本發(fā)明屬于土遺址保護(hù)中錨固系統(tǒng)漿體-基體界面力學(xué)性能研究技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種土遺址錨固漿體-基體界面力學(xué)特性試驗(yàn)裝置及方法。

背景技術(shù)：

土遺址作為我國優(yōu)秀文化遺產(chǎn)的重要組成部分，遍布全國，它具有重大歷史、藝術(shù)、科學(xué)、社會(huì)和文化價(jià)值。但長期以來受到自然環(huán)境因素及人類活動(dòng)的嚴(yán)重影響，大部分土遺址處于瀕危狀態(tài)。為延緩?fù)吝z址的劣化，提高土遺址的壽命。基于文物保護(hù)的理念和準(zhǔn)則，錨固成為目前被普遍接受的隱蔽性好、施工擾動(dòng)程度小的力學(xué)穩(wěn)定性技術(shù)。在土體中進(jìn)行錨固，錨桿灌漿體與土體間的粘結(jié)摩阻強(qiáng)度是較低的。怎樣將灌漿材料與遺址土體有效粘結(jié)并合理運(yùn)用到實(shí)際工程之中是當(dāng)前研究的一個(gè)重要課題。

土遺址加固用的全長黏結(jié)拉力型錨桿的力學(xué)傳遞過程為：由錨桿桿體傳遞至漿體材料，再由漿體材料傳遞至基體。因此從力學(xué)穩(wěn)定性的角度來說，錨桿與漿體的粘結(jié)作用、漿體與周圍土體的粘結(jié)作用是決定錨固系統(tǒng)承載性能的主要因素。一旦粘結(jié)作用失效，整個(gè)錨固系統(tǒng)就會(huì)破壞，從而導(dǎo)致遺址體的坍塌。所以，錨固系統(tǒng)界面力學(xué)傳遞機(jī)理成為錨固技術(shù)研究中的重點(diǎn)。

目前關(guān)于桿體與灌漿體的界面研究已經(jīng)比較成熟，而漿體-基體的界面研究則非常少，這迫切的需要我們對此填補(bǔ)空缺。因此，開發(fā)一種可用于研究錨固系統(tǒng)中漿體與基體界面間剪切-位移本構(gòu)關(guān)系的室內(nèi)推出試驗(yàn)系統(tǒng)，深入研究第二膠結(jié)面間的界面力學(xué)性能，對揭示錨固機(jī)制、提高錨固能力、建立錨固系統(tǒng)的計(jì)算理論及其應(yīng)用性研究具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為研究錨桿灌漿體與土體間的粘結(jié)作用，填補(bǔ)漿體與土體界面研究的空白，提供了一種漿體-基體推出試驗(yàn)制樣裝置及系統(tǒng)。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

一種土遺址錨固漿體-基體界面力學(xué)特性試驗(yàn)裝置，包括加載機(jī)構(gòu)、制樣機(jī)構(gòu)，所述制樣機(jī)構(gòu)包括：

制樣底座，其中心設(shè)置有通孔；

多個(gè)側(cè)壁葉片，其設(shè)置在所述制樣底座上方，所述側(cè)壁葉片呈圓弧狀，并且所述多個(gè)側(cè)壁葉片圍成一個(gè)空心圓柱形；

葉片緊箍，其套設(shè)在所述側(cè)壁葉片外側(cè)，所述葉片緊箍上設(shè)置有3個(gè)螺釘，以將側(cè)壁葉片鎖緊；

芯桿，其插入到所述制樣底座通孔處，用以在所制土體試樣中心預(yù)留一個(gè)圓柱孔。

優(yōu)選的是，所述芯桿為光圓芯，用以在所制土體試樣中心預(yù)留一個(gè)內(nèi)壁光滑的圓柱孔。

優(yōu)選的是，所述芯桿為螺紋芯，用以在所制土體試樣中心預(yù)留一個(gè)內(nèi)壁粗糙的圓柱孔。

優(yōu)選的是，所述制樣底座上部設(shè)置有凹槽，應(yīng)用于固定側(cè)壁葉片。

優(yōu)選的是，所述側(cè)壁葉片設(shè)置有3個(gè)，并且側(cè)壁葉片的弧度為120°。

優(yōu)選的是，所述制樣底座上方設(shè)置有兩個(gè)螺桿，所述螺桿呈豎直布置，所述葉片緊箍上設(shè)置有兩個(gè)突出部，所述突出部通過螺帽與螺桿的頂部相固定。

