本發(fā)明屬于土遺址保護中錨固系統(tǒng)漿體-基體界面力學(xué)性能研究技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種土遺址錨固漿體-基體界面力學(xué)特性試驗裝置及方法。

背景技術(shù)：

土遺址作為我國優(yōu)秀文化遺產(chǎn)的重要組成部分，遍布全國，它具有重大歷史、藝術(shù)、科學(xué)、社會和文化價值。但長期以來受到自然環(huán)境因素及人類活動的嚴重影響，大部分土遺址處于瀕危狀態(tài)。為延緩?fù)吝z址的劣化，提高土遺址的壽命。基于文物保護的理念和準則，錨固成為目前被普遍接受的隱蔽性好、施工擾動程度小的力學(xué)穩(wěn)定性技術(shù)。在土體中進行錨固，錨桿灌漿體與土體間的粘結(jié)摩阻強度是較低的。怎樣將灌漿材料與遺址土體有效粘結(jié)并合理運用到實際工程之中是當(dāng)前研究的一個重要課題。

土遺址加固用的全長黏結(jié)拉力型錨桿的力學(xué)傳遞過程為：由錨桿桿體傳遞至漿體材料，再由漿體材料傳遞至基體。因此從力學(xué)穩(wěn)定性的角度來說，錨桿與漿體的粘結(jié)作用、漿體與周圍土體的粘結(jié)作用是決定錨固系統(tǒng)承載性能的主要因素。一旦粘結(jié)作用失效，整個錨固系統(tǒng)就會破壞，從而導(dǎo)致遺址體的坍塌。所以，錨固系統(tǒng)界面力學(xué)傳遞機理成為錨固技術(shù)研究中的重點。

目前關(guān)于桿體與灌漿體的界面研究已經(jīng)比較成熟，而漿體-基體的界面研究則非常少，這迫切的需要我們對此填補空缺。因此，開發(fā)一種可用于研究錨固系統(tǒng)中漿體與基體界面間剪切-位移本構(gòu)關(guān)系的室內(nèi)推出試驗系統(tǒng)，深入研究第二膠結(jié)面間的界面力學(xué)性能，對揭示錨固機制、提高錨固能力、建立錨固系統(tǒng)的計算理論及其應(yīng)用性研究具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為研究錨桿灌漿體與土體間的粘結(jié)作用，填補漿體與土體界面研究的空白，提供了一種漿體-基體推出試驗制樣裝置及系統(tǒng)。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

一種土遺址錨固漿體-基體界面力學(xué)特性試驗裝置，包括加載機構(gòu)、制樣機構(gòu)，所述制樣機構(gòu)包括：

制樣底座，其中心設(shè)置有通孔；

多個側(cè)壁葉片，其設(shè)置在所述制樣底座上方，所述側(cè)壁葉片呈圓弧狀，并且所述多個側(cè)壁葉片圍成一個空心圓柱形；

葉片緊箍，其套設(shè)在所述側(cè)壁葉片外側(cè)，所述葉片緊箍上設(shè)置有3個螺釘，以將側(cè)壁葉片鎖緊；

芯桿，其插入到所述制樣底座通孔處，用以在所制土體試樣中心預(yù)留一個圓柱孔。

優(yōu)選的是，所述芯桿為光圓芯，用以在所制土體試樣中心預(yù)留一個內(nèi)壁光滑的圓柱孔。

優(yōu)選的是，所述芯桿為螺紋芯，用以在所制土體試樣中心預(yù)留一個內(nèi)壁粗糙的圓柱孔。

優(yōu)選的是，所述制樣底座上部設(shè)置有凹槽，應(yīng)用于固定側(cè)壁葉片。

優(yōu)選的是，所述側(cè)壁葉片設(shè)置有3個，并且側(cè)壁葉片的弧度為120°。

優(yōu)選的是，所述制樣底座上方設(shè)置有兩個螺桿，所述螺桿呈豎直布置，所述葉片緊箍上設(shè)置有兩個突出部，所述突出部通過螺帽與螺桿的頂部相固定。

