加筋土工程中筋土界面的摩擦特性试验装置的制作方法

本实用新型属于土木工程领域，涉及一种加筋土工程中筋土界面的摩擦特性试验装置。

背景技术：

加筋土结构具有占地少、造价低、允许发生不均匀沉降及自适应能量强等优点，已经广泛应用于公路、铁路、市政和建筑工程等领域的各类工程中。筋材与土的界面摩擦特性直接决定了加筋土工程的稳定性，是加筋土结构中的重要参数，只有正确测定筋材与土的界面摩擦特性，才能为加筋土工程设计提供更加准确的设计参数，使加筋土工程更加安全经济合理。目前，还没有一套测定筋土界面的摩擦特性的试验装置，也没有统一的试验方法。

技术实现要素：

基于现有技术所存在的问题，本实用新型的目的是提供一种加筋土工程中筋土界面的摩擦特性试验装置，能方便、准确的测定加筋土工程中筋土界面的似摩擦系数。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型实施方式提供一种加筋土工程中筋土界面的摩擦特性试验装置，包括：

承土下盒、滑轨装置、承土上盒、垂直加压装置、水平推进拉拔装置、连杆组件、位移测量系统和控制处理器；其中，

所述承土下盒底部设在所述滑轨装置上；

所述承土下盒内底部设置下透水钢板，该承土下盒上端开口，该承土下盒内填满设置下土样；

所述承土下盒内的下土样顶部铺设待测筋材；

所述承土上盒设在所述承土下盒顶部铺设的待测筋材上，该承土上盒的上、下两端开口，该承土上盒内填满设置上土样，所述上土样顶部覆盖设置上透水钢板；

所述承土上盒一侧设置固定支架；

所述垂直加压装置设在所述承土上盒的上方，该垂直加压装置的加压端压设在所述承土上盒内的上土样顶部的所述上透水钢板上；

所述水平推进拉拔装置设在所述承土下盒一侧，该水平推进拉拔装置与连杆组件连接，所述连杆组件前端设置能分别连接所述待测筋材与所述承土下盒的连接端；

所述垂直加压装置内设置压力传感器；

所述水平推进拉拔装置内设置拉压传感器；

所述连杆组件上设置位移测量系统；

所述控制处理器，分别与所述压力传感器、拉压传感器和位移测量系统电气连接，记录用于测定筋土界面摩擦特性的压力值、拉压值和推进位移量。

由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的加筋土工程中筋土界面的摩擦特性试验装置，其有益效果为：

通过设置有机连接的承土下盒、滑轨装置、承土上盒、垂直加压装置、水平推进拉拔装置、连杆组件、位移测量系统和控制处理器，形成一种筋土界面的摩擦特性试验装置，该装置能实现在试验室测定筋土界面摩擦特性，并可分别进行直剪试验和拉拔试验两种不同的摩擦特性试验；该装置能够模拟现场环境，在不同温度、湿度、含水率、压实度等条件下的测定筋土的摩擦特性，更加客观的评价筋土界面的摩擦状况，能好的为加筋挡土墙工程设计施工提供参考；该装置能快速、方便测定筋土界面摩擦特性，测定时操作方便，速度快，测定结果准确客观，便于自动计算储存试验结果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本实用新型实施例提供的筋土界面的摩擦特性试验装置构成示意图；

图2为本实用新型实施例提供的筋土界面的拉拔试验示意图；

图3为本实用新型实施例提供的筋土界面的剪切试验示意图；

图中：1-水平推进拉拔装置；2-连杆；3-待测筋材；4-承土上盒；5-垂直加压装置；6-透水钢板；7-固定支架；8-锚固器；9-承土下盒；10-控制处理器；11-储水盒；12-上土样；13-滑轨装置；14-连杆连接装置；15-位移测量系统；16-位置调节器；17-夹具；18-下土样。

具体实施方式

下面结合本实用新型的具体内容，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。本实用新型实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