優(yōu)選的是，所述加載機(jī)構(gòu)包括：

工作臺；

立柱，其設(shè)置在所述工作臺上表面邊角處；

上橫梁，其設(shè)置在所述立柱的頂部；

活動(dòng)橫梁，其設(shè)置在所述上橫梁的下方，所述活動(dòng)橫梁能夠上下移動(dòng)；

上鉗口，其固定在所述活動(dòng)橫梁的下方；

下鉗口，其固定在所述工作臺上；

加載桿，其與所述上鉗口連接，以通過加載桿對所制土體試樣中心灌漿處進(jìn)行加載。

承載底座，其與所述下鉗口連接，所述承載底座上部設(shè)置有護(hù)壁，所述護(hù)壁上設(shè)置3個(gè)螺釘，應(yīng)用于緊固土體試樣的下部。

優(yōu)選的是，所述加載桿包括位于中部的連桿，所述連桿的下端通過螺紋與加載壓頭固定連接；所述連桿的上端通過螺紋與連接器固定連接；所述連接器的外壁上設(shè)置有外螺紋，通過該外螺紋與鎖緊環(huán)連接；所述連接器能夠與所述上鉗口連接。

優(yōu)選的是，所述承載底座側(cè)壁上設(shè)置有觀察孔，所述承載底座上部設(shè)置有護(hù)壁，所述護(hù)壁上設(shè)置3個(gè)螺釘，應(yīng)用于固定土體試樣的下部。

一種土遺址錨固漿體-基體界面力學(xué)特性試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

步驟一、以擊實(shí)試驗(yàn)用濕法制備測得遺址土樣最優(yōu)含水率；

步驟二、稱取天然含水率的遺址土樣，碾散后過篩并拌勻，按最優(yōu)含水率用噴水設(shè)備在土料上均勻噴灑所需的加水量，拌勻并密封靜置12小時(shí)；

步驟三、平穩(wěn)放置制樣機(jī)構(gòu)的制樣底座，在側(cè)壁葉片內(nèi)壁、制樣底座上部均勻地涂抹一薄層潤滑油，并將側(cè)壁葉片、制樣底座及葉片緊箍拼裝完成；

步驟四、按試驗(yàn)要求層數(shù)，分層手工夯實(shí)，從制備好的土料中稱取擊實(shí)一層所需用量分步倒入，應(yīng)保證擊錘自由垂直下落，擊點(diǎn)均勻分布于土面上，兩層相接的土面應(yīng)進(jìn)行刨毛處理；擊實(shí)完成后高于側(cè)壁葉片頂部的應(yīng)抹去并刮平；應(yīng)注意，擊實(shí)最后一層時(shí)，為便于加土，應(yīng)將套筒套設(shè)在制樣裝置的頂部；

步驟五、用修土刀沿側(cè)壁葉片組合頂部修平試樣，緩慢抽出中間的光圓芯，再取下葉片緊箍，將側(cè)壁葉片分別向上滑出；而對于螺紋芯的抽取，則需要借助螺紋蓋。取下葉片緊箍，將螺紋蓋放置，擰緊螺釘，將其與側(cè)壁葉片一起固定，緩慢將螺紋芯擰出，再取下螺紋蓋，將側(cè)壁葉片分別向上滑出。

步驟六、在土樣中心成孔處灌注所配置的漿液，等待漿液與土體試樣粘結(jié)養(yǎng)護(hù)完成；

步驟七、將承載底座放在壓力機(jī)上，與下鉗口連接；

步驟八、將制成試樣放入承載底座上的護(hù)壁中；

步驟九、用側(cè)壁葉片重新將制成試樣箍緊，并將葉片緊箍套設(shè)在側(cè)壁葉片的上部，擰緊葉片緊箍與承載底座護(hù)壁上的共6個(gè)螺釘，使中間的土體試樣緊固。這樣外部圍壓得以保證，模擬實(shí)際中應(yīng)該有更大的遺址范圍；

步驟十、使用加載機(jī)構(gòu)對試樣中心灌漿處進(jìn)行加載，使試樣從土與漿體界面破壞，獲取剪切-位移曲線。

本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在以下方面：

(1)所有儀器與配件均為鋼制，可以滿足目前夯筑土體試樣和與試驗(yàn)機(jī)配合下漿體與遺址土體推出試驗(yàn)的剛度要求。

(2)制樣裝置均為可拆卸裝置，由裝置制樣底座、三枚側(cè)壁葉片、葉片緊箍及光圓芯、螺紋芯等組成。葉片緊箍與螺帽可固定側(cè)壁葉片，以承載對土樣的夯筑壓實(shí)功；光圓芯與螺紋芯均為實(shí)心，可插入制樣底座的通孔處，為了在制出的試樣中間預(yù)留一個(gè)中心孔柱，用以灌注漿液。

