各向異性直剪試驗(yàn)系統(tǒng)包括試驗(yàn)臺(tái)架(12)、回轉(zhuǎn)支承(1)、刻度盤(pán)(2)、下剪切盒(3)、夾具(4)、上剪切盒(5)、豎向加載裝置￠)、水平加載裝置(7)、導(dǎo)軌(8)、位移傳感器(9)、固定支座(10)、回轉(zhuǎn)支承控制裝置(13)、承載板(19)以及控制機(jī)柜(11);所述固定支座(10)以及控制機(jī)柜(11)分別設(shè)置在試驗(yàn)臺(tái)架(12)上；所述試驗(yàn)臺(tái)架(12)上設(shè)置有導(dǎo)軌⑶以及位移傳感器(9);所述回轉(zhuǎn)支承(I)上分別設(shè)置有刻度盤(pán)(2)以及回轉(zhuǎn)支承控制裝置(13);所述豎向加載裝置(6)依次通過(guò)承載板(19)、上剪切盒(5)以及下剪切盒(3)自上而下設(shè)置在回轉(zhuǎn)支承(I)的上表面；所述豎向加載裝置(6)通過(guò)承載板(19)向上剪切盒(5)、待進(jìn)行剪切試驗(yàn)的土工合成材料(18)以及下剪切盒(3)施加豎向壓力；所述回轉(zhuǎn)支承(I)帶動(dòng)下剪切盒(3)繞回轉(zhuǎn)支承(I)的軸向旋轉(zhuǎn)；待進(jìn)行剪切試驗(yàn)的土工合成材料(18)置于上剪切盒(5)與下剪切盒(3)之間并通過(guò)夾具(4)固定在下剪切盒(3)的上表面；待進(jìn)行剪切試驗(yàn)的土工合成材料(18)的橫截面呈圓形，所述待進(jìn)行剪切試驗(yàn)的土工合成材料(18)的直徑與下剪切盒(3)的外徑相同；所述上剪切盒(5)通過(guò)固定支座(10)固定在試驗(yàn)臺(tái)架(12)上；所述水平加載裝置(7)與回轉(zhuǎn)支承⑴相連并帶動(dòng)回轉(zhuǎn)支承⑴在導(dǎo)軌⑶上進(jìn)行滑動(dòng)；所述控制機(jī)柜(11)分別與水平加載裝置(7)以及豎向加載裝置(6)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土工合成材料各向異性直剪試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述下剪切盒(3)為半封閉空心圓柱體；所述下剪切盒(3)的內(nèi)徑不小于300mm，所述下剪切盒(3)的厚度不小于5mm，高度不小50mm ;所述上剪切盒(5)為含有內(nèi)切圓的正多邊形柱體；所述上剪切盒(5)的內(nèi)徑不小于200mm，所述上剪切盒(5)的壁厚最薄弱處厚度不小于3mm，所述上剪切盒(5)的高度不小于100mm，所述上剪切盒(5)的正多邊形外徑與下剪切盒(3)內(nèi)徑之差不應(yīng)小于80mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的土工合成材料各向異性直剪試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述正多邊形柱體是正五邊形柱體、正六邊形柱體、正七邊形柱體、正八邊形柱體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的土工合成材料各向異性直剪試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述回轉(zhuǎn)支承(I)與下剪切盒(3)通過(guò)卡槽固定連接，所述回轉(zhuǎn)支承(I)的旋轉(zhuǎn)精度為0.5°，所述回轉(zhuǎn)支承(I)的旋轉(zhuǎn)范圍為O?180°。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的土工合成材料各向異性直剪試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述承載板(19)的直徑不小于190mm，所述承載板(19)的直徑與上剪切盒(5)內(nèi)徑之差應(yīng)在5?1mm范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的土工合成材料各向異性直剪試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述控制機(jī)柜包括豎向加載控制裝置(14)、水平加載控制裝置(15)、運(yùn)行指示燈(16)以及智能顯示控制采集裝置(17);所述豎向加載控制裝置(14)與豎向加載裝置(6)相連；所述水平加載控制裝置(15)與水平加載裝置(7)相連。