優(yōu)選的是，所述加載機構(gòu)包括：

工作臺；

立柱，其設(shè)置在所述工作臺上表面邊角處；

上橫梁，其設(shè)置在所述立柱的頂部；

活動橫梁，其設(shè)置在所述上橫梁的下方，所述活動橫梁能夠上下移動；

上鉗口，其固定在所述活動橫梁的下方；

下鉗口，其固定在所述工作臺上；

加載桿，其與所述上鉗口連接，以通過加載桿對所制土體試樣中心灌漿處進行加載。

承載底座，其與所述下鉗口連接，所述承載底座上部設(shè)置有護壁，所述護壁上設(shè)置3個螺釘，應(yīng)用于緊固土體試樣的下部。

優(yōu)選的是，所述加載桿包括位于中部的連桿，所述連桿的下端通過螺紋與加載壓頭固定連接；所述連桿的上端通過螺紋與連接器固定連接；所述連接器的外壁上設(shè)置有外螺紋，通過該外螺紋與鎖緊環(huán)連接；所述連接器能夠與所述上鉗口連接。

優(yōu)選的是，所述承載底座側(cè)壁上設(shè)置有觀察孔，所述承載底座上部設(shè)置有護壁，所述護壁上設(shè)置3個螺釘，應(yīng)用于固定土體試樣的下部。

一種土遺址錨固漿體-基體界面力學(xué)特性試驗方法，包括以下步驟：

步驟一、以擊實試驗用濕法制備測得遺址土樣最優(yōu)含水率；

步驟二、稱取天然含水率的遺址土樣，碾散后過篩并拌勻，按最優(yōu)含水率用噴水設(shè)備在土料上均勻噴灑所需的加水量，拌勻并密封靜置12小時；

步驟三、平穩(wěn)放置制樣機構(gòu)的制樣底座，在側(cè)壁葉片內(nèi)壁、制樣底座上部均勻地涂抹一薄層潤滑油，并將側(cè)壁葉片、制樣底座及葉片緊箍拼裝完成；

步驟四、按試驗要求層數(shù)，分層手工夯實，從制備好的土料中稱取擊實一層所需用量分步倒入，應(yīng)保證擊錘自由垂直下落，擊點均勻分布于土面上，兩層相接的土面應(yīng)進行刨毛處理；擊實完成后高于側(cè)壁葉片頂部的應(yīng)抹去并刮平；應(yīng)注意，擊實最后一層時，為便于加土，應(yīng)將套筒套設(shè)在制樣裝置的頂部；

步驟五、用修土刀沿側(cè)壁葉片組合頂部修平試樣，緩慢抽出中間的光圓芯，再取下葉片緊箍，將側(cè)壁葉片分別向上滑出；而對于螺紋芯的抽取，則需要借助螺紋蓋。取下葉片緊箍，將螺紋蓋放置，擰緊螺釘，將其與側(cè)壁葉片一起固定，緩慢將螺紋芯擰出，再取下螺紋蓋，將側(cè)壁葉片分別向上滑出。

步驟六、在土樣中心成孔處灌注所配置的漿液，等待漿液與土體試樣粘結(jié)養(yǎng)護完成；

步驟七、將承載底座放在壓力機上，與下鉗口連接；

步驟八、將制成試樣放入承載底座上的護壁中；

步驟九、用側(cè)壁葉片重新將制成試樣箍緊，并將葉片緊箍套設(shè)在側(cè)壁葉片的上部，擰緊葉片緊箍與承載底座護壁上的共6個螺釘，使中間的土體試樣緊固。這樣外部圍壓得以保證，模擬實際中應(yīng)該有更大的遺址范圍；

步驟十、使用加載機構(gòu)對試樣中心灌漿處進行加載，使試樣從土與漿體界面破壞，獲取剪切-位移曲線。

本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在以下方面：

(1)所有儀器與配件均為鋼制，可以滿足目前夯筑土體試樣和與試驗機配合下漿體與遺址土體推出試驗的剛度要求。

(2)制樣裝置均為可拆卸裝置，由裝置制樣底座、三枚側(cè)壁葉片、葉片緊箍及光圓芯、螺紋芯等組成。葉片緊箍與螺帽可固定側(cè)壁葉片，以承載對土樣的夯筑壓實功；光圓芯與螺紋芯均為實心，可插入制樣底座的通孔處，為了在制出的試樣中間預(yù)留一個中心孔柱，用以灌注漿液。

