土工合成材料扭剪试验系统的实施方法，其步骤如下：
[0052] 1)裁取待进行扭剪试验的土工合成材料试样12,待进行扭剪试验的土工合成材 料试样12的横截面呈圆形，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 料扭剪试验的下试验盒1的外径相同；
[0053] 2)卸下土工合成材料扭剪试验系统的上试验盒2和下试验盒1，填筑试验土样，试 验土样在上试验盒2中以及下试验盒1中的压实度与工程应用中现场实际压实度一致，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，上试验盒2中填筑试验土样的 高度为80mm;
[0054] 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；
[0055] 4)将下试验盒1安装至扭矩传感器3上；
[0056] 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；
[0057]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；
[0058] 7)通过竖向加载装置7施加50kPa坚向荷载，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1° /min，旋转 精度为〇. 1° /min;
[0059] 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. 5s，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；
[0060] 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 ;
[0061] 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：
[0063] 其中，t为下试验盒1与上试验盒2上土工合成材料试样12间的剪应力，Fs为下 试验盒1与上试验盒2间剪切力，A为上试验盒2内径面积。
[0064] 其中，Fs等于下试验盒2与扭矩传感器2之间产生的剪切力。
[0066] 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。
[0067] 11)绘制不同竖向应力〇和剪应力峰值t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。
[0068] 通过对HDPE双向土工格栅（土工合成材料的一种类型）进行对比扭剪和直剪试 验结果可知，扭剪试验测试得到的摩擦角和表观粘聚力分别为20. 6°和21.lkPa。然而，直 剪试验时当土工合成材料测试角度为90°时（沿土工格栅肋条方向），测试得到的摩擦角 和表观粘聚力分别为26. 3°和28.lkPa。当土工合成材料测试角度为45°时，测试得到的 摩擦角和表观粘聚力分别为18. 7°和17. 4kPa，90°工况下相比45°测试得到的摩擦角和 表观粘聚力分别要高40. 6%和61. 5。可以看出扭剪试验系统实现了土工合成材料与土体 之间力学性能参数的唯一性，使测试结果更稳定，克服了现行规范中直剪和拉拔试验不同 测试方向工况下测得的力学性能参数差异显著的缺陷，有效避免了现行规范中直剪和拉拔 试验测试土工合成材料与土体之间力学性能指标无法有效指导加筋土技术设计与施工，且 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问题，解决了土工合成材料 工程应用中存在的安全隐患。
[0069] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照最 佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技 术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本 发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1. 一种土工合成材料扭剪试验系统，其特征在于：所述土工合成材料扭剪试验系统包 括试验台架（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。2. 根据权利要求1所述的土工合成材料扭剪试验系统，其特征在于：所述回转支承 (4)、扭矩传感器（3)、上试验盒（2)以及下试验盒（1)的截面均为圆形，所述回转支承（4)、 扭矩传感器（3)、上试验盒（2)以及下试验盒（1)呈同心设置。3. 根据权利要求2所述的土工合成材料扭剪试验系统，其特征在于：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。4. 根据权利要求3所述的土工合成材料扭剪试验系统，其特征在于：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。5. 根据权利要求4所述的土工合成材料扭剪试验系统，其特征在于：所述承载板（9) 的直径不小于190mm，所述承载板（9)的直径与上试验盒（2)的内径之差在5~IOmm范围 内。6. 根据权利要求1至5任一权利要求所述的土工合成材料扭剪试验系统，其特征在于： 所述下试验盒（1)是半封闭的空心圆柱体；所述下试验盒（1)的内径不小于300mm，所述下 试验盒（1)的厚度不小于5mm，高度不小于50mm;所述上试验盒（2)是含有内切圆的正多边 形柱体；所述上试验盒（2)的内径不小于200mm，所述上试验盒（2)的壁厚最薄弱处厚度 不小于3mm，所述上试验盒（2)的高度不小于100mm，所述上试验盒（2)的外径与下试验盒 (1)内径之差不小于80mm ;所述正多边形柱体是正六边形柱体或正八边形柱体。7. 根据权利要求6所述的土工合成材料扭剪试验系统，其特征在于：所述待进行扭剪 试验的土工合成材料（12)的横截面呈圆形，待进行扭剪试验的土工合成材料试样（12)的 直径与下试验盒（1)的外径相同。8. 根据权利要求7所述的土工合成材料扭剪试验系统，其特征在于：所述回转支承（4) 与扭矩传感器（3)之间以及下试验盒（2)与扭矩传感器（3)之间均通过卡槽固定连接；所 述回转支承（4)的旋转精度不低于0.Γ，旋转范围为0~180°，旋转速度为0.5~5° / min，旋转精度不小于0. Γ /min。9. 一种基于如权利要求1-8任一权利要求所述的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)的外径相同； 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（I)，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坚向荷载，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. Γ /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： 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； 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) 绘制不同竖向应力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。
【专利摘要】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。
【IPC分类】G01N3/22, G01N3/24
【公开号】CN104897484
【申请号】CN201510270684
【发明人】张军, 赵建斌, 宿钟鸣, 马林
【申请人】山西省交通科学研究院, 山西交科公路勘察设计院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月25日