7.一種基于如權(quán)利要求6所述的土工合成材料各向異性直剪試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)土工合成材料進(jìn)行各向異性直剪試驗(yàn)的實(shí)施方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟: A)裁取土工合成材料試樣(18)，所述土工合成材料試樣(18)的橫截面呈圓形，所述土工合成材料試樣(18)的直徑與土工合成材料各向異性直剪試驗(yàn)系統(tǒng)的下剪切盒(3)的外徑相同； B)卸下土工合成材料各向異性直剪試驗(yàn)系統(tǒng)的上剪切盒(5)和下剪切盒(3)，填筑試驗(yàn)土樣，所述試驗(yàn)土樣在上剪切盒(5)中以及下剪切盒(3)中的壓實(shí)度與工程應(yīng)用中現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際壓實(shí)度一致，所述下剪切盒(3)中填筑試驗(yàn)土樣的高度與下剪切盒(3)的盒高相同，所述上剪切盒(5)中填筑試驗(yàn)土樣的高度不小于50mm ； C)將土工合成材料試樣(18)鋪設(shè)于下剪切盒(3)內(nèi)部的試驗(yàn)土樣的上表面上，通過(guò)夾具(4)將土工合成材料試樣(18)與下剪切盒(3)固定，土工合成材料試樣(18)保持平整、無(wú)折疊以及無(wú)褶皺； D)將下剪切盒⑶安裝至回轉(zhuǎn)支承⑴上，回轉(zhuǎn)支承⑴上的刻度盤(pán)⑵標(biāo)記0°處土工合成材料試樣(18)位置； E)安裝上剪切盒(5)，調(diào)節(jié)固定支座(10)，通過(guò)固定支座(10)約束上剪切盒(5)的水平位移； F)安裝水平反力加載裝置(7)、位移傳感器(9)，并通過(guò)豎向加載控制裝置(14)對(duì)豎向加載裝置(6)施加50kPa豎向壓力； G)通過(guò)水平加載控制裝置(15)控制水平加載裝置(7)施加水平位移速率，施加應(yīng)變控制式水平荷載，所述水平位移速率為0.5-5mm/min，精度不低于0.lmm/min ;通過(guò)智能顯示控制采集裝置(17)記錄水平荷載及對(duì)應(yīng)的相對(duì)位移，記錄間隔時(shí)間為0.5-2.0s，直至達(dá)到土工合成材料試樣(18)的剪切面直徑的16.5%時(shí)結(jié)束試驗(yàn)； H)卸下上剪切盒(5)和下剪切盒(3)，仔細(xì)地除去土工合成材料試樣(18)，檢查土工合成材料試樣(18)是否發(fā)生伸長(zhǎng)、褶皺或損壞；如果發(fā)生伸長(zhǎng)、褶皺或損壞，則需要更換土工合成材料試樣(18)并重新進(jìn)行步驟C)至步驟G);若未發(fā)生伸長(zhǎng)、褶皺或損壞，則采用另一塊土工合成材料試樣(18)繼續(xù)進(jìn)行步驟I)； I)選用不同的土工合成材料試樣(18)，重復(fù)步驟B)?步驟H)，分別在豎向壓力是100kPa、200kPa以及400kPa的法向應(yīng)力下各試驗(yàn)一塊土工合成材料試樣(18)，即完成土工合成材料試樣(18)在0°時(shí)在不同豎向壓力下的直剪試驗(yàn)； J)選用不同的土工合成材料試樣(18)，重復(fù)步驟B)?