一种pcc桩内摩擦力的测试装置及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种PCC粧内摩擦力的测试装置及其使用方法，主要适用于PCC粧与土体之间内接触面的可视化观测，属于岩土工程中粧-土接触面摩擦力测试技术领域。
【背景技术】
[0002]构建物与土体之间的相互作用问题，一直是岩土工程研究的重要课题。运用数值模拟方法分析建筑物构件与土体相互作用时，接触问题的设置对计算结果的准确性和可靠性影响尤为重要。目前，国内外构建物与土体接触面摩擦的研究大多数针对的是平面的情况，然而，实际的岩土工程领域中例如粧基与土体之间，摩擦问题是三维的环状接触问题，平面接触不能如实反映接触形式。而环状接触面，尤其是PCC粧粧-土接触面，粧芯土与粧侧壁的摩擦特性，与粧周土与粧侧壁的摩擦特性并不相同，针对PCC粧粧芯土与粧侧壁的摩擦特性的研究相对较少。
[0003]中国发明专利“一种土工合成材料接触面摩擦强度测试方法”(专利号:ZL201510361824.6)公开了一种土工合成材料接触面摩擦强度测试装置;该技术装置通过获取土工合成材料与地质体之间的正应力和剪切应力，获得接触面强度参数;但是该技术方案，无法可视化观测摩擦过程，也不能解决三维接触面的摩擦强度问题。中国发明专利“一种测定土-筋界面摩擦系数的直剪仪及测定方法”(专利号:ZL201410811116.3)公开了一种测定土-筋界面摩擦系数的直剪装置;该技术装置可以对土-筋二维界面摩擦系数进行测量;但是无法测量粧-土之间三维界面的摩擦系数，并且也不能可视化观测摩擦过程。
[0004]传统的变形测量方法测量结果往往不够准确，同时不能给出土体内部连续变形的整个位移场。现代数字图像技术也只局限于测量土体的宏观或边界变形，不能实现实际土体内部变形的可视化观测。利用X-射线、计算机层析扫描(CAT扫描)等方法虽然可以用来测量土体内部的连续变形，但是费用昂贵，限制了这些技术的广泛应用。基于透明土材料的试验技术，以其适中的试验成本以及可以较为精确地连续观测土体内部变形的优点正得到逐步推广应用。然而，目前基于透明土材料开展的可视化模型试验研究，往往是针对整体模型的位移场、渗流场或者温度场，而尚未有针对构建物与土体接触面的相关应用研究。因此，基于透明土试验技术，可视化研究实际PCC粧与土体之间内接触面与外接触面摩擦特性，对三维接触面摩擦特性的研究显得尤为重要。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种PCC粧内摩擦力的测试装置及其使用方法，实现PCC粧内摩擦系数的测量，解决粧芯土与粧内侧壁的摩擦特性、粧周土与粧外侧壁的摩擦特性的测试问题，以及三维可视化观测问题。
[0006]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是:
一种PCC粧内摩擦力的测试装置，其特征在于，包括承台、模型粧、模型槽、激光源以及数码摄像装置； 所述模型槽为透明装置，且设置在承台上，所述模型粧为全比例尺的PCC粧，设置在所述模型槽内且两者之间留有间隙，模型粧的粧芯部分填充透明土，所述模型粧与透明土的接触面上设有若干枚用于测试土体的侧压力的土压力盒，所述模型槽的底部和承台对应模型粧的位置开设有若干个通孔，每个通孔内均设有传力杆，所述传力杆带动模型粧竖直方向移动，所述传力杆底部设有用于控制其竖直位移的加载系统，且两者之间设有压力传感器和传力板;所述传力杆上部内嵌于模型粧的底部、下部固定在传力板上，所述传力板为圆形板，底部通过所述压力传感器与加载系统连接，所述压力传感器通过数据线与采集系统相连，用于记录传力板上的压力；
所述激光源包括第一激光源、第二激光源、第三激光源和第四激光源，所述第一激光源和第二激光源设置在模型槽的上方，第三激光源和第四激光源对称设置在模型槽的侧面，且位于模型粧对称轴的两侧；
