一種pcc樁內(nèi)摩擦力的測試裝置及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種PCC粧內(nèi)摩擦力的測試裝置及其使用方法，主要適用于PCC粧與土體之間內(nèi)接觸面的可視化觀測，屬于巖土工程中粧-土接觸面摩擦力測試技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]構(gòu)建物與土體之間的相互作用問題，一直是巖土工程研究的重要課題。運(yùn)用數(shù)值模擬方法分析建筑物構(gòu)件與土體相互作用時(shí)，接觸問題的設(shè)置對計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性影響尤為重要。目前，國內(nèi)外構(gòu)建物與土體接觸面摩擦的研究大多數(shù)針對的是平面的情況，然而，實(shí)際的巖土工程領(lǐng)域中例如粧基與土體之間，摩擦問題是三維的環(huán)狀接觸問題，平面接觸不能如實(shí)反映接觸形式。而環(huán)狀接觸面，尤其是PCC粧粧-土接觸面，粧芯土與粧側(cè)壁的摩擦特性，與粧周土與粧側(cè)壁的摩擦特性并不相同，針對PCC粧粧芯土與粧側(cè)壁的摩擦特性的研究相對較少。
[0003]中國發(fā)明專利“一種土工合成材料接觸面摩擦強(qiáng)度測試方法”(專利號(hào):ZL201510361824.6)公開了一種土工合成材料接觸面摩擦強(qiáng)度測試裝置;該技術(shù)裝置通過獲取土工合成材料與地質(zhì)體之間的正應(yīng)力和剪切應(yīng)力，獲得接觸面強(qiáng)度參數(shù);但是該技術(shù)方案，無法可視化觀測摩擦過程，也不能解決三維接觸面的摩擦強(qiáng)度問題。中國發(fā)明專利“一種測定土-筋界面摩擦系數(shù)的直剪儀及測定方法”(專利號(hào):ZL201410811116.3)公開了一種測定土-筋界面摩擦系數(shù)的直剪裝置;該技術(shù)裝置可以對土-筋二維界面摩擦系數(shù)進(jìn)行測量;但是無法測量粧-土之間三維界面的摩擦系數(shù)，并且也不能可視化觀測摩擦過程。
[0004]傳統(tǒng)的變形測量方法測量結(jié)果往往不夠準(zhǔn)確，同時(shí)不能給出土體內(nèi)部連續(xù)變形的整個(gè)位移場?，F(xiàn)代數(shù)字圖像技術(shù)也只局限于測量土體的宏觀或邊界變形，不能實(shí)現(xiàn)實(shí)際土體內(nèi)部變形的可視化觀測。利用X-射線、計(jì)算機(jī)層析掃描(CAT掃描)等方法雖然可以用來測量土體內(nèi)部的連續(xù)變形，但是費(fèi)用昂貴，限制了這些技術(shù)的廣泛應(yīng)用?；谕该魍敛牧系脑囼?yàn)技術(shù)，以其適中的試驗(yàn)成本以及可以較為精確地連續(xù)觀測土體內(nèi)部變形的優(yōu)點(diǎn)正得到逐步推廣應(yīng)用。然而，目前基于透明土材料開展的可視化模型試驗(yàn)研究，往往是針對整體模型的位移場、滲流場或者溫度場，而尚未有針對構(gòu)建物與土體接觸面的相關(guān)應(yīng)用研究。因此，基于透明土試驗(yàn)技術(shù)，可視化研究實(shí)際PCC粧與土體之間內(nèi)接觸面與外接觸面摩擦特性，對三維接觸面摩擦特性的研究顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種PCC粧內(nèi)摩擦力的測試裝置及其使用方法，實(shí)現(xiàn)PCC粧內(nèi)摩擦系數(shù)的測量，解決粧芯土與粧內(nèi)側(cè)壁的摩擦特性、粧周土與粧外側(cè)壁的摩擦特性的測試問題，以及三維可視化觀測問題。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種PCC粧內(nèi)摩擦力的測試裝置，其特征在于，包括承臺(tái)、模型粧、模型槽、激光源以及數(shù)碼攝像裝置； 所述模型槽為透明裝置，且設(shè)置在承臺(tái)上，所述模型粧為全比例尺的PCC粧，設(shè)置在所述模型槽內(nèi)且兩者之間留有間隙，模型粧的粧芯部分填充透明土，所述模型粧與透明土的接觸面上設(shè)有若干枚用于測試土體的側(cè)壓力的土壓力盒，所述模型槽的底部和承臺(tái)對應(yīng)模型粧的位置開設(shè)有若干個(gè)通孔，每個(gè)通孔內(nèi)均設(shè)有傳力桿，所述傳力桿帶動(dòng)模型粧豎直方向移動(dòng)，所述傳力桿底部設(shè)有用于控制其豎直位移的加載系統(tǒng)，且兩者之間設(shè)有壓力傳感器和傳力板;所述傳力桿上部內(nèi)嵌于模型粧的底部、下部固定在傳力板上，所述傳力板為圓形板，底部通過所述壓力傳感器與加載系統(tǒng)連接，所述壓力傳感器通過數(shù)據(jù)線與采集系統(tǒng)相連，用于記錄傳力板上的壓力；
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設(shè)置在模型槽的上方，第三激光源和第四激光源對稱設(shè)置在模型槽的側(cè)面，且位于模型粧對稱軸的兩側(cè)；