步驟I)，實(shí)施步驟D)時(shí)，將土工合成材料試樣(18)放置在下剪切盒(3)標(biāo)記0°處位置，同時(shí)通過(guò)回轉(zhuǎn)支承控制裝置(13)旋轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)支承(I)至22.5°，即完成土工合成材料試樣(18)在22.5°時(shí)在不同豎向壓力下的直剪試驗(yàn)； K)判斷土工合成材料試樣(18)是90°對(duì)稱(chēng)還是45°對(duì)稱(chēng)；若是90°對(duì)稱(chēng)，則通過(guò)回轉(zhuǎn)支承控制裝置(13)分別旋轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)支承(I)至45°、67.5°以及90°，重復(fù)步驟J)，即完成土工合成材料試樣(18)分別在45°、67.5°以及90°時(shí)在不同豎向壓力下的直剪試驗(yàn)；若是45°對(duì)稱(chēng)，則通過(guò)回轉(zhuǎn)支承控制裝置(13)旋轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)支承(I)至45°，重復(fù)步驟J)，即完成土工合成材料試樣(18)在45°時(shí)在不同豎向壓力下的直剪試驗(yàn)； L)記錄水平荷載減去等量堅(jiān)向壓力作用下導(dǎo)軌(8)所產(chǎn)生的滑動(dòng)摩阻力，所述導(dǎo)軌(8)所產(chǎn)生的滑動(dòng)摩阻力是土工合成材料試樣(18)與步驟B)中所填筑的試驗(yàn)土樣之間剪切力，所述剪切力除以上剪切盒(5)內(nèi)徑面積即為剪應(yīng)力； M)繪制各直剪方向最大剪應(yīng)力與豎向應(yīng)力關(guān)系曲線(xiàn)，可得到各直剪方向土工合成材料試樣(18)與步驟B)中所填筑的試驗(yàn)土樣之間摩擦角和表觀粘聚力；在土工合成材料試樣(18)是90°對(duì)稱(chēng)時(shí)，所述各直剪方向分別是0°、22.5°、45°、67.5°以及90° ;在土工合成材料試樣(18)是45°對(duì)稱(chēng)時(shí)，所述各直剪方向分別是0°、22.5°以及45° ; N)繪制土工合成材料試樣(18)與步驟B)中所填筑的試驗(yàn)土樣之間摩擦角和表觀粘聚力包絡(luò)圖。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種土工合成材料各向異性直剪試驗(yàn)系統(tǒng)及其實(shí)施方法，該系統(tǒng)包括試驗(yàn)臺(tái)架、回轉(zhuǎn)支承、刻度盤(pán)、下剪切盒、上剪切盒、豎向加載裝置、水平加載裝置、導(dǎo)軌、位移傳感器、回轉(zhuǎn)支承控制裝置以及承載板；試驗(yàn)臺(tái)架上設(shè)置有導(dǎo)軌以及位移傳感器；回轉(zhuǎn)支承上分別設(shè)置有刻度盤(pán)以及回轉(zhuǎn)支承控制裝置；豎向加載裝置依次通過(guò)承載板、上剪切盒以及下剪切盒設(shè)置在回轉(zhuǎn)支承的上；回轉(zhuǎn)支承帶動(dòng)下剪切盒旋轉(zhuǎn)；待進(jìn)行剪切試驗(yàn)的土工合成材料的橫截面呈圓形，其直徑與下剪切盒的外徑相同；水平加載裝置與回轉(zhuǎn)支承相連并可在導(dǎo)軌上進(jìn)行滑動(dòng)。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中試驗(yàn)得到的土工合成材料與填土的界面力學(xué)性能無(wú)法真實(shí)反映工程實(shí)際的技術(shù)問(wèn)題。
【IPC分類(lèi)】G01N3-24
【公開(kāi)號(hào)】CN104833592
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510251447
【發(fā)明人】張軍, 劉曉, 趙建斌, 薛春明
【申請(qǐng)人】山西省交通科學(xué)研究院, 山西交科公路勘察設(shè)計(jì)院
【公開(kāi)日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年5月16日