一种能消除真空吸力影响的粘附力试验装置的制作方法

本实用新型涉及上拔结构物受到的粘附力试验研究装置技术领域，尤其涉及一种能消除真空吸力影响的粘附力测量装置。

背景技术：

土与结构物间粘附力是一个受多元因素(如土的类型、含水率、接触材料特性、拉拔速率及外部荷载等)影响的复杂系统。目前普遍认为吸附力主要由三部分组成，即拉拔过程中发展的负孔压、土与结构物间的粘附力以及结构物与土体间的侧摩阻力。工程建设中，结构物抗拔能力的评价是工程成败的关键；然而对于吸附力的大小，实际工程中很难确定，对于起到提供结构物安全保障作用的吸附力而言，研究人员出于安全的考虑，忽略其对抗拔结构物承载力的影响，这就导致了结构物的抗拔承载能力被低估，使打捞工程中的吊装设备无法满足要求。

饱和粘土地基结构物起浮或上拔过程中，基础处于卸荷状态，由有效应力原理可知，基底部位土体会产生负孔隙水压力阻止基础向上运动；由于负孔压的作用，基底下部及周围土体中水会向基底处流动，随着基础的向上运动，负孔压亦逐渐消失；考虑土体粘附力问题时，达到粘附强度时所对应的土体位移直接决定了负孔压大小的发展程度，进而决定整体吸附力的大小。

为了探索土体与结构物之间的粘附机理以及粘附力随其影响因素的变化规律，前人研究并设计了多种试验仪器设备。起初试验仪器比较简陋，试验结果精度也相对较低。随着试验研究技术进一步发展以及试验理论日趋完善，试验设备也朝着自动化发展，试验精度也有了大幅度提高，试验方法的研究及仪器设备的改进对充分认识并利用粘附力起了很大的推动作用。任露泉等实用新型了土壤粘附力测量仪，该仪器主要由加载装置、测力部件(传感器)和测盘组成，将整体测盘改成为组合测盘，组合测盘的作用就是使内盘不粘土。但是上述仪器在试验过程中测盘底部土体会随测盘的拉拔而产生拉应变，从而将产生一定的负的超孔隙水压力。由于该测盘的底部孔隙水压力无法及时消散，土中的孔隙水压力会累计，测得的粘附力中将包含超孔隙水压力，从而无法得到准确的粘附力。

技术实现要素：

针对上述现有技术，本实用新型提供一种能消除真空吸力影响的粘附力测量试验装置，使用过程中可以有效平稳地施加上拔荷载、并通过控制土样表面与大气相通条件，排 除真空吸力对结构的影响。

为了解决上述技术问题，本实用新型提出的一种能消除真空吸力影响的粘附力测量试验装置，包括加载单元和测量单元；所述加载单元包括三相异步电动机、三轴剪力仪，模型槽、组合式测盘、固定架和配重砝码，所述三轴剪力仪上设有两条支撑杆，两条支撑杆的顶端设有横梁，所述模型槽固定在所述三轴剪力仪上，所述固定架固定在所述模型槽上；所述测量单元包括拉压力传感器和位移传感器，所述位移传感器设置在所述组合式测盘上；所述拉力传感器的上拉杆与所述三轴剪力仪的横梁固定，所述拉力传感器的下拉杆与所述组合式测盘之间为可拆卸连接，所述配重砝码放置在所述组合式测盘上；所述组合式测盘包括外盘和圆台状的内盘，所述外盘设有倒锥形中心孔，所述圆台状的内盘装配在所述倒锥形中心孔中，所述内盘上设有多个上下贯通的螺纹通孔，每个螺纹通孔均配备有一个可拆卸的堵头。

进一步讲，所述内盘的上表面设有螺纹孔，所述拉力传感器下拉杆的端部设有外螺纹，所述拉力传感器下拉杆与所述内盘之间为螺纹连接。所述螺纹通孔与所述内盘的轴向平行。所述堵头采用螺杆结构。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型采用与三轴剪力仪配套的三相异步电动机下降模型槽的方式进行拉拔，不但能根据试验的要求控制升降速率，而且能实现平稳的拉拔。

(2)在组合式测盘的内盘上设有四个上下贯通的螺纹通孔，并为每个螺纹通孔配备有一个螺杆结构的堵头，在试验中开通不同数量的通孔(将对应螺纹通孔中的堵头拧下即可)，以此控制土样表面与大气相通条件，使得泥面(即土体8的上表面)在组合式测盘拉拔过程中保持超孔隙水压力为零，从而确保测试仪器测得的拉拔荷载中不包含超孔隙水压力的作用，同时还可确保消除了超孔隙水压力对粘附力的影响。由于内盘盘底与土样接触，不存在内盘与土样间侧摩阻力，在没有真空吸力情况下，试验所测得的拉力F可表示为：F＝W_S+C_aA，式中：W_s为组合式测盘及预压的配重砝码的重量；A为内盘底面积；C_a为粘附强度，其大小为单位面积上所测得拉力与组合式测盘及预压的配重砝码的重量之差。