如图1所示，本实用新型实施例提供一种加筋土工程中筋土界面的摩擦特性试验装置，包括：

承土下盒、滑轨装置、承土上盒、垂直加压装置、水平推进拉拔装置、连杆组件、位移测量系统和控制处理器；其中，

承土下盒底部设在滑轨装置上；

承土下盒内底部设置下透水钢板，该承土下盒上端开口，该承土下盒内填满设置下土样；

承土下盒内的下土样顶部铺设待测筋材；

承土上盒设在承土下盒顶部铺设的待测筋材上，该承土上盒的上、下两端开口，该承土上盒内填满设置上土样，上土样顶部覆盖设置上透水钢板；

承土上盒一侧设置固定支架；

垂直加压装置设在承土上盒的上方，该垂直加压装置的加压端压设在承土上盒内的上土样顶部的上透水钢板上；

水平推进拉拔装置设在承土下盒一侧，该水平推进拉拔装置与连杆组件连接，连杆组件前端设置能分别连接待测筋材与承土下盒的连接端；

垂直加压装置内设置压力传感器；

水平推进拉拔装置内设置拉压传感器；

连杆组件上设置位移测量系统；

控制处理器，分别与压力传感器、拉压传感器和位移测量系统电气连接，记录用于测定筋土界面摩擦特性的压力值、拉压值和推进位移量。

上述试验装置中，水平推进拉拔装置包括：

主机和位置调节器；

主机设在位置调节器上，位置调节器能调节主机的高度；

主机内设有由电机驱动的拉推机构。

上述试验装置中，连杆组件包括：

连杆和连杆连接装置；其中，

连杆后端经连杆连接装置与水平推进拉拔装置的拉推端连接；

连杆前端为能分别连接待测筋材与承土下盒的连接端；

连杆后端上设置位移测量系统。

上述试验装置中，承土下盒与承土上盒通过螺栓连接。

上述试验装置中，承土下盒内的底部设置储水盒，该储水盒处于下透水钢板的下方。

上述试验装置还包括：夹具，连接连杆组件前端的连接端与待测筋材的一端。

上述试验装置中，控制处理器，分别与垂直加压装置和水平推进拉拔装置电气连接，能分别控制垂直加压装置和水平推进拉拔装置。

上述试验装置中，控制处理器包括：主处理装置控制面板、电源模块和输入输出接口；其中，

主处理装置，分别与控制面板、输入输出接口和电源模块电气连接；

主处理装置，用于记录用于测定筋土界面摩擦特性的压力值、拉压值和推进位移量；

上述的主处理装置经输入输出接口能与计算机通信连接，主处理装置能将记录的数据发送至计算机；

上述试验装置中，控制处理器的主处理装置还用于，根据记录的拉拔试验的压力值、拉压值和推进位移量按下述公式分别计算得出拉拔试验的界面似摩擦系数：

上述两式中：τp为拉拔试验界面剪应力；T为拉拔力；A为拉拔试验埋在土内的格栅试样面积(格栅试样面积是由待测待测筋材形成的格栅试样的面积)；f′界面似摩擦系数；τpmax为拉拔试验界面剪应力峰值；p为垂直应力；

以及根据记录的直剪试验的压力值、拉压值和推进位移量按下述公式分别计算得出直剪试验的界面似摩擦系数：

上述两式中：τs为直剪试验界面剪应力；T为剪切推力；A为拉拔试验埋在土内的格栅试样面积；f′为界面似摩擦系数；τsmax为直剪试验界面剪应力峰值；p为垂直应力。

这样控制处理器不仅能记录试验过程中各数据，发送给计算机进行处理，得出拉拔试验和直剪试验的试验结果，也可以由该控制处理器自动记录试验过程中各数据的同时，同时计算出试验结果。

上述试验装置能以类似的机理进行直剪试验与拉拔试验的试验装置及测定方法，用于测定筋材与土的界面摩擦特性，以上两种试验虽然都是反映界面摩擦作用，通过本发明的装置能得出不同的试验结果。