所述数码摄像装置包括第一数相机和第二数码相机，所述第一数相机的上方，且位于第一激光源和第二激光源的中间，所述承台上还设有环形滑轨，所述环形滑轨绕模型槽设置，所述第二数码相机与环形滑轨活动连接，可沿环形滑轨移动，滑轨上设置有卡槽和刻度，用于固定第二数码相机。
[0007]前述的一种PCC粧内摩擦力的测试装置，其特征在于，所述通孔和传力杆的数量均为四个，所述通孔沿模型粧的圆周均匀分布，所述传力杆为空心圆柱形钢管，模型槽与传力杆之间设有环形密封垫，所述环形密封垫为橡胶材料制成。
[0008]前述的一种PCC粧内摩擦力的测试装置，其特征在于，所述若干枚土压力盒沿模型粧的内壁圆周对称布置，且高度方向上，透明土的上部、中部、下部均埋设有土压力盒。
[0009]前述的一种PCC粧内摩擦力的测试装置，其特征在于，所述模型槽采用透明有机玻璃或透明钢化玻璃制成。
[0010]前述的一种PCC粧内摩擦力的测试装置，其特征在于，所述模型槽的形状为空心圆柱体或长方体，所述空心圆柱体直径为900?1300mm、高度为300?350mm、周围壁厚10?20mm、底面壁厚20?40mm;所述长方体边长为900?1300mm、高度为300?350mm、周围壁厚10?20mm、底面壁厚20?40mm。
[0011]前述的一种PCC粧内摩擦力的测试装置，其特征在于，所述透明土由透明固体颗粒与孔隙液体制配而成，透明固体颗粒为粒径为0.25mm?2.0mm的全氟环状聚合物颗粒或粒径为0.1mm?1.0mm的恪融石英砂或粒径为0.0lmm?0.075mm的无定形二氧化娃粉末，孔隙液体为糖溶液或氯化钠溶液或酒精溶液或溴化钙溶液。
[0012]前述的一种PCC粧内摩擦力的测试装置，其特征在于，所述模型粧由聚碳酸酯或有机玻璃材料制成，内径为600?800mm，外径为800?1100mm，底部内嵌传力杆。
[0013]基于前述的一种PCC粧内摩擦力的测试装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤:
A，根据试验设计要求，制作模型槽、全比例尺的模型粧和透明土；
B，将模型槽置于承台上，将模型粧置于模型槽内，将传力杆穿过模型槽与传力板相连，压力传感器连接传力板与加载系统；
C，开启加载系统，根据设计的位移速率，施加竖直位移，记录压力传感器的示数；
D，在模型粧内填充透明土，在透明土与模型粧的接触面上布置土压力盒，在模型槽周围布置环形滑轨，在模型槽上方和侧面安装激光源和数码摄像装置，数码摄像装置通过数据线与处理装置连接;打开激光源，检查其在透明土体内部形成的颗粒切面明亮度，调整激光角度，分别使激光垂直和水平入射，打开对应的数码摄像装置，调整其镜头，使其能拍摄整个试验画面；
E，开启加载系统，根据设计的位移速率，施加竖直位移，记录土压力盒和压力传感器的示数，在指定位移处，暂停加载；
模型槽侧面的第三激光源和第四激光源的激光入射形成切面，由模型槽上方的第一数码相机记录土体位移规律；
模型槽上方的第一激光源和第二激光源的激光入射形成切面，由模型槽侧面的第二数码相机围绕滑轨一周，在固定的卡槽位置记录加载过程中接触面和透明土内部的位移规律；
F，重复步骤六^，通过试验装置测试不同内径的模型粧内摩擦系数的大小，重复制备透明土的过程中保持透明土的高度和密实度不变，以保证全比例尺模型粧周围的围压不变；
G，改变透明土的密实度，重复步骤A~E分析透明土密实度对内摩擦系数大小的影响规律；
H，在模型粧与模型槽之间间隙填充透明土，进行步骤A、B、D、E的操作，对比观测模型粧的粧内、外侧壁与透明土之间的摩擦特性，完成模型粧内摩擦力的测试以及内外侧壁摩擦特性的可视化观测试验。
[0014]前述的一种PCC粧内摩擦力的测试装置的使用方法，其特征在于，所述步骤A中模型槽采用透明有机玻璃或透明钢化玻璃制成，模型槽的形状为空心圆柱体或长方体，