【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及巖土力學檢測，特別是涉及一種動態(tài)激振式環(huán)剪儀及其檢測方法。
技術介紹
1、樁基礎是建筑、橋梁、港口碼頭、海洋風電等陸域和水域建構筑物廣泛使用的基礎形式。樁基礎在承受上部樁頭豎向荷載時，樁和樁周土體之間產生相對位移或位移趨勢，使得樁側摩擦阻力發(fā)揮作用，進而將樁頭荷載逐漸向樁周土體傳遞。由此可見，樁側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計的關鍵問題，也是研究樁基承載力和沉降的重要力學問題。
2、動態(tài)激振式環(huán)剪儀作為一種測定土體在大剪切位移條件下力學特性的土工試驗設備，常用于樁土之間界面剪切性狀檢測，常規(guī)的環(huán)剪試驗即在試驗過程中，保持試樣剪切面面積不變，在連續(xù)的位移下發(fā)生大變形剪切，試驗時，通過對環(huán)形試樣加載豎向壓力以及扭轉剪力，獲得巖土的抗剪強度，從而得出其在位移發(fā)生變化時的相應規(guī)律。
3、常規(guī)動態(tài)激振式環(huán)剪儀只可以對樁體單面進行剪切試驗，而且是在連續(xù)扭轉剪力作用下，而實際的動力沉樁主要采用沖擊沉樁和振動沉樁兩種方式，樁體受到的是沖擊力和激振力，并不是連續(xù)扭轉剪力，同時，樁體在下沉過程由于土塞的原因，樁體內壁和外壁所受壓力并不相同。由于常規(guī)動態(tài)激振式環(huán)剪儀難以，造成樁土之間界面剪切性狀檢測結果不準確。
4、因此，研制一種用于動力沉樁樁土界面剪切特性室內試驗的樁體雙面不同壓力作用的大型界面動態(tài)激振式環(huán)剪儀十分必要。
技術實現(xiàn)思路
1、針對以上現(xiàn)有技術存在的缺陷，本專利技術的目的之一提供一種動態(tài)激振式環(huán)剪儀，以
2、本專利技術目的之一采用以下技術方案實現(xiàn)：
3、一種動態(tài)激振式環(huán)剪儀，包括：
4、樁體組件，所述樁體組件包括環(huán)形樁體、內環(huán)形板和外環(huán)形板，所述內環(huán)形板與所述環(huán)形樁體內側連接，所述外環(huán)形板與所述環(huán)形樁體外側連接；
5、豎向支撐裝置，包括具有夾持空間的夾持組件，所述內環(huán)形板和外環(huán)形板由所述夾持空間進行上下夾持，所述樁體組件能在所述夾持空間內水平轉動；
6、剪切盒組件，包括用于放置待測樣品的上剪切盒及下剪切盒，所述上剪切盒放置于所述環(huán)形樁體的上表面，所述下剪切盒放置于所述環(huán)形樁體的下表面；
7、豎向荷載裝置，包括用于向所述上剪切盒施加豎直方向壓力的豎向向下加載組件及用于向所述下剪切盒施加豎直方向壓力的豎向向上加載組件；
8、激振裝置，用于向所述樁體組件施加垂直于豎直方向的沖擊力或向所述樁體組件施加振動力。
9、進一步地，所述外環(huán)形板的外側壁設有荷載板，所述激振裝置產生的沖擊力或振動力作用于所述荷載板。
10、進一步地，所述激振裝置包括環(huán)形軌道、第一連接桿及激振器，所述環(huán)形軌道位于所述樁體組件的外圍，所述環(huán)形軌道外側通過所述第一連接桿與所述豎向支撐裝置連接，所述激振器與所述環(huán)形軌道滑動連接，所述激振器用于向所述荷載板施加沖擊力或振動力。
11、進一步地，所述環(huán)形軌道上設有兩個激振器，所述外環(huán)形板上對應設有兩個荷載板。
12、進一步地，還包括用于檢測所述樁體組件轉動角度的角位移傳感器，所述荷載板上設有力傳感器，所述激振器上與所述荷載板相對的面設有激光測距儀，。
