本發(fā)明涉及一種巖土工程試驗研究的測量方法，具體為一種測量砂土與結(jié)構(gòu)接觸面相互作用下顆粒破碎度方法。

背景技術(shù)：

在土木、水利工程中常遇到不同材料的接觸界面。由于接觸界面兩側(cè)材料力學(xué)特性的差異，在界面兩側(cè)常存在較大的剪應(yīng)力和產(chǎn)生了位移不連續(xù)現(xiàn)象，應(yīng)力和變形較為復(fù)雜。如對于水利工程中的混凝土面板堆石壩，壩體的安全與面板受力狀態(tài)密切相關(guān)，面板在平面內(nèi)的應(yīng)力主要取決于面板與墊層間接觸面的剪應(yīng)力分布狀態(tài)。心墻堆石壩中存在著心墻土料與反濾料，壩殼料與基巖等多種類型的接觸界面。通常這些接觸部位又是壩體易發(fā)生事故的薄弱環(huán)節(jié)，其中接觸面剪切帶（巖土材料破壞過程中會伴隨著材料內(nèi)部一個應(yīng)力較為集中的區(qū)域，這一高梯度的應(yīng)變集中區(qū)域在材料進(jìn)入臨界狀態(tài)是會貫通形成帶狀區(qū)域，這一現(xiàn)象在材料力學(xué)、巖土力學(xué)領(lǐng)域里被稱為應(yīng)變局部化帶或剪切帶。）受剪力對顆粒破壞最為嚴(yán)重，造成大顆粒減少，小顆粒增多，顆粒大小分布對工程穩(wěn)定起著重要作用，因此開展土與結(jié)構(gòu)接觸面相互作用下造成顆粒破碎度的研究具有十分重要的意義。

現(xiàn)有文獻(xiàn)記載為1994年殷宗澤用微型“潛望鏡”裝置和2000年胡黎明用數(shù)字照相技術(shù)直接用于觀察結(jié)構(gòu)面附近土與結(jié)構(gòu)件的相對位移來探討土與結(jié)構(gòu)接觸面剪切試驗中的顆粒的破碎和運動變化，兩種方法雖然可以記錄剪切試驗中接觸面剪切帶的顆粒運動、破碎過程，但不能對接觸面剪切帶處顆粒進(jìn)行精確收集，難以進(jìn)行量化計算，對于結(jié)構(gòu)面剪切試驗對顆粒造成的破碎難以分析了解。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決背景技術(shù)問題，提供一種測量砂土與結(jié)構(gòu)接觸面相互作用下顆粒破碎度方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種測量砂土與結(jié)構(gòu)接觸面相互作用下顆粒破碎度方法，包括以下步驟：

（1）取由多個套筒上下對應(yīng)卡接組成的上剪切盒；

（2）取上下兩個剪切盒上下對應(yīng)疊放，在所述下剪切盒內(nèi)放置結(jié)構(gòu)物，保證所述結(jié)構(gòu)物頂部與下剪切盒上邊緣齊平，所述上剪切盒內(nèi)填試樣砂土，所述結(jié)構(gòu)物與試樣砂土接觸；

（3）按照試驗要求對所述上下剪切盒施加特定荷載，使所述試樣砂土與結(jié)構(gòu)物之間發(fā)生剪切；

（4）將剪切試驗后所述上下剪切盒放置上端開口的盒體內(nèi)；

（5）取下上剪切盒2頂端的第三套筒，水平刮落第三套筒所對應(yīng)的砂土，使砂土落入上端開口的盒體內(nèi)，將收集的砂土裝入貼有編號的試樣袋；

（6）重復(fù)步驟（5）的操作取下此時上剪切盒頂端的第二套筒，收集第二套筒對應(yīng)砂土，編號，循環(huán)本步驟。（7）將所述試樣袋中的砂土分別進(jìn)行篩分，記錄每個試驗袋的篩分?jǐn)?shù)據(jù)；（7）將所述試樣袋中的砂土分別進(jìn)行篩分，記錄每個試驗袋的篩分?jǐn)?shù)據(jù)；

（8）將每個試樣袋篩分?jǐn)?shù)據(jù)繪制成顆粒級配曲線，進(jìn)行顆粒破碎度計算，所得出試樣袋的顆粒破碎度，便是所述特定荷載下該試樣袋所對應(yīng)的套筒與接觸面距離砂土的顆粒破碎度。

優(yōu)選地，所述套筒橫截面上側(cè)設(shè)置有環(huán)形凸臺，套筒下側(cè)設(shè)置有環(huán)形凹槽，環(huán)形凸臺高度小于套筒厚度的二分之一，環(huán)形凹槽與環(huán)形凸臺形狀相同方便卡接。

優(yōu)選地，所述水平掛落砂土裝置采用水平尺。

本發(fā)明提出的測量由可拆卸的剪切盒、水平尺、上開口盒、試樣袋，篩子共同實施，其中，所述可拆卸的剪切盒上盒由上側(cè)設(shè)有環(huán)形凸臺且在與環(huán)形凸臺對應(yīng)下側(cè)設(shè)有環(huán)形凹槽的套筒插接組成，上剪切盒填試驗砂土，下剪切盒放置結(jié)構(gòu)物，用來模擬土與結(jié)構(gòu)物的剪切作用；所述水平尺用于剪切試驗后刮取每層套筒取下后殘留在剪切盒上的砂土；所述上端開口的盒體用于收集試驗后的砂土；所述試樣袋用于對每層砂土收集編號，所述篩子用于對試驗后的砂土進(jìn)行篩分。通過篩分利用顆粒破碎度比對每層砂土的破碎程度進(jìn)行計算分析。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種測量砂土與結(jié)構(gòu)接觸面相互作用下顆粒破碎度方法，能夠方便的計算砂土與結(jié)構(gòu)接觸面相互作用下顆粒破碎度與接觸面距離關(guān)系。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種測量砂土與結(jié)構(gòu)接觸面相互作用下顆粒破碎度方法的剪切盒立體示意圖；