(3)設(shè)有光圓芯與螺紋芯，能分別制出不同孔壁粗糙度的試樣，用以研究不同孔壁粗糙度對漿體—基體界面力學(xué)性能的影響。

(4)加載桿均為可拆卸裝置，由可變徑壓頭、連桿、連接器及鎖緊環(huán)組成，使得控制長度與孔徑變得靈活。與連桿相連的壓頭可以按試驗(yàn)需求增加或減少直徑，滿足不同試驗(yàn)方案預(yù)留孔柱不同直徑的問題。而連桿的長度也可按試驗(yàn)所需增加或減少，以滿足不同試驗(yàn)方案模擬不同注漿深度的問題。鎖緊環(huán)可增強(qiáng)連桿與連接器之間的緊密性，避免松動(dòng)。

(5)承載底座呈空心狀，頂部設(shè)置有通孔，以便于漿體被推出從孔內(nèi)落下，開孔大小略大于所制試樣預(yù)留孔柱；且頂部設(shè)置護(hù)壁，護(hù)壁上設(shè)有3個(gè)螺釘，試驗(yàn)加載時(shí)，擰緊螺釘，用以緊固中間土體試樣的下部；側(cè)壁設(shè)置有觀察孔，便于觀察漿體被推出的進(jìn)度；下方凸出與壓力機(jī)下鉗口嵌合，以保證此承載底座承載漿體被推出時(shí)的穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的土遺址錨固漿體-基體界面力學(xué)特性試驗(yàn)裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明所述的加載桿結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明所述的制樣機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明所述的光圓芯結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明所述的螺紋芯結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明所述的螺紋蓋結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明所述的承載底座主視圖。

圖8為本發(fā)明所述的承載底座左視圖。

圖9為本發(fā)明所述的剪切-位移曲線示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實(shí)施。

本發(fā)明提供了一種土遺址錨固漿體-基體界面力學(xué)特性試驗(yàn)裝置，包括加載機(jī)構(gòu)110、制樣機(jī)構(gòu)120，其中所述加載機(jī)構(gòu)為一壓力機(jī)，其包括位于底部的工作臺111，在工作臺111的上邊角處設(shè)置有立柱112，在立柱的頂部設(shè)置有上橫梁113。在上橫梁113下方設(shè)置有活動(dòng)橫梁114，所述活動(dòng)橫梁114能夠上下移動(dòng)，從而進(jìn)行壓力加載。所述活動(dòng)橫梁114下部固定有上鉗口115，通過上鉗口115與加載桿130用銷釘116連接。所述工作臺111上方設(shè)置有下鉗口117。

如圖2所示，所述加載桿130包括位于中部的連桿131，所述連桿131的下端通過螺紋與加載壓頭132固定連接。所述連桿131的上端通過螺紋與連接器133固定連接。所述連接器133的外壁上設(shè)置有外螺紋，通過該外螺紋與鎖緊環(huán)134連接。通過連接器133能夠?qū)⒓虞d桿130用銷釘116固定在上鉗口115上。

如圖3、圖4、圖5、圖6所示，所述制樣機(jī)構(gòu)120包括制樣底座121，所述制樣底座121中心設(shè)置有通孔，所述可使用光圓芯128或者螺紋芯插入到孔內(nèi)。所述制樣底座121左右兩側(cè)設(shè)置有兩個(gè)螺桿122，并且通過螺母123將螺桿122與葉片緊箍125固定在一起。在制樣底座121上方設(shè)置有3個(gè)側(cè)壁葉片124，所述側(cè)壁葉片124呈圓弧形，并且這三個(gè)側(cè)壁葉片124弧度均為120°，使這三個(gè)側(cè)壁葉片124圍成一個(gè)空心圓柱形。在空心圓柱形的頂部設(shè)置有一個(gè)圓環(huán)形的葉片緊箍125，所述葉片緊箍125套在三個(gè)側(cè)壁葉片124的外側(cè)，以使三個(gè)側(cè)壁葉片124抱緊。所述葉片緊箍125上設(shè)有3個(gè)螺釘126，用于在試驗(yàn)加載時(shí)緊固中間的土體試樣。所述葉片緊箍125的兩個(gè)對側(cè)設(shè)置有突出部，所述突出部通過螺帽127與螺桿122的頂部相固定。光圓芯128或者螺紋芯可插入制樣底座121的通孔處，放置在所述三個(gè)側(cè)壁葉片124圍成的空心圓柱形內(nèi)。