13、進一步地，包括豎直設置的固定軸，所述固定軸的一端部設有套環(huán)，所述套環(huán)外周沿其圓周方向設有多個連桿，各所述連桿遠離所述套環(huán)的一端均轉動設置有轉輪，所述內環(huán)形板具有中心通孔，所述中心通孔的孔壁設有一圈環(huán)形槽，所述固定軸一端延伸至所述中心通孔的圓心位置，所述轉輪與所述環(huán)形槽滾動連接。
14、進一步地，所述豎向荷載裝置還包括兩個第一豎向立柱、兩個第二豎向立柱、上部豎向位移計以及下部豎向位移計，所述兩個第一豎向立柱的上端活動連接有第一橫桿，兩個第二豎向立柱的下端活動連接有第二橫桿，所述豎向向下加載組件上端與所述第一橫桿的中部連接，所述豎向向下加載組件下端與所述上剪切盒的頂部接觸，所述豎向向上加載組件下端與所述第二橫桿的中部連接，所述豎向向上加載組件上端與所述下剪切盒的底部接觸，所述上部豎向位移計豎向設置且其頂端通過第一連接板與所述第一豎向立柱連接，所述下部豎向位移計豎向設置且其底端通過第二連接板與所述第二豎向立柱連接。
15、進一步地，所述夾持組件包括兩個上下相對設置的內側固定件及兩個上下相對設置的外側固定件，所述內側固定件位于所述外側固定固件的內部，所述內側固定件的外側面與所述外側固定固件的內側面之間圍合成環(huán)形通道，所述內環(huán)形板的上下表面由兩個內側固定件進行夾持，所述外環(huán)形板的上下表面由兩個外側固定件進行夾持，所述環(huán)形樁體位于所述環(huán)形通道內。
16、本專利技術的目的之二提供一種動態(tài)激振式環(huán)剪儀的檢測方法，以準確模擬樁體實際動力沉樁過程。
17、本專利技術目的之二采用以下技術方案實現(xiàn)：
18、一種動態(tài)激振式環(huán)剪儀的檢測方法，包括上述的動態(tài)激振式環(huán)剪儀，還包括以下步驟:
19、s1：先將內環(huán)形板、外環(huán)形板與環(huán)形樁體通過緊固連接件裝配成樁體組件20，然后將樁體組件的內環(huán)形板、外環(huán)形板由夾持組件進行上下夾持；
20、s2：將待測土樣填充壓實在上剪切盒和下剪切盒內，然后將上剪切盒放置在環(huán)形樁體的上表面，下剪切盒放置在環(huán)形樁體的下表面；
21、s3：法向加載試驗：通過豎向向下加載組件向上剪切盒施加豎直向下的壓力w1,通過豎向向上加載組件向所述下剪切盒施加豎直向上的壓力w2，實現(xiàn)雙面法向應力的施加；
22、s4：環(huán)向剪切試驗：通過激光測距儀測量激振器與荷載板之間的距離，之后，啟動激振器，激振器向所述荷載板施加沖擊力，樁體組件在沖擊力作用下發(fā)生水平轉動，實現(xiàn)環(huán)向剪切試驗；
23、或者，先使所述激振器與荷載板緊貼接觸，然后啟動激振器，激振器向所述荷載板施加振動力，樁體組件在振動力和激振器的壓力的共同作用下發(fā)生水平轉動，實現(xiàn)環(huán)向剪切試驗；
24、s5：通過力傳感器、角位移傳感器、上部豎向位移計、下部豎向位移計及激光測距儀測得相關試驗數(shù)據(jù)并根據(jù)相關試驗數(shù)據(jù)獲得所需關系曲線。
25、進一步地，在步驟s3中，根據(jù)壓力w1和壓力w2得出上部旋轉面上法向應力和下部旋轉面上法向應力，通過法向應力和豎向位移的數(shù)據(jù)獲得法向應力和位移的關系曲線，計算公式分別為：和其中，r1為剪切盒的內環(huán)半徑，r2為剪切盒的外環(huán)半徑，單位為m，：σ1n為上部旋轉面上法向應力，單位為pa,σ2n為下部旋轉面上法向應力，單位為pa；
26、在步驟s5中，由力傳感器獲得沖擊力f或振動力f，根據(jù)沖擊力f或振動力f計算出旋轉力偶矩，通過旋轉力偶矩換算得到旋轉面上的平均剪應力及旋轉面上的平均剪位移，根據(jù)旋轉面上的平均剪應力和旋轉面上的平均剪位移的數(shù)據(jù)得到樁體界面剪應力-剪位移的關系曲線；計算公式如下：
