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原文传递一种土体与结构的接触面力学特性测试试样、制备方法以及测试方法

专利名称：	一种土体与结构的接触面力学特性测试试样、制备方法以及测试方法
摘要：	本发明提供了一种土体与结构的接触面力学特性测试试样、制备方法以及测试方法。其测试试样制作简单，方法易于实现，通过一个测试试样即可完成测试土体与测试结构之间的接触面各向受力时的力学特性测试，可用于测量静、动荷载作用下桩与土、沉垫与土以及管和土等接触面的各向力学特性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	上海;31
申请人：	上海交通大学
发明人：	廖晨聪;童大贵;刘世奥
专利状态：	有效
申请日期：	2019-09-02T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-05T00:00:00+0800
申请号：	CN201910839442.8
公开号：	CN110411804A
代理机构：	上海思微知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	曹廷廷
分类号：	G01N1/28(2006.01);G;G01;G01N;G01N1
申请人地址：	200240 上海市闵行区东川路800号
主权项：	1.一种土体与结构的接触面力学特性测试试样，其特征在于，包括测试结构和测试土体，所述测试土体的形状与所述测试结构相匹配，以使两者组合形成正方体；所述测试结构为直角三棱锥，正方体的所述测试试样的其中一个顶点为第一顶点，所述测试结构的直角顶点与第一顶点重合，所述直角三棱锥上与所述直角顶点邻接的三条侧棱分别和正方体的所述测试试样上与所述第一顶点邻接的三条边重合，并且，所述直角三棱锥上与所述直角顶点邻接的三条侧棱长度相等；所述测试土体采用饱和土等向固结后形成。 2.如权利要求1所述的土体与结构的接触面力学特性测试试样，其特征在于，所述测试结构上侧棱的长度为所述测试试样边长的四分之三。 3.如权利要求1所述的土体与结构的接触面力学特性测试试样，其特征在于，所述测试试样的边长等于真三轴仪压力室的边长。 4.如权利要求1所述的土体与结构的接触面力学特性测试试样，其特征在于，所述测试结构与所述测试土体的接触面为正三角形。 5.如权利要求1所述的土体与结构的接触面力学特性测试试样，其特征在于，所述测试结构由混凝土或钢材料制成。 6.如权利要求1所述的土体与结构的接触面力学特性测试试样，其特征在于，所述测试结构与所述测试土体之间的接触面设置有纹理。 7.一种如权利要求1-6任一项所述的土体与结构的接触面力学特性测试试样的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： S1：将测试土体与测试结构组合形成一正方体样品，其中，所述测试结构为直角三棱锥，所述正方体样品的其中一个顶点为第一顶点，所述测试结构的直角顶点与第一顶点重合，所述直角三棱锥上与所述直角顶点邻接的三条侧棱分别和所述正方体样品上与所述第一顶点邻接的三条边重合，并且，所述直角三棱锥上与所述直角顶点邻接的三条侧棱长度相等， S2：所述正方体样品安装于真三轴仪压力室中； S3：对所述正方体样品中的测试土体进行饱和处理，再通过真三轴仪压力室的荷载板分别对所述正方体样品施加三向轴向压力，使所述正方体样品受到三向围压，直至所述测试土体等向固结，形成土体与结构的接触面力学特性测试试样。 8.如权利要求书7所述的土体与结构的接触面力学特性测试试样的制备方法，其特征在于，所述S3步骤中，选择排水方式施加三向相等围压使测试土体等向固结，即所述测试土体上的三个主应力σ1、σ2和σ3满足σ1＝σ2＝σ3＝σ0，其中σ0为初始预设应力，所述三个主应力的方向分别与三向轴向压力的方向相同。 9.一种利用如1-6所述的测试试样对土体与结构的接触面力学特性进行测试的方法，其特征在于，包括以下步骤： S1：将权利要求1-6任一项所述的土体与结构的接触面力学特性测试试样，安装于真三轴仪压力室中； S2：改变所述真三轴仪压力室的荷载板对所述测试试样施加的三向轴向压力，通过改变所述测试试样受到的三向主应力σ1、σ2和/或σ3大小，测量所述测试试样的物理特性，进而得到土体与结构的接触面力学特性。 10.如权利要求书9所述的土体与结构的接触面力学特性测试方法，其特征在于，所述S2步骤中，所述物理特性包括铅垂向应变、铅垂向应力、水平向应变、水平向应力、围压、孔隙水压力的物理量；所述土体与结构的接触面力学特性包括测试土体与测试结构之间的接触面的应力与应变关系、土体与结构的相对位移、土体体积变形以及孔隙水压力。 11.如权利要求书9所述的土体与结构的接触面力学特性测试方法，其特征在于，所述S1步骤完成后，所述测试试样仅受围压作用，偏应力为零，测试结构与测试土体之间的接触面上仅有所述法向应力Tn，其中Tn＝σ0，所述切应力Tt＝0，测试土体与测试结构之间无相对位移。 12.如权利要求书9所述的土体与结构的接触面力学特性测试方法，其特征在于，所述S2步骤中，改变所述测试试样受到的三向轴向压力，进而改变所述测试试样受到的主应力大小，使得测试土体与测试结构之间的接触面上的切应力Tt的方向以及法向应力Tn大小保持不变，改变所述切应力Tt的大小，测量所述物理量。 13.如权利要求书9所述的土体与结构的接触面力学特性测试方法，其特征在于，所述S2步骤中，改变所述测试试样受到的三向轴向压力，进而改变所述测试试样受到的主应力大小，使得测试土体与测试结构之间的接触面上的法向应力Tn的大小以及切应力Tt的大小保持不变，改变所述切应力Tt的方向，测量所述物理量。 14.如权利要求书9所述的土体与结构的接触面力学特性测试方法，其特征在于，所述接触面上的法向应力Tn的计算公式为：其中σ1的大小与所述铅垂向应力的大小相等，σ2和σ3的大小分别与所述水平应力的大小相等。 15.如权利要求书9所述的土体与结构的接触面力学特性测试方法，其特征在于，所述接触面上土体的法向应变εn由三个主应变ε1、ε2和ε3计算得到：其中ε1与所述铅垂向应变大小相等，ε2和ε3分别与所述水平应变的大小相等。 16.如权利要求书9所述的土体与结构的接触面力学特性测试方法，其特征在于，所述接触面上的切应力Tt计算公式为：其中σ1的大小与所述铅垂向应力的大小相等，σ2和σ3的大小分别与所述水平应力的大小相等。 17.如权利要求书15述的土体与结构的接触面力学特性测试方法，其特征在于，所述接触面上的剪应变γt可由三个主应变ε1、ε2和ε3计算得到： 18.如权利要求书9所述的土体与结构的接触面力学特性测试方法，其特征在于，所述接触面上的切应力Tt的方向由角度θ确定，θ的计算方式为：其中θ为Tt与接触面其中一条中线的夹角，以顺时针方向为正，σ1的大小与所述铅垂向应力的大小相等，σ2和σ3的大小分别与所述水平应力的大小相等。 19.如权利要求书9所述的土体与结构的接触面力学特性测试方法，其特征在于，在所述S2步骤中，当所述测试试样达到破坏标准时停止实验，所述破坏标准是指所述测试土体的孔隙水压力不再增加；或所述真三轴仪的荷载板达到最大荷载压力所述；或所述测试试样的应变达到规定标准。
所属类别：	发明专利