所述數(shù)碼攝像裝置包括第一數(shù)相機(jī)和第二數(shù)碼相機(jī)，所述第一數(shù)相機(jī)的上方，且位于第一激光源和第二激光源的中間，所述承臺(tái)上還設(shè)有環(huán)形滑軌，所述環(huán)形滑軌繞模型槽設(shè)置，所述第二數(shù)碼相機(jī)與環(huán)形滑軌活動(dòng)連接，可沿環(huán)形滑軌移動(dòng)，滑軌上設(shè)置有卡槽和刻度，用于固定第二數(shù)碼相機(jī)。
[0007]前述的一種PCC粧內(nèi)摩擦力的測試裝置，其特征在于，所述通孔和傳力桿的數(shù)量均為四個(gè)，所述通孔沿模型粧的圓周均勻分布，所述傳力桿為空心圓柱形鋼管，模型槽與傳力桿之間設(shè)有環(huán)形密封墊，所述環(huán)形密封墊為橡膠材料制成。
[0008]前述的一種PCC粧內(nèi)摩擦力的測試裝置，其特征在于，所述若干枚土壓力盒沿模型粧的內(nèi)壁圓周對稱布置，且高度方向上，透明土的上部、中部、下部均埋設(shè)有土壓力盒。
[0009]前述的一種PCC粧內(nèi)摩擦力的測試裝置，其特征在于，所述模型槽采用透明有機(jī)玻璃或透明鋼化玻璃制成。
[0010]前述的一種PCC粧內(nèi)摩擦力的測試裝置，其特征在于，所述模型槽的形狀為空心圓柱體或長方體，所述空心圓柱體直徑為900?1300mm、高度為300?350mm、周圍壁厚10?20mm、底面壁厚20?40mm;所述長方體邊長為900?1300mm、高度為300?350mm、周圍壁厚10?20mm、底面壁厚20?40mm。
[0011]前述的一種PCC粧內(nèi)摩擦力的測試裝置，其特征在于，所述透明土由透明固體顆粒與孔隙液體制配而成，透明固體顆粒為粒徑為0.25mm?2.0mm的全氟環(huán)狀聚合物顆?；蛄綖?.1mm?1.0mm的恪融石英砂或粒徑為0.0lmm?0.075mm的無定形二氧化娃粉末，孔隙液體為糖溶液或氯化鈉溶液或酒精溶液或溴化鈣溶液。
[0012]前述的一種PCC粧內(nèi)摩擦力的測試裝置，其特征在于，所述模型粧由聚碳酸酯或有機(jī)玻璃材料制成，內(nèi)徑為600?800mm，外徑為800?1100mm，底部內(nèi)嵌傳力桿。
[0013]基于前述的一種PCC粧內(nèi)摩擦力的測試裝置的使用方法，其特征在于，包括如下步驟:
A，根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，制作模型槽、全比例尺的模型粧和透明土；
B，將模型槽置于承臺(tái)上，將模型粧置于模型槽內(nèi)，將傳力桿穿過模型槽與傳力板相連，壓力傳感器連接傳力板與加載系統(tǒng)；
C，開啟加載系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計(jì)的位移速率，施加豎直位移，記錄壓力傳感器的示數(shù)；
D，在模型粧內(nèi)填充透明土，在透明土與模型粧的接觸面上布置土壓力盒，在模型槽周圍布置環(huán)形滑軌，在模型槽上方和側(cè)面安裝激光源和數(shù)碼攝像裝置，數(shù)碼攝像裝置通過數(shù)據(jù)線與處理裝置連接;打開激光源，檢查其在透明土體內(nèi)部形成的顆粒切面明亮度，調(diào)整激光角度，分別使激光垂直和水平入射，打開對應(yīng)的數(shù)碼攝像裝置，調(diào)整其鏡頭，使其能拍攝整個(gè)試驗(yàn)畫面；
E，開啟加載系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計(jì)的位移速率，施加豎直位移，記錄土壓力盒和壓力傳感器的示數(shù)，在指定位移處，暫停加載；
模型槽側(cè)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數(shù)碼相機(jī)記錄土體位移規(guī)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，由模型槽側(cè)面的第二數(shù)碼相機(jī)圍繞滑軌一周，在固定的卡槽位置記錄加載過程中接觸面和透明土內(nèi)部的位移規(guī)律；
F，重復(fù)步驟六^，通過試驗(yàn)裝置測試不同內(nèi)徑的模型粧內(nèi)摩擦系數(shù)的大小，重復(fù)制備透明土的過程中保持透明土的高度和密實(shí)度不變，以保證全比例尺模型粧周圍的圍壓不變；
G，改變透明土的密實(shí)度，重復(fù)步驟A~E分析透明土密實(shí)度對內(nèi)摩擦系數(shù)大小的影響規(guī)律；
H，在模型粧與模型槽之間間隙填充透明土，進(jìn)行步驟A、B、D、E的操作，對比觀測模型粧的粧內(nèi)、外側(cè)壁與透明土之間的摩擦特性，完成模型粧內(nèi)摩擦力的測試以及內(nèi)外側(cè)壁摩擦特性的可視化觀測試驗(yàn)。
[0014]前述的一種PCC粧內(nèi)摩擦力的測試裝置的使用方法，其特征在于，所述步驟A中模型槽采用透明有機(jī)玻璃或透明鋼化玻璃制成，模型槽的形狀為空心圓柱體或長方體，