铁路建设用土工格室双面剪切力学性能的测试方法与流程

本发明涉及铁路建设材料试验，具体地，涉及一种铁路建设用土工格室双面剪切力学性能的测试方法。

背景技术：

1、土工合成材料在国际上被称为是继木材、钢材、水泥之后的“第四大”工程材料，其在加筋、抗震、防渗排水、反滤等方面具有显著的性能优势，且逐渐被证明是解决工程技术难题、节约工程造价、提升结构使用寿命的有效方式之一。土工合成材料与土体等介质界面的剪切力学性能是铁路建设土工合成材料加筋结构稳定性和耐久性分析的重要指标参数。而土工格室作为一种新兴的土工合成材料，因其具有独特的三维立体蜂窝状的加筋加固材料被引进国内。由于土工格室加筋土结构具有良好的力学性能、显著的经济、生态价值。因此，土工格室加筋结构在铁路、水利等领域具有广泛的应用前景。

2、由于土工格室为三维立体加筋材料，因此，在检测土工格室的剪切力时无法将土工格室简单放置于上下直剪试验箱的剪切面处进行直剪试验，故需将土工格室放置于上直剪箱内或下直剪箱内进行直剪试验。然而，如此一来，则只能测试土工格室的单侧面(即上顶面或下顶面)与土体等介质的界面剪切力学特性。但是，在实际加筋结构中，土工格室是作为一个有厚度的加筋体即其上下双面均会与土体等介质的界面产生剪切摩擦。因此，传统试验方法测试所得的土工格室单侧面与土体等介质的界面剪切力学特性无法完整反映土工格室在实际工程中的界面抗剪切特性。同时，考虑到界面剪切力学特性与土工格室类型、填料类型、压实度及含水率等因素有关，故无法简单将土工格室单侧面与土体介质的界面剪切结果进行数学分析折算成土工格室双侧面的界面剪切结果。此外，在进行实际施工的过程中，工作人员会根据实际情况选择不同的垫层，土工格室的上侧和下侧所接触的垫层不同，其所要具有的力学性能也会有所改变，但是，单面的检测工具仅能够检测土工格室在面对单一垫层时的力学性能，无法做到综合判断土工格式在同时接触两种不同种类的垫层时的力学性能。

3、因此，针对上述技术问题，需要设计一款铁路建设用土工格室双面剪切力学性能的测试方法。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种铁路建设用土工格室双面剪切力学性能的测试方法，该方法能够同时对土工格室的双面的剪切力进行检测，测试结果更加贴合铁路施工实际工况，为铁路建设以及土工格室的结构设计和稳定性分析可提供更为准确的参考，提高了检测精度，保证了检测数据的准确性。

2、为了解决上述技术问题，本发明一方面提供一种铁路建设用土工格室双面剪切力学性能的测试方法，包括：

3、将土工格室样品布置在第二试验箱组件内，在第一试验箱组件及第三试验箱组件内填充试验填料；

4、将所述第一试验箱组件、所述第二试验箱组件以及所述第三试验箱组件自下而上依次叠加布置，并通过所述第三试验箱组件沿竖直方向对所述第二试验箱组件施加恒定载荷；

5、对所述第一试验箱组件及所述第三试验箱组件进行水平限位；

6、对所述第二试验箱组件施加水平剪切力；

7、监测所述土工格室样品在水平剪切力加载过程中的上表面边缘与下表面边缘位移量，根据所述上表面边缘与下表面边缘位移量以及所述水平剪切力计算所述土工格室样品的力学性能。

8、进一步地，通过限位机构从所述第二试验箱组件的一侧对所述第一试验箱组件及所述第三试验箱组件分别进行水平限位，通过水平加载机构从所述第二试验箱组件的另一侧对所述第二试验箱组件施加水平剪切力。

