1.本发明实现了一种可调节界面粗糙度的剪切试验装置，特别适用于一般粗颗粒土或砂土与钢界面剪切时，通过对钢界面粗糙度的调节进行砂土与钢界面剪切力学特性的测试。
背景技术：2.土与结构物界面力学特性是评价土与结构物相互作用的关键，而结构物表面粗糙度是影响土与结构接触面力学性能的重要因素，其合理性评价土与结构物界面力学特性关乎基础结构的安全和稳定。其中，最为著名的工程问题是20世纪80年代澳大利亚north rankin“a”平台出现将钢管桩打入钙质砂地层后，因钙质砂地基承载力不足而被迫重新施工。研究发现，由于不同的成桩工艺和不同的冶炼技术，钢管桩的侧壁并不完全光滑，而是具有一定的粗糙度的，因而有必要考虑钢管桩表面粗糙度的影响对其进行合理解释。
3.进行土与结构接触面力学试验是研究土与结构物界面力学规律的重要手段，近年来，学者们利用众多的仪器设备进行了此领域的相关研究。
4.目前，国内外对土与结构接触面力学响应设备进行了研发，归纳起来主要有:大型拉拔摩擦仪、面环剪切仪、扭剪仪、循环剪切仪。其中大型拉拔摩擦仪主要是在以往单调直接剪切仪的基础上进行了改造，且在后来探究土与结构接触面单调力学特性时得到了广泛应用；而对于界面环剪仪、循环加载剪切仪等，主要实现了常法向应力、常剪切位移、常剪切速率、常刚度上的约束，例如公开号为cn1188688c的一种观测土与结构接触面力学特性的循环加载剪切仪，考虑了剪切中循环剪切作用的影响，但未考虑界面粗糙度的影响。且利用现有的界面剪切仪大多是对试验材料力学特性方面的探讨，未涉及不同粗糙度界面对接触面材料力学性能的影响。譬如，芮圣洁等人在“岩土力学”2020年1月，41卷，第1期，p79上的“环剪切仪”；又如，已有的界面剪切试验局限于对砂土接触面力学特性的关注，从而忽略了剪切过程中材料的实时破坏情况，因此有必要对砂土接触面剪切过程中的破坏进行观测；另外，已有的砂土接触面剪切都是小尺寸试样，且接触面粗糙度较小，难以模拟真实工况下砂土界面摩擦行为，从而无法对砂土材料界面力学性能进行定性分析。
技术实现要素：5.鉴于此，本发明提供了一种能够调节界面粗糙度的剪切试验装置，可解决砂土界面剪切过程中不同粗糙度界面对其影响，同时，通过对上剪切盒做可视化处理，方便不同粗糙界面剪切下砂土破坏情况的观测。
6.本发明的试验装置是这样实现的：
7.一种用于可调节界面粗糙度的剪切试样装置包括：
8.一套剪切盒、一套钢板架、两套加载系统、一套数据采集系统、一套固定支座、一套计算机控制软件，钢板；
9.一套剪切盒内径长宽高尺寸为300mm
×
300mm
×
340mm，外径长宽高尺寸为315mm
×
315mm
×
340mm，上下剪切盒长宽高尺寸各为300mm
×
300mm
×
160mm；
10.一套钢板架，用于固定钢板，钢板架的长宽高尺寸为500mm
×
300mm
×
20mm；
11.两套加载系统包括水平方向和垂直方向的加载，均配置荷重传感器，具有加载方便、控制精度高等优点，垂直加载系统最大量程450kpa，分辨率1kpa，法向应力通过垂直力传感器闭环控制，水平加载系统最大量程1400kpa，分辨率1kpa，剪切应力通过水平力传感器控制；
12.一套数据采集系统，用于采集砂土界面剪切过程中力学数据，如剪应力随时间增长的变化曲线、剪应力随剪切位移增加的变化曲线；
13.一套固定结构，用于固定各类设备附件，如固定剪切盒、固定垂直加载系统；
14.一套计算机控制软件，主要用于控制剪切方式，包括对剪切速率、加载方式、加载应力、剪切位移的控制；
15.钢板，表面等距刻有不同深度的凹槽，钢板长宽高尺寸为300mm
×
300mm
×
20mm；
16.与现有的技术装置相比，本发明装置具有以下优点：
17.本发明不仅提供了一种可调节界面粗糙度的剪切试验装置，即可灵活调换不同粗糙度的钢板，从而达到不同粗糙接触面的目的；其次还能通过有机玻璃视窗观测不同粗糙界面下砂土的破坏情况；
附图说明
18.为了能够清楚的掌握本发明的试验装置，以下将对每个部位的细节图进行详细说明，并附上详图；
19.图1为一种可调节界面粗糙度的剪切装置图；
20.图2为界面剪切示意图
21.图3为本发明剪切装置的垂直加载系统；
22.图4为本发明剪切装置中的水平加载系统；
23.图5为剪切装置里的剪切盒，包括上下两盒；