(3)設(shè)有光圓芯與螺紋芯，能分別制出不同孔壁粗糙度的試樣，用以研究不同孔壁粗糙度對漿體—基體界面力學(xué)性能的影響。

(4)加載桿均為可拆卸裝置，由可變徑壓頭、連桿、連接器及鎖緊環(huán)組成，使得控制長度與孔徑變得靈活。與連桿相連的壓頭可以按試驗需求增加或減少直徑，滿足不同試驗方案預(yù)留孔柱不同直徑的問題。而連桿的長度也可按試驗所需增加或減少，以滿足不同試驗方案模擬不同注漿深度的問題。鎖緊環(huán)可增強連桿與連接器之間的緊密性，避免松動。

(5)承載底座呈空心狀，頂部設(shè)置有通孔，以便于漿體被推出從孔內(nèi)落下，開孔大小略大于所制試樣預(yù)留孔柱；且頂部設(shè)置護壁，護壁上設(shè)有3個螺釘，試驗加載時，擰緊螺釘，用以緊固中間土體試樣的下部；側(cè)壁設(shè)置有觀察孔，便于觀察漿體被推出的進度；下方凸出與壓力機下鉗口嵌合，以保證此承載底座承載漿體被推出時的穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的土遺址錨固漿體-基體界面力學(xué)特性試驗裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明所述的加載桿結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明所述的制樣機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明所述的光圓芯結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明所述的螺紋芯結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明所述的螺紋蓋結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明所述的承載底座主視圖。

圖8為本發(fā)明所述的承載底座左視圖。

圖9為本發(fā)明所述的剪切-位移曲線示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。

本發(fā)明提供了一種土遺址錨固漿體-基體界面力學(xué)特性試驗裝置，包括加載機構(gòu)110、制樣機構(gòu)120，其中所述加載機構(gòu)為一壓力機，其包括位于底部的工作臺111，在工作臺111的上邊角處設(shè)置有立柱112，在立柱的頂部設(shè)置有上橫梁113。在上橫梁113下方設(shè)置有活動橫梁114，所述活動橫梁114能夠上下移動，從而進行壓力加載。所述活動橫梁114下部固定有上鉗口115，通過上鉗口115與加載桿130用銷釘116連接。所述工作臺111上方設(shè)置有下鉗口117。

如圖2所示，所述加載桿130包括位于中部的連桿131，所述連桿131的下端通過螺紋與加載壓頭132固定連接。所述連桿131的上端通過螺紋與連接器133固定連接。所述連接器133的外壁上設(shè)置有外螺紋，通過該外螺紋與鎖緊環(huán)134連接。通過連接器133能夠?qū)⒓虞d桿130用銷釘116固定在上鉗口115上。

如圖3、圖4、圖5、圖6所示，所述制樣機構(gòu)120包括制樣底座121，所述制樣底座121中心設(shè)置有通孔，所述可使用光圓芯128或者螺紋芯插入到孔內(nèi)。所述制樣底座121左右兩側(cè)設(shè)置有兩個螺桿122，并且通過螺母123將螺桿122與葉片緊箍125固定在一起。在制樣底座121上方設(shè)置有3個側(cè)壁葉片124，所述側(cè)壁葉片124呈圓弧形，并且這三個側(cè)壁葉片124弧度均為120°，使這三個側(cè)壁葉片124圍成一個空心圓柱形。在空心圓柱形的頂部設(shè)置有一個圓環(huán)形的葉片緊箍125，所述葉片緊箍125套在三個側(cè)壁葉片124的外側(cè)，以使三個側(cè)壁葉片124抱緊。所述葉片緊箍125上設(shè)有3個螺釘126，用于在試驗加載時緊固中間的土體試樣。所述葉片緊箍125的兩個對側(cè)設(shè)置有突出部，所述突出部通過螺帽127與螺桿122的頂部相固定。光圓芯128或者螺紋芯可插入制樣底座121的通孔處，放置在所述三個側(cè)壁葉片124圍成的空心圓柱形內(nèi)。

