部分，如何確定樁土之間界面剪切性狀是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題，也是研究樁基承載力和沉降的重要力學(xué)問題。目前，確定樁土界面摩擦特性的試驗(yàn)方法主要有現(xiàn)場足尺試驗(yàn)法和室內(nèi)模型試驗(yàn)法?，F(xiàn)場足尺試驗(yàn)雖然直觀可靠，但是費(fèi)用高，時間長，抽樣率低，室內(nèi)模型試驗(yàn)可以彌補(bǔ)這些缺陷，模擬樁基中的樁土相互作用特性，從而為獲得合適的設(shè)計(jì)參數(shù)提供了一種可靠的方法。現(xiàn)在，國內(nèi)外所做的研究主要針對淺層低圍壓的樁土界面，對深層土體高圍壓下的樁土界面剪切特性研究非常少。而超長樁的樁長一般超過70m，目前低圍壓的樁土界面剪切關(guān)系對深層高圍壓的情況就不一定適用。因此，要揭示超長樁的樁土荷載傳遞機(jī)理和承載特性，需要對深層高圍壓下樁土界面剪切關(guān)系進(jìn)行全面研究。因此，研制一種用于樁土界面剪切特性室內(nèi)試驗(yàn)的高圍壓大型界面環(huán)剪儀十分必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于室內(nèi)試驗(yàn)樁土界面的環(huán)剪儀，能夠?qū)Σ煌愋蜆对诓煌瑖鷫汉筒煌馏w類型的多種工況下，得到樁土界面剪應(yīng)力-應(yīng)變的關(guān)系曲線，并分析界面摩擦角與法向應(yīng)力、剪切應(yīng)變的關(guān)系。為此，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

一種用于室內(nèi)試驗(yàn)樁土界面的環(huán)剪儀，包括扭剪裝置、豎向壓力伺服裝置、支架、位移計(jì)及樣本剪切盒，所述扭剪裝置處于環(huán)剪儀的底部，所述樣本剪切盒安裝在下底板上，所述下底板與扭剪裝置轉(zhuǎn)動連接，所述豎向壓力伺服裝置壓在所述樣本剪切盒上方，所述位移計(jì)安裝在豎向壓力伺服裝置上并用于檢測樣本剪切盒位移的數(shù)據(jù)，所述樣本剪切盒中設(shè)置有被檢測土樣及樁體樣本。

在采用上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可采用以下進(jìn)一步的技術(shù)方案：

所述環(huán)剪儀的支架上設(shè)有限位器，所述限位器用于限制樣本剪切盒的高度。

所述環(huán)剪儀上部還設(shè)有高度調(diào)節(jié)器,所述高度調(diào)節(jié)器用于調(diào)環(huán)剪儀的節(jié)高度及角度，確保氣缸產(chǎn)生的氣壓均勻地施加在載荷板上，再進(jìn)一步傳遞給樁土。

所述樣本剪切盒包括上剪切盒和下剪切盒，所述上剪切盒用于放置土樣，所述下剪切盒用于放置樁體樣本，上剪切盒和下剪切盒的界面處為剪切面。

所述樣本剪切盒為環(huán)狀，所述樣本剪切盒外側(cè)設(shè)置觀察視窗。

本發(fā)明還包括一種環(huán)剪儀的檢測方法，將土樣上表面固定，并施加法向應(yīng)力在上剪切盒的上部，下剪切盒的下部施加扭矩進(jìn)環(huán)向剪切，上剪切盒和下剪切盒的界面處為剪切面；

測得向荷載、旋轉(zhuǎn)力偶矩和角位移，通過力偶矩和角位移換算得到抗剪強(qiáng)度和剪切變形。

在環(huán)形旋轉(zhuǎn)剪切過程水平面的剪切變形隨半徑是變化的，平均剪應(yīng)力和平均剪切位移，計(jì)算公式為：

其中M為界面扭矩，單位為N/m，R₂為剪切盒外環(huán)半徑，R₁為剪切盒內(nèi)環(huán)半徑，單位為m，τ為剪切界面上的平均剪切應(yīng)力，單位為Pa，為平均扭轉(zhuǎn)剪切速度，單位為m/min，t為剪切時間，單位為min，S為剪切位移，單位為m。

由于采用本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明能用于檢測樁土界面剪切特性，能夠通過室內(nèi)試驗(yàn)的方法測得有效數(shù)據(jù)，成本低，可行性高。本發(fā)明能夠?qū)Σ煌愋蜆对诓煌瑖鷫汉筒煌馏w類型的多種工況下進(jìn)行測驗(yàn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的一種用于室內(nèi)試驗(yàn)樁土界面的環(huán)剪儀立體圖。

圖2是本發(fā)明提供的一種用于室內(nèi)試驗(yàn)樁土界面的環(huán)剪儀剖視圖。

圖3是本發(fā)明提供的環(huán)剪儀測驗(yàn)受力分析示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖所示，一種用于室內(nèi)試驗(yàn)樁土界面的環(huán)剪儀，包括扭剪裝置9、豎向壓力伺服裝置2、支架11、位移計(jì)3及樣本剪切盒，所述扭剪裝置9處于環(huán)剪儀的底部，所述樣本剪切盒安裝在下底板上，所述下底板與扭剪裝置轉(zhuǎn)動連接，所述豎向壓力伺服裝置壓在所述樣本剪切盒上方，所述位移計(jì)安裝在豎向壓力伺服裝置上并用于檢測樣本剪切盒位移的數(shù)據(jù)，所述樣本剪切盒中設(shè)置有被檢測土樣及樁體樣本。

所述環(huán)剪儀的支架上還設(shè)有限位器4，所述限位器用于限制樣本剪切盒的高度。

所述環(huán)剪儀上部設(shè)有高度調(diào)節(jié)器1。

所述樣本剪切盒包括上剪切盒5和下剪切盒6，所述上剪切盒5用于放置土樣7，所述下剪切盒6用于放置樁體樣本8，上剪切盒5和下剪切盒6的界面處為剪切面。

所述樣本剪切盒為環(huán)狀，所述樣本剪切盒外側(cè)設(shè)置觀察視窗。

一種環(huán)剪儀的檢測方法，將土樣上表面固定，并施加法向應(yīng)力在上剪切盒的上部，如圖3所示，下剪切盒的下部施加扭矩進(jìn)環(huán)向剪切，上剪切盒和下剪切盒的界面處為剪切面；

測得向荷載、旋轉(zhuǎn)力偶矩和角位移，通過力偶矩和角位移換算得到抗剪強(qiáng)度和剪切變形。

在環(huán)形旋轉(zhuǎn)剪切過程水平面的剪切變形隨半徑是變化的，平均剪應(yīng)力和平均剪切位移，計(jì)算公式為：

其中M為界面扭矩，單位為N/m，R₂為剪切盒外環(huán)半徑，R₁為剪切盒內(nèi)環(huán)半徑，單位為m，τ為剪切界面上的平均剪切應(yīng)力，單位為Pa，為平均扭轉(zhuǎn)剪切速度，單位為m/min，t為剪切時間，單位為min，S為剪切位移，單位為m。