24.图6为本发明界面剪切装置中的钢界面，是由表面刻有等距凹槽的钢板组成；
25.图7为数据采集系统；
26.图中1为1为螺纹杆，2垂直加载电机箱，3为垂直加载传感器，4为连接杆，5为荷载块，6为上剪切盒，7为上剪切盒固定板，8为钢板，9为螺丝钉，10为水平加载电机箱，11为水平剪切板，12为滑轨，13固定为支座，14为固定螺钉，15为垂直固定杆，16为采集数据的显示器，17为采集数据的主机，18为刚性板，19为粗粒土试样，20为螺帽，21为水平荷载传感器，22为固定水平传感器钢块，23为上剪切盒，24为钢板表面不同深度凹槽。
具体实施方式
27.为了更好地理解本发明内容及掌握本装置，下面进行具体的实施举例来说明，并结合具体的附图做进一步阐述；
28.从图1至图7为整个钙质砂的界面剪切装置，包括剪切盒、垂直加载系统、水平加载系统、钢界面,、数据采集系统；
29.首先将下剪切盒里面放入一长宽高尺寸为250mm
×
250mm
×
140mm的木块，随后将
一块长宽高尺寸为300mm
×
300mm
×
20mm的钢板嵌入下剪切盒，并与下剪切盒成为一个具有不同粗糙界面特征的整体钢块，其中此钢板表面粗糙度可以任意更换，通过调节钢板表面凹槽深度r来实现界面不同的粗糙度；
30.其次安装好上剪切盒，并将钙质砂试样装入剪切盒内，装入120mm高后，停止装样，将一尺寸略小于剪切盒尺寸的刚性板盖在试样表面，并用固定结构固定好；
31.接着降落上方的垂直加载系统，使带有传感器的荷载块与刚性板接触，水平方向做法跟垂直方向一样，使带有水平加载传感器的荷载块与钢界面接触；
32.然后打开剪切系统计算机控制软件，设置加载方案(包括加载速率、剪切位移、加载应力等)；
33.在设置好的加载方案基础上，开始试验，在水平加载系统下，上剪切盒不动，推动下剪切盒，使其与钙质砂形成界面剪切，保持剪切系统控制软件实时采集剪应力-剪切位移曲线变化；
34.当达到设定的目标后，各方向的加载停止，停止试验；
35.以上所述仅为本发明优选实例而已，但并不局限于一般砂土的界面剪切，凡是粗颗粒砂土均可应用，同时，通过有机玻璃视窗还能观测沙土的破坏情况，但在本发明的精神原则前提下，所做的试样材料替换、技术改进、其他变换等均包含在本发明保护范围内。
技术特征：1.一种可调节界面粗糙度的剪切试验装置，其特征在于，包括：(1)界面剪切系统，用于测试砂土界面剪切力学特性；(2)数据采集系统，用于采集剪切过程中的剪应力-剪切位移曲线变化。2.根据权利要求1所述的一种可调节界面粗糙度的剪切试验装置，其特征在于，所述界面剪切系统包括固定支座、滑轨、剪切盒、钢板、垂直加载系统以及水平加载系统，所述固定支座位于最下面，所述滑轨位于固定支座上面，所述剪切盒包含下剪切盒和上剪切盒，位于滑轨上面，所述下剪切盒带有钢板，被作为钙质砂的结构接触面，所述上剪切盒装有钙质砂试样并安装在下剪切盒钢板上表面，所述上剪切盒装有砂土后盖上刚性板，所述刚性板上表面与垂直加载系统的荷载块接触，所述垂直加载系统的荷载块上与荷载传感器相连，所述水平加载系统位于滑轨上面，并与下剪切盒钢板接触，所述钢板镶嵌在下剪切盒表面，与下剪切盒形成一整体钢界面，所述剪切过程中的剪应力-剪切位移曲线变化由数据采集系统采集。3.根据权利要求1所述的一种可调节界面粗糙度的剪切试验装置，其特征在于，所述数据采集系统，可实时采集整个试验过程中的数据，所述试验中的实时数据包括砂土界面剪应力-剪切位移曲线变化、剪应力-时间曲线变化。
技术总结本发明提供了一种可调节界面粗糙度的剪切试验装置，包括一套剪切盒、一套钢板架、垂直加载系统、水平加载系统、一套数据采集系统、一套固定结构、钢板，用于研究一般砂土或粗颗粒土界面剪切特性，本装置的最大优点在于通过调换不同粗糙度的钢板可灵活变换界面粗糙度，具体实施过程展现为：首先将砂土材料装入上剪切盒内，盖上刚性板，固定好上剪切盒后，将垂直加载系统中的荷载块与刚性板接触，其次，将水平加载荷载块与下剪切盒的钢板接触，上剪切盒保持不动，下剪切盒在水平加载系统的推动下，形成界面剪切。成界面剪切。成界面剪切。
技术研发人员：石圳钊 蒋代苹 柴源 吕海波 万召华 王甫江 黄剑锋 周佳翔 刘俊祺
受保护的技术使用者：桂林理工大学
技术研发日：2022.10.06
技术公布日：2022/11/1