附图说明

图1是本实用新型一种用于测量粘附力试验装置结构示意图；

图2是图1中所示的组合式测盘的俯视图；

图3是图2所示的组合式测盘的主视剖视图；

图4是图3中所示的外盘的结构示意图；

图5是图3中所示的内盘的结构示意图。

图中：1-拉力传感器，2-砝码，3-模型槽，4-位移传感器，5-固定架，6-组合式测盘，61-外盘，62-内盘，63-螺纹通孔，64-中心盲孔，65-锥孔，66-堵头，7-三轴剪力仪，8-土体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本实用新型进行解释说明，并不用以限制本实用新型。

本实用新型提出的一种能消除真空吸力影响的粘附力测量试验装置，包括加载单元和测量单元。

如图1所示，所述加载单元包括三相异步电动机、三轴剪力仪7，模型槽3、组合式测盘6、固定架5和配重砝码2，所述三轴剪力仪7上设有两条支撑杆，两条支撑杆的顶端设有横梁，所述固定架5固定在所述三轴剪力仪7上，所述模型槽3固定在所述固定架5上。所述测量单元包括拉压力传感器1和位移传感器4。所述位移传感器4设置在所述组合式测盘6上；所述拉力传感器1的上拉杆与所述三轴剪力仪的横梁固定，所述拉力传感器的下拉杆与所述组合式测盘6之间为可拆卸连接，本实施例中，所述内盘62的上表面设有螺纹孔64，所述拉力传感器下拉杆的端部设有外螺纹，所述拉力传感器下拉杆与所述内盘62之间为螺纹连接，所述配重砝码2放置在所述组合式测盘6上；如图2和图3所示，所述组合式测盘6包括外盘61和圆台状的内盘62，所述外盘61设有倒锥形中心孔65(如图4)，所述圆台状的内盘62装配在所述倒锥形中心孔65中(如图3所示)，所述内盘62上设有多个上下贯通的螺纹通孔63，根据土样8实际情况选择开通内盘62上的螺纹通孔63的个数，其余螺纹通孔63则用堵头66堵住。试验时，通过开通一个或多个通孔使得组合式测盘6基底土面与外界大气相通，使得孔隙水压力即时消散，并消除真空吸力的影响。本实施例中，所述螺纹通孔63与所述内盘62的轴向平行(如图3和图5所示)。每个螺纹通孔63均配备有一个可拆卸的堵头66，本实施例中，所述堵头66采用螺杆结构(如图2所示)。

试验在模型槽3中进行，而模型槽3放置在三轴剪力仪7上，模型槽3的尺寸既要满足试验要求且不宜过大，推荐直径为35cm。组合式测盘6中的外盘61高度推荐为1.5cm，直径为11cm，内盘62与外盘61高度一致，内盘62底部直径为5.5cm，顶部直径为8cm。内盘62上的上下贯通的螺纹通孔63的个数推荐为4个，螺纹通孔的直径推荐为5mm。

试验开始前，根据试验要求将土样调成含水率符合要求的土膏，置于密闭容器内储存24h左右；然后将调制好的试样装入模型槽3内，并搅拌均匀防止土体8内部产生气泡， 随后用刮土刀将土样表面抹平。安装组合式测盘6时，将内外盘同时放置在土样表面并保持内盘62和外盘61的上下表面齐平，在土体8表面铺设聚乙烯塑料薄膜以防止土样含水率损失，并在组合式测盘6上施加500g的配重砝码2，以使每次试验过程中组合式测盘6入土下陷的深度保持一致(约1.5mm)，最后为了稳定组合式测盘的外盘61，用螺丝将固定架5与模型槽3外边缘连接，并旋转固定架5中固定螺栓使其与组合式测盘的外盘61正好接触，可防止施加荷载时外盘61晃动并减小卸荷时土体8回弹对试验带来的影响。将装配好试样的模型槽3放置到三轴剪力仪7的平台上，放置24h左右，使土样充分固结。加载前在组合式测盘6的表面安装位移传感器4，并将拉力传感器1与组合式测盘6相连。启动三相异步电动机，按照计划速度选择正确档位开始拉拔，同时采集拉力、位移等数据，直至内盘62和土体8分离。已完成的试验中，试验所用粘土8的液限在23％左右、塑限在41％左右、含水率在23％～57％范围内，并且内盘62上的螺纹通孔63开通2个的情况下，可得到典型的试验结果。

尽管上面结合图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。