圖7、圖8所示，所述承載底座140呈空心狀，其頂部中心處設(shè)置有通孔，所述承載底座側(cè)壁上設(shè)置有觀察孔141。且頂部焊有護(hù)壁142，護(hù)壁上設(shè)有3個(gè)螺釘143。所述承載底座140的底部與下鉗口117連接。

本發(fā)明還提供了一種土遺址錨固漿體-基體界面力學(xué)特性試驗(yàn)方法，具體步驟如下：

1、以擊實(shí)試驗(yàn)用濕法制備測得遺址土樣最優(yōu)含水率。

2、稱取天然含水率的代表性遺址土樣，碾散后過2mm篩并拌勻，按最優(yōu)含水率用噴水設(shè)備在土料上均勻噴灑所需的加水量，拌勻并密封靜置備用，靜置時(shí)間約12小時(shí)。

3、選擇平整場地，平穩(wěn)放置制樣機(jī)構(gòu)120的制樣底座121，在三枚側(cè)壁葉片124內(nèi)壁、制樣底座121上部均勻地涂抹一薄層潤滑油，將側(cè)壁葉片124、制樣底座121及葉片緊箍125拼裝完成。檢查儀器各部件是否連接緊密。

4、按所需試驗(yàn)要求層數(shù)，分層手工夯實(shí)。從制備好的土料中稱取擊實(shí)一層所需用量分部倒入，應(yīng)保證擊錘自由垂直下落，擊點(diǎn)均勻分布于土面上，兩層相接的土面應(yīng)進(jìn)行刨毛處理。擊實(shí)完成后高于側(cè)壁葉片124頂部的應(yīng)抹去并刮平。應(yīng)注意，擊實(shí)最后一層時(shí)，為便于加土，應(yīng)將套筒129套設(shè)在制樣裝置的頂部。

5、用修土刀沿側(cè)壁葉片124組合頂部修平試樣，先緩慢抽出中間的光圓芯128，再擰下兩個(gè)螺帽127，取下葉片緊箍125，將3枚側(cè)壁葉片124分別向上滑出；而對于螺紋芯的抽取，則需要借助螺紋蓋。取下葉片緊箍124，將螺紋蓋放上，擰緊螺釘，將其與側(cè)壁葉片124一起固定，緩慢將螺紋芯旋轉(zhuǎn)出，再取下螺紋蓋，將側(cè)壁葉片124分別向上滑出。均應(yīng)注意保證試樣完整，待試樣稍干后將其從制樣底座121上緩慢脫離，放置試驗(yàn)所需環(huán)境養(yǎng)護(hù)。

6、待土體試樣養(yǎng)護(hù)完成，在其中心成孔處灌注所配置的本實(shí)驗(yàn)方案所設(shè)計(jì)的漿液。待漿液養(yǎng)護(hù)完成并與土體試樣粘結(jié)良好，試樣制備完成。

7、將加載桿130的連接器部分與試驗(yàn)機(jī)上鉗口連接，承載底座140凸出嵌合進(jìn)試驗(yàn)機(jī)下鉗口處，并利用試驗(yàn)機(jī)移動(dòng)活動(dòng)橫梁114調(diào)整加載桿壓頭與承載底座140上部的垂直距離，使得所制試樣能完整放入。

8、用3枚側(cè)壁葉片124重新將制成試樣箍緊，放入承載底座上的護(hù)壁142中，并將葉片緊箍125套設(shè)在側(cè)壁葉片124的上部，擰緊葉片緊箍125與承載底座護(hù)壁142上的共6個(gè)螺釘，使中間的土體試樣緊固。這樣外部給予足夠的圍壓以避免在灌漿體被推出的過程中，基體的孔徑受到一定徑向壓力的作用，而致使當(dāng)徑向壓力達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，基體率先發(fā)生破壞。

9、啟動(dòng)壓力機(jī)，開始加載，可在承壓底座處開設(shè)的觀察孔中觀察漿體被推出的過程。通過萬能試驗(yàn)機(jī)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)采集所需數(shù)據(jù)，得出剪切-位移曲線。所述剪切-位移曲線如圖9所示。

盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實(shí)施方式中所列運(yùn)用。它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域。對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改。因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。