電滲剪切儀的製作方法
2023-07-31 23:40:36
專利名稱：電滲剪切儀的製作方法
技術領域：
本發明屬於ー種鋼土界面剪切力的試驗裝置，特別涉及一種電滲剪切儀。
背景技術：
在土木工程實踐中，常常需要在地基中沉入鋼樁或者鋼圓筒，作為基礎或者維護結構。在下沉過程中，鋼樁的阻力由端阻和側壁摩阻構成，而鋼圓筒的阻カ則基本由側壁摩阻構成。下沉阻カ是影響下沉效率的重要因素，而且阻力的過大，有時會使鋼樁或者鋼圓筒下沉到指定的深度非常困難。因此，工程界採用了一系列的措施來降低下沉阻力。在土中通以直流電，在電勢差的作用下，土中水從陽極流向陰極，這種現象即為電滲。電滲中，土壌中水分將向陰極匯集，從而降低陰極附近土體的強度。另ー方面，由於電 滲的電解水作用，陰極表面還會聚集氫氣氣泡，這種氣泡也對減小摩擦阻力有利。因此可以利用電滲來減少鋼圓筒和土體間的摩阻力，提高鋼圓筒的下沉效率。
發明內容
本發明的目的是提供一種電滲剪切儀。可以對電滲和非電滲條件下鋼與土界面的摩阻カ進行定量測量。還可以對不同深度、不同電流密度情況下，鋼圓筒側摩阻カ的減小幅度進行研究。本發明採用的技術方案是一種電滲剪切儀，其特徵在於ー個由可移動的中部土樣室絕緣外壁、土樣室下端的陰極、土樣室上端的陽極組成的土樣室，土樣室在水平方向固定，土樣室左方靠有測力環，測カ環左方靠有反力裝置；土樣室陰極板下方有上滑道，上滑道下方是下滑道，下滑道置於工作檯上；陰極板右方的豎直立板外有等應變推力裝置，土樣室上端的陽極上方連接加載板；加載板上表面的中心連接豎直壓杆，豎直壓杆頂部接觸在槓桿下方，槓桿一端鉸接在固定支點上，槓桿另一端裝有砝碼。中部的土樣室絕緣外壁是圓筒形或稜柱筒形，土樣室絕緣外壁截面積大小沿高度方向一致。由導電材料製成的電極均呈平板狀，陽極可為金屬板或金屬網，陰極為鋼板，陰陽兩極平行布置，陰極右側有豎直立板。本發明的有益效果是I、在土體中形成均勻穩定的一維電場，使得電滲作用均勻分布於電極與土體；2、剪切過程中，電流、電流密度、土壓カ和剪切面積均可固定，方便進行規律性研究;3、可以對試驗中的主要參數進行實時監測；4、能夠對不同土壓力、不同電流密度、不同土體類型下電滲減小土和鋼界面間摩阻力的效果進行研究。本發明主要應用於電滲減小鋼土界面摩阻力的室內試驗研究。
附圖I是本發明裝置結構示意圖。圖中1、土樣室，2、陽極板，3、加載板，4、陰極(剪切面)，5、土樣筒，6、工作檯，7、下滑道，8、上滑道、9、等應變推力裝置，10、測カ環，11、槓桿，12、砝碼，13、反力裝置。
具體實施例方式下面結合附圖，對本發明的實施方式進行詳細的描述。ー種電滲剪切儀，ー個由可移動的中部土樣室絕緣外壁、土樣室下端的陰極、土樣室上端的陽極組成的土樣室，土樣室在水平方向固定，土樣室左方靠有測カ環，測カ環左方 靠有反力裝置；土樣室陰極板下方有上滑道，上滑道下方是下滑道，下滑道置於工作檯上；陰極板右方的豎直立板外有等應變推力裝置，土樣室上端的陽極上方連接加載板；加載板上表面的中心連接豎直壓杆，豎直壓杆頂部接觸在槓桿下方，槓桿一端鉸接在固定支點上，槓桿另一端裝有破碼。中部的土樣室絕緣外壁是圓筒形或稜柱筒形，土樣室絕緣外壁截面積大小沿高度方向一致。由導電材料製成的電極均呈平板狀，陽極可為金屬板或金屬網，陰極為鋼板，陰陽兩極平行布置，陰極右側有豎直立板。進ー步詳細描述由土樣室壁和上下電極構成土樣室。土樣室壁採用絕緣高強材料製成，為圓柱(或稜柱)形無底容器。在土樣室壁的左右側，分別設置有連接測力裝置和推力施加裝置的螺栓。電極由導電材料製成，均呈平板狀，陽極可為金屬板或金屬網，陰極為鋼板。陰陽兩極垂直於土樣室壁平行布置，分別置於土樣室的下端和上端。陽極形狀與大小均非常接近土樣室壁的橫斷面，直徑小於土樣室直徑約O. 5mm,陽極上布置有螺栓用於連接導線至直流電源的正扱。