27、
28、
29、
30、其中，m為旋轉力偶矩，τn為旋轉面本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
1.一種動態(tài)激振式環(huán)剪儀，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權利要求1所述的動態(tài)激振式環(huán)剪儀，其特征在于，所述外環(huán)形板(23)的外側壁設有荷載板(25)，所述激振裝置(50)產生的沖擊力或振動力作用于所述荷載板(25)。
3.根據(jù)權利要求2所述的動態(tài)激振式環(huán)剪儀，其特征在于，所述激振裝置(50)包括環(huán)形軌道(51)、第一連接桿(52)及激振器(53)，所述環(huán)形軌道(51)位于所述樁體組件20的外圍，所述環(huán)形軌道(51)外側通過所述第一連接桿(52)與所述豎向支撐裝置(10)連接，所述激振器(53)與所述環(huán)形軌道(51)滑動連接，所述激振器(53)用于向所述荷載板(25)施加沖擊力或振動力。
4.根據(jù)權利要求3所述的動態(tài)激振式環(huán)剪儀，其特征在于，所述環(huán)形軌道(51)上設有兩個激振器(53)，所述外環(huán)形板(23)上對應設有兩個荷載板(25)。
5.根據(jù)權利要求3所述的動態(tài)激振式環(huán)剪儀，其特征在于，還包括用于檢測所述樁體組件(20)轉動角度的角位移傳感器(39)，所述荷載板(25)上設有力傳感器(26)，所述激振器(53)上與所述荷載板(25)
6.根據(jù)權利要求1所述的動態(tài)激振式環(huán)剪儀，其特征在于，還包括豎直設置的固定軸(41)，所述固定軸(41)的一端部設有套環(huán)(42)，所述套環(huán)(42)外周沿其圓周方向設有多個連桿(43)，各所述連桿(43)遠離所述套環(huán)(42)的一端均設置有轉輪(44)，所述內環(huán)形板(22)具有中心通孔(27)，所述中心通孔(27)的孔壁設有一圈環(huán)形槽(28)，所述固定軸(41)一端延伸至所述中心通孔(27)的圓心位置，所述轉輪(44)與所述環(huán)形槽(28)滾動連接。
7.根據(jù)權利要求1所述的動態(tài)激振式環(huán)剪儀，其特征在于，所述豎向荷載裝置(30)還包括兩個第一豎向立柱(33)、兩個第二豎向立柱(34)、上部豎向位移計(37)以及下部豎向位移計(38)，所述兩個第一豎向立柱(33)的上端活動連接有第一橫桿(35)，兩個第二豎向立柱(34)的下端活動連接有第二橫桿(36)，所述豎向向下加載組件(31)上端與所述第一橫桿(35)的中部連接，所述豎向向下加載組件(31)下端與所述上剪切盒(60)的頂部接觸，所述豎向向上加載組件(32)下端與所述第二橫桿(36)的中部連接，所述豎向向上加載組件(32)上端與所述下剪切盒(70)的底部接觸，所述上部豎向位移計(37)豎向設置且其頂端通過第一連接板與所述第一豎向立柱(33)連接，所述下部豎向位移計(38)豎向設置且其底端通過第二連接板與所述第二豎向立柱(34)連接。
8.根據(jù)權利要求1所述的動態(tài)激振式環(huán)剪儀，其特征在于，所述夾持組件包括兩個上下相對設置的內側固定件(11)及兩個上下相對設置的外側固定件(12)，所述內側固定件(11)位于所述外側固定固件的內部，所述內側固定件(11)的外側面與所述外側固定固件的內側面之間圍合成環(huán)形通道(13)，所述內環(huán)形板(22)的上下表面由兩個內側固定件(11)進行夾持，所述外環(huán)形板(23)的上下表面由兩個外側固定件(12)進行夾持，所述環(huán)形樁體(21)位于所述環(huán)形通道(13)內。