本实用新型实施例还提供一种加筋土工程中筋土界面的摩擦特性试验的测定方法，采用上述的加筋土工程中筋土界面的摩擦特性试验装置，包括：

(1)进行拉拔试验，步骤如下(参见图2)：

步骤11，将试验装置的下透水钢板放入承土下盒内的底部，放入下土样后分层压实，铺上待测筋材，将待测筋材一端通过夹具与水平推进拉拔装置相连；在承土下盒上的待测筋材上安装承土上盒，并向承土上盒内放入上土样并分层压实后顶部放置上透水钢板，固定承土上盒和承土下盒，在滑轨装置上用螺栓固定承土下盒，承土上盒采用固定支架固定；

步骤12，通过试验装置的垂直加压装置对上土样施加垂直应力p，通过水平推进拉拔装置采用应变控制方式拉动待测筋材，拉拔速率根据土样调整，拉拔时记录水平拉力T和待测筋材的拉拔位移L，当拉拔位移L达到要求位移时，停止拉拔试验；

步骤13，根据试验装置的控制处理器获取拉拔试验过程中水平拉力的变化数据，按下述公式计算界面似摩擦系数：

上述两式中：τp为拉拔试验界面剪应力；T为拉拔力；A为拉拔试验埋在土内的格栅试样面积(即待测待测筋材形成的格栅试样面积)；f′界面似摩擦系数；τpmax为拉拔试验界面剪应力峰值；p为垂直应力；

(2)进行直剪试验，步骤如下(参见图3)：

步骤21，将试验装置的下透水钢板放入承土下盒内底部，向承土下盒内放入下土样后分层压实，铺上待测筋材，通过锚固器将待测筋材锚固定于承土下盒上，在承土下盒上的待测筋材上安装承土上盒，向承土上盒内放入上土样分层压实后，在上土样顶部放置上透水钢板，将水平推进拉拔装置通过连杆组件与承土下盒相连，滑轨装置不固定，承土上盒采用固定支架固定；

步骤22，通过试验装置的垂直加压装置对承土上、下盒内的上、下土样施加垂直应力p，通过水平推进拉拔装置采用应变控制方式，推动在固定的承土上盒下方的承土下盒形成剪切，剪切时记录水平推力T和剪切位移L，当剪切位移L达到要求位移时，直剪试验停止；

步骤23，根据试验装置的控制处理器记录直剪试验过程中水平推力的变化数据，按下述公式计算界面似摩擦系数：

上述两式中：τs为直剪试验界面剪应力；T为剪切推力；A为拉拔试验埋在土内的格栅试样面积；f′为界面似摩擦系数；τsmax为直剪试验界面剪应力峰值；p为垂直应力。

下面对本实用新型实施例具体作进一步地详细描述。

如图1所示，本实施例提供一种加筋土工程中筋土界面的摩擦特性试验装置，能分别进行直剪试验和拉拔试验两种不同的摩擦特性试验；该试验装置包括：承土上盒4、滑轨装置13、承土下盒9、垂直加压装置5、水平推进拉拔装置1、位移测量系统15和控制处理器10；其中，

承土上盒4和承土下盒9两部分，均可进行拆卸，便于试验后上土样12和下土样18的清理。

承土上盒4和承土下盒9可根据上、下土样12、18的性质不同，采用不同的尺寸。

承土上盒4和承土下盒9中装入上、下土样12、18并压实，上土样12上部和下土样18底部分别设有上、下透水钢板6、19。垂直加压装置5通过上部的上透水钢板6将压力均匀施加在上、下土样12、18上。

垂直加压装置5对上、下土样12、18施加垂直压力，其内部设有压力传感器，垂直压力的大小可通过压力传感器测得并将数据传输至控制处理器10。

水平推进拉拔装置1，其主机底部设置位置调节器，通过位置调节器16调整上下位置(即调节高度)，当进行直剪试验时经连杆2与承土下盒9相连，当进行直剪试验时经连杆2通过夹具与待测筋材3相连。