9、进一步地，在所述第一试验箱组件中填充所述试验填料，并达到设定的密实度；在所述第一试验箱组件上方放置所述第二试验箱组件，使所述第二试验箱组件与所述第一试验箱组件在靠近所述水平加载机构的一侧竖向齐平；再将所述土工格室样品安装在所述第二试验箱组件中并填充所述试验填料；在所述第二试验箱组件上方放置所述第三试验箱组件，使所述第二试验箱组件与第三试验箱组件在靠近所述限位系统的一侧竖向齐平，在所述第三试验箱组件中填充试验填料，并达到设定密实度。

10、进一步地，所述限位机构包括限位件以及能够调节自身长度的第一调节杆与第二调节杆，所述第一调节杆和第二调节杆分别与所述限位件连接，调节所述第一调节杆对所述第一试验箱组件进行水平限位，调节所述第二调节杆对所述第三试验箱组件进行水平限位。

11、进一步地，通过竖向加载机构沿竖直方向对所述第三试验箱组件施加恒定载荷，从而沿竖直方向对所述第二试验箱组件施加恒定载荷。

12、进一步地，通过位移传感器监测所述土工格室样品在水平剪切力加载过程中的上表面边缘与下表面边缘位移量。

13、进一步地，在所述计算力学性能的步骤中，根据公式：

14、

15、计算得到所述土工格室样品的水平刚度，其中，k为所述土工格室样品的水平刚度，fh为当前时刻下所述竖向加载机构施加的压力，fs为当前时刻下所述水平加载机构施加的剪切力，△dt+1为所述位移传感器实时测量到单位采样时间内位移的增量，其中，所述△dt+1可以通过公式：△dt+1＝lt+1-lt计算，其中，lt为前一时刻下所述位移传感器所检测到的所述土工格室样品的形变量，lt+1为当前时刻下所述位移传感器所检测到的所述土工格室样品的形变量。

16、进一步地，在所述计算力学性能的步骤中，通过公式：计算出所述土工格式样品上部的水平刚度，通过公式：计算出所述土工格室样品下部的水平刚度，其中，k上为所述土工格室样品的上部水平刚度，k下为所述土工格室样品的下部水平刚度，通过比较所述k上与所述k下确定实际工况中所需要的所述土工格室的水平刚度。

17、进一步地，在所述计算力学性能的步骤中，所述水平加载机构、所述竖向加载机构以及所述位移传感器分别与控制中心无线通讯连接，所述控制中心能够接收所述水平加载机构、竖向加载机构以及所述位移传感器实时传送的测试数据，所述控制中心通过所述测试数据与预设值对所述土工格室样品的剪切力进行计算分析。

18、进一步地，所述第二试验箱组件包括多个第二试验箱和钢筋圆柱，所述第二试验箱侧壁内设置有圆孔，通过所述钢筋圆柱与圆孔的插接配合在竖直方向叠加各个所述第二试验箱来调节所述第二试验箱组件的高度，以使所述土工格室样品的高度与所述第二试验箱组件高度保持一致。

19、通过上述技术方案，本发明的有益效果如下：

20、本发明提供一种铁路建设用土工格室双面剪切力学性能的测试方法，包括：

21、将土工格室样品布置在第二试验箱组件内，在第一试验箱组件及第三试验箱组件内填充试验填料；将所述第一试验箱组件、第二试验箱组件以及第三试验箱组件自下而上依次叠加布置，并通过所述第三试验箱组件沿竖直方向对所述第二试验箱组件施加恒定载荷；对所述第一试验箱组件及第三试验箱组件进行水平限位；对所述第二试验箱组件施加水平剪切力；监测所述土工格室样品在水平剪切力加载过程中的上表面边缘与下表面边缘位移量，根据所述上表面边缘与下表面边缘位移量以及所述水平剪切力计算所述土工格室样品与所述试验填料界面的力学性能。本发明能够对土工格室上下两面的剪切力同时进行检测，测试结果更加符合工程实际，为铁路建设以及土工格室的结构设计和稳定性分析可提供更为准确的参考，提高了检测精度，保证了检测数据的准确性。

22、本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。