9.一種動態(tài)激振式環(huán)剪儀的檢測方法，其特征在于，包括權利要求1-8任一項所述的動態(tài)激振式環(huán)剪儀，還包括以下步驟:
10.根據(jù)權利要求9所述的動態(tài)激振式環(huán)剪儀的檢測方法，其特征在于，在步驟S3中，根據(jù)壓力W1和壓力W2得出上部旋轉面上法向應力和下部旋轉面上法向應力，通過法向應力和豎向位移的數(shù)據(jù)獲得法向應力和位移的關系曲線，計算公式分別為：和其中，R1為剪切盒的內環(huán)半徑，R2為剪切盒的外環(huán)半徑，單位為m，σ1n為上部旋轉面上法向應力，單位為pa，σ2n為下部旋轉面上法向應力，單位為pa；
...【技術特征摘要】
1.一種動態(tài)激振式環(huán)剪儀，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權利要求1所述的動態(tài)激振式環(huán)剪儀，其特征在于，所述外環(huán)形板(23)的外側壁設有荷載板(25)，所述激振裝置(50)產生的沖擊力或振動力作用于所述荷載板(25)。
3.根據(jù)權利要求2所述的動態(tài)激振式環(huán)剪儀，其特征在于，所述激振裝置(50)包括環(huán)形軌道(51)、第一連接桿(52)及激振器(53)，所述環(huán)形軌道(51)位于所述樁體組件20的外圍，所述環(huán)形軌道(51)外側通過所述第一連接桿(52)與所述豎向支撐裝置(10)連接，所述激振器(53)與所述環(huán)形軌道(51)滑動連接，所述激振器(53)用于向所述荷載板(25)施加沖擊力或振動力。
4.根據(jù)權利要求3所述的動態(tài)激振式環(huán)剪儀，其特征在于，所述環(huán)形軌道(51)上設有兩個激振器(53)，所述外環(huán)形板(23)上對應設有兩個荷載板(25)。
5.根據(jù)權利要求3所述的動態(tài)激振式環(huán)剪儀，其特征在于，還包括用于檢測所述樁體組件(20)轉動角度的角位移傳感器(39)，所述荷載板(25)上設有力傳感器(26)，所述激振器(53)上與所述荷載板(25)相對的面設有激光測距儀(54)。
6.根據(jù)權利要求1所述的動態(tài)激振式環(huán)剪儀，其特征在于，還包括豎直設置的固定軸(41)，所述固定軸(41)的一端部設有套環(huán)(42)，所述套環(huán)(42)外周沿其圓周方向設有多個連桿(43)，各所述連桿(43)遠離所述套環(huán)(42)的一端均設置有轉輪(44)，所述內環(huán)形板(22)具有中心通孔(27)，所述中心通孔(27)的孔壁設有一圈環(huán)形槽(28)，所述固定軸(41)一端延伸至所述中心通孔(27)的圓心位置，所述轉輪(44)與所述環(huán)形槽(28)滾動連接。
7.根據(jù)權利要求1所述的動態(tài)激振式環(huán)剪儀，其特征在于，所述豎向荷載裝置(30)還包括兩個第一豎向立柱(33)、兩個...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：張博，呂述暉，蘇世定，吳佳琪，
申請(專利權)人：中交第四航務工程局有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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