圖7、圖8所示，所述承載底座140呈空心狀，其頂部中心處設(shè)置有通孔，所述承載底座側(cè)壁上設(shè)置有觀察孔141。且頂部焊有護壁142，護壁上設(shè)有3個螺釘143。所述承載底座140的底部與下鉗口117連接。

本發(fā)明還提供了一種土遺址錨固漿體-基體界面力學(xué)特性試驗方法，具體步驟如下：

1、以擊實試驗用濕法制備測得遺址土樣最優(yōu)含水率。

2、稱取天然含水率的代表性遺址土樣，碾散后過2mm篩并拌勻，按最優(yōu)含水率用噴水設(shè)備在土料上均勻噴灑所需的加水量，拌勻并密封靜置備用，靜置時間約12小時。

3、選擇平整場地，平穩(wěn)放置制樣機構(gòu)120的制樣底座121，在三枚側(cè)壁葉片124內(nèi)壁、制樣底座121上部均勻地涂抹一薄層潤滑油，將側(cè)壁葉片124、制樣底座121及葉片緊箍125拼裝完成。檢查儀器各部件是否連接緊密。

4、按所需試驗要求層數(shù)，分層手工夯實。從制備好的土料中稱取擊實一層所需用量分部倒入，應(yīng)保證擊錘自由垂直下落，擊點均勻分布于土面上，兩層相接的土面應(yīng)進行刨毛處理。擊實完成后高于側(cè)壁葉片124頂部的應(yīng)抹去并刮平。應(yīng)注意，擊實最后一層時，為便于加土，應(yīng)將套筒129套設(shè)在制樣裝置的頂部。

5、用修土刀沿側(cè)壁葉片124組合頂部修平試樣，先緩慢抽出中間的光圓芯128，再擰下兩個螺帽127，取下葉片緊箍125，將3枚側(cè)壁葉片124分別向上滑出；而對于螺紋芯的抽取，則需要借助螺紋蓋。取下葉片緊箍124，將螺紋蓋放上，擰緊螺釘，將其與側(cè)壁葉片124一起固定，緩慢將螺紋芯旋轉(zhuǎn)出，再取下螺紋蓋，將側(cè)壁葉片124分別向上滑出。均應(yīng)注意保證試樣完整，待試樣稍干后將其從制樣底座121上緩慢脫離，放置試驗所需環(huán)境養(yǎng)護。

6、待土體試樣養(yǎng)護完成，在其中心成孔處灌注所配置的本實驗方案所設(shè)計的漿液。待漿液養(yǎng)護完成并與土體試樣粘結(jié)良好，試樣制備完成。

7、將加載桿130的連接器部分與試驗機上鉗口連接，承載底座140凸出嵌合進試驗機下鉗口處，并利用試驗機移動活動橫梁114調(diào)整加載桿壓頭與承載底座140上部的垂直距離，使得所制試樣能完整放入。

8、用3枚側(cè)壁葉片124重新將制成試樣箍緊，放入承載底座上的護壁142中，并將葉片緊箍125套設(shè)在側(cè)壁葉片124的上部，擰緊葉片緊箍125與承載底座護壁142上的共6個螺釘，使中間的土體試樣緊固。這樣外部給予足夠的圍壓以避免在灌漿體被推出的過程中，基體的孔徑受到一定徑向壓力的作用，而致使當(dāng)徑向壓力達到某一數(shù)值時，基體率先發(fā)生破壞。

9、啟動壓力機，開始加載，可在承壓底座處開設(shè)的觀察孔中觀察漿體被推出的過程。通過萬能試驗機的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)采集所需數(shù)據(jù)，得出剪切-位移曲線。所述剪切-位移曲線如圖9所示。

盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用。它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域。對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改。因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細節(jié)和這里示出與描述的圖例。