承土上盒4通过固定支架7固定于墙壁或基础上，防止承土上盒4产生位移。

承土下盒9内底部设有上透水钢板6和储水盒11，储水盒11用于存储土样12排水，该承土下盒9底部设在滑轨装置13上，该滑轨装置13在进行直剪试验时随着水平推进拉拔装置1的推进使承土下盒9产生位移，在进行拉拔试验时通过螺栓固定使承土下盒9不产生位移。

承土下盒9在进行直剪试验时通过连杆连接装置14和连杆2与水平推进拉拔装置1相连。

水平推进拉拔装置1通过电机进行拉拔或推进，并通过内置拉压传感器测量水平推力或拉拔力。拉压传感器设置在水平推进拉拔装置1连杆连接装置前端14。

垂直加压装置5内置的压力传感器、水平推进拉拔力测量内置的拉压传感器均与控制处理器10电气连接，构成测力系统。

位移测量系统15与连杆2前端相连，通过测量连杆2位置的变化，测量出承土下盒9或待测筋材3的位移。

控制处理器10包括：主处理装置、控制面板、电源模块、输入接口和输出接口，可控制垂直加压装置5和水平推进拉拔装置1，并自动记录试验数据，以及进一步根据试验数据计算试验结果。具体的，控制处理器10输入接口分别与拉压传感器和压力传感器相连，输出接口与显示器和打印机相连，并可与计算机相连进行数据传输。

本实用新型实施例提供的通过拉拔试验和直剪试验测定筋土界面摩擦特性的方法，包括：

(1)拉拔试验包括以下步骤(筋土界面的拉拔试验示意参见图2)：

1)将透水钢板6放入下盒9底部，放入土样12后按要求分层压实，铺上待测筋材3(铺设的待测筋材3形成格栅结构)，待测筋材3一端通过夹具17与水平推进拉拔装置1相连；再安装上盒4，放入土样12后按要求分层压实顶部放置透水钢板6，禁锢上下盒；滑轨装置13用螺栓固定下盒，上盒4采用支架7固定。

2)垂直加压装置5对土样12施加垂直应力p，拉拔采用应变控制方式拉动筋材3，拉拔速率可根据土样12的调整，拉拔时自动记录水平拉力T和拉拔位移L。当拉拔位移L达到要求位移时，试验停止。

3)控制处理器10记录试验过程中水平拉力的变化数据曲线，并通过下式计算界面似摩擦系数：

上述两式中：

τp—拉拔试验界面剪应力；

τpmax—拉拔试验界面剪应力峰值；

T—拉拔力；

A—拉拔试验埋在土内的格栅试样面积(格栅试样面积是由待测待测筋材形成的格栅试样的面积)；

f′—界面似摩擦系数；

p—垂直应力；

(2)直剪试验包括以下步骤(筋土界面的剪切试验示意参见图3)：

1)将透水钢板6放入下盒9底部，放入土样12后按要求分层压实，铺上待测筋材3，将通过锚固器8将待测筋材3锚固于下盒。再安装上盒4，放入土样12后按要求分层压实顶部放置透水钢板6。推进拉拔装置1通过连杆连接装置14将连杆2与下盒9相连，滑轨装置13不固定，上盒4采用支架固7。

2)垂直加压装置1对土样12施加垂直应力p，推进拉拔装置1采用应变控制方式，上盒4固定，推动下盒9。剪切时自动记录水平推力T和剪切位移L。当拉拔位移L达到要求位移时，试验停止。

3)控制处理器10记录试验过程中水平推力的变化曲线，并通过下式计算界面似摩擦系数：

上述两式中：

τs—直剪试验界面剪应力；

τsmax—直剪试验界面剪应力峰值；

A—拉拔试验埋在土内的格栅试样面积(即待测待测筋材形成的格栅试样的面积)；

T—剪切推力；

f′—界面似摩擦系数；

p—垂直应力。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。