圖2為本發(fā)明一種測量砂土與結(jié)構(gòu)接觸面相互作用下顆粒破碎度方法的剪切盒基本結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明一種測量砂土與結(jié)構(gòu)接觸面相互作用下顆粒破碎度方法的第一套筒剖面示意圖；

圖4為本發(fā)明一種測量砂土與結(jié)構(gòu)接觸面相互作用下顆粒破碎度方法第二套筒剖面示意圖；

圖5為本發(fā)明一種測量砂土與結(jié)構(gòu)接觸面相互作用下顆粒破碎度方法第三套筒立體示意圖；

圖中：1-下剪切盒；2-上剪切盒；3-第一套筒；3a-第一環(huán)形凸臺；4-第二套筒；4a-第二環(huán)形凸臺；4b-第一環(huán)形凹槽；5-第三套筒；5a-第二環(huán)形凹槽；6-裝填材料。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。

請參閱圖1-5，一種測量砂土與結(jié)構(gòu)接觸面相互作用下顆粒破碎度方法：包括設(shè)有填裝結(jié)構(gòu)物6的下剪切盒1，下剪切盒1上側(cè)活動配合連接上剪切盒2，所述上剪切盒2包括第一套筒3，第一套筒3上側(cè)設(shè)置有第三套筒5，在第一套筒3與第三套筒5之間還設(shè)有至少一個第二套筒4。

進(jìn)一步的，在第一套筒3一側(cè)設(shè)置第一環(huán)形凸臺3a，第二套筒4一側(cè)設(shè)置第一環(huán)形凹槽4b，第一環(huán)形凹槽4b與第一環(huán)形凸臺3a外形狀大小相等以方便插接在一起。

進(jìn)一步的，在第二套筒4一側(cè)設(shè)置第二環(huán)形凸臺4a，第三套筒5一側(cè)設(shè)置第二環(huán)形凹槽5a，兩者大小形狀相同方便插接在一起。

裝配好上剪切盒2按照以下步驟操作：

（1）取由多個套筒上下對應(yīng)卡接組成的上剪切盒2；

（2）取上下兩個剪切盒疊放，在下剪切盒1內(nèi)安置結(jié)構(gòu)物6，保證結(jié)構(gòu)物底部與下剪切盒上邊緣齊平，上剪切盒2內(nèi)填試樣砂土，結(jié)構(gòu)物與試樣砂土接觸；

（3）按照試驗要求對剪切盒施加特定荷載，使試樣砂土與結(jié)構(gòu)物之間發(fā)生剪切；

（4）將剪切盒放置上開口盒內(nèi)；

（5）取下上剪切盒2頂端的第三套筒5，水平刮落第三套筒5所對應(yīng)的砂土，使砂土落入上端開口的盒體內(nèi)，將收集的砂土裝入貼有編號的試樣袋；

（6）重復(fù)步驟（5）的操作取下此時上剪切盒頂端的第二套筒4，收集第二套筒4對應(yīng)砂土，編號，循環(huán)本步驟。（7）將所述試樣袋中的砂土分別進(jìn)行篩分，記錄每個試驗袋的篩分?jǐn)?shù)據(jù)；

（7）將試樣袋中的砂土分別進(jìn)行篩分，記錄每個試驗袋的篩分?jǐn)?shù)據(jù)；

（8）將每個試樣袋篩分?jǐn)?shù)據(jù)利用excel軟件繪制成顆粒級配曲線，試驗后顆粒級配曲線與粒徑d=0.074mm豎線所圍成面積為破碎勢bp，破碎前顆粒分布曲線與粒徑d=0.74mm豎線圍城的面積為總破碎bt，相對破碎率br=bt/bp進(jìn)行顆粒破碎度計算，所得顆粒破碎度率來表示顆粒破碎度，便是所述特定荷載下該試樣袋所對應(yīng)的套筒與接觸面距離砂土的顆粒破碎度。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種測量砂土與結(jié)構(gòu)接觸面相互作用下顆粒破碎度方法，取由多個套筒上下對應(yīng)卡接組成的上剪切盒，取上下兩個剪切盒上下對應(yīng)疊放，在所述下剪切盒內(nèi)放置結(jié)構(gòu)物，保證所述結(jié)構(gòu)物頂部與下剪切盒上邊緣齊平，所述上剪切盒內(nèi)填試樣砂土，所述結(jié)構(gòu)物與試樣砂土接觸，剪切后分層取土篩分編號，分析每層土的顆粒破碎程度本發(fā)明提供了一種測量砂土與結(jié)構(gòu)接觸面相互作用下顆粒破碎度方法，能夠方便的計算砂土與結(jié)構(gòu)接觸面相互作用下顆粒破碎度與接觸面距離關(guān)系。

技術(shù)研發(fā)人員：檀俊坤;黃山秀;郭佳奇;任連偉;劉希亮;萬光勇;徐子龍;李宏飛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：河南理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.02.28
技術(shù)公布日：2017.08.18