陰極為呈90度彎折形狀的鋼板。試驗過程中的剪切面為底板，底板與陽極平行。底板面積大於土樣室壁的斷面，以滿足剪切中底板和土樣室可產生相對運動但剪切面積大小不變的要求。底板下側設置有螺栓，以連接滑道，從而使陰極能在水平面沿指定方向滑行。側彎折段的側面布置有螺栓，用於連接等應變推力施加裝置。彎折段與底板間設置加勁肋，以保證推力施加中陰極的強度和剛度。採用槓桿式垂直加壓裝置。在陽極上方設置有加載板，加載板斷面形狀及大小和陽極相同。加載板採用厚度為5mm的鋼板，在加載板中心設有與之垂直的短圓柱體加載點，該圓柱體上表面有球形內凹，與槓槓加載點的球形外凸相對應，圓柱體的下表面與加載板上表面固接。加載點的上方為槓桿，其斷面為長方形。加載點右側為固定的支點，左側為砝碼，其數量根據需要施加的壓カ而定，以實現剪切中的恆壓加載。土樣室置於陰極上，與陰極的平板部分垂直，兩者間可產生大約IOmm的相對滑動，以滿足剪切的需要。陰極的側彎折段與等應變推力裝置連接，產生水平向的推力，使得陰極的平板部分和土樣室間產生相對剪切。與推力裝置相対的土樣室的另外ー側為反力裝置，在反力裝置和土樣室之間設有測カ裝置，此測量裝置能測量並記錄試驗過程中的反力大小。根據カ的平衡原理，就可以得到剪切力的大小。通過土樣上下端的陽極和陰極在土樣中形成均勻穩定的電場，從而在土體中形成電滲；通過土樣室上端的加載板對土樣施加均勻穩定的壓力，不同的壓カ設置可以模擬鋼圓筒側壁所處的深度；通過連接於陰極板的推力裝置施加和測定推力，從而得出不同情況下陰極和土體間的剪切力。剪切過程中，總電流、電流密度和剪切面積都不變。當在土體上下端施加不同電場並對陰極施加水平推力使之勻速水平滑動時，就可以對電滲情況下，陰極鋼板和土體間的剪切カ進行測定。所述的土樣室內外壁可以是圓筒形或稜柱筒形，其截面積沿長度方向不變；所述的電極由導電材料製成，均呈平板狀，陽極可為金屬板或金屬網，陰極為鋼板，陰陽兩極平行布置。所述的土樣室在水平方向固定，陰極板連接於可沿規定方向在水平面自由滑動的 滑道之上，陰極板和土樣室之間可自由產生相對剪切。具體操作過程如下(I)將電滲剪切儀安裝於試驗臺，其中上滑道固接於陰極，下滑道固接於試驗臺，土樣室置於陰極之上；(2)將土樣充分攪拌均勻，然後分層填入土樣室。對裝入土樣的質量和高度進行記錄，並對含水率、密度等參數進行測定；(3)安裝上部陽極與加載板，連接電極、導線和直流電源，此時直流電源處於關閉狀態；(4)對土樣室進行微調，使之與推力裝置、反力裝置處於輕微接觸狀態；(5)根據設定的壓力，加上相對應的砝碼，通過槓桿對土樣進行加載，直至變形穩定後開始下步操作；(6)待土樣變形穩定後，打開直流電源，對土樣施加設定的穩定電流，開始電滲；(7)待通電時間達到設定值後，開啟推力施加裝置，進行剪切試驗；(8)記錄不同時刻的電流、剪切位移、剪切力；(9)整理實驗數據，根據實驗數據對電滲減阻效果進行評價。
權利要求
1.一種電滲剪切儀，其特徵在於一個由可移動的中部土樣室絕緣外壁、土樣室下端的陰極、土樣室上端的陽極組成的土樣室，土樣室在水平方向固定，土樣室左方靠有測力環，測力環左方靠有反力裝置；土樣室陰極板下方有上滑道，上滑道下方是下滑道，下滑道置於工作檯上；陰極板右方的豎直立板外有等應變推力裝置，土樣室上端的陽極上方連接加載板；加載板上表面的中心連接豎直壓杆，豎直壓杆頂部接觸在槓桿下方，槓桿一端鉸接在固定支點上，槓桿另一端裝有砝碼。
2.根據權利要求I所述的電滲剪切儀，其特徵在於中部的土樣室絕緣外壁是圓筒形或稜柱筒形，土樣室絕緣外壁截面積大小沿高度方向一致。
3.根據權利要求I所述的電滲剪切儀，其特徵在於由導電材料製成的電極均呈平板狀，陽極可為金屬板或金屬網，陰極為鋼板，陰陽兩極平行布置，陰極右側有豎直立板。
全文摘要
一種電滲剪切儀，一個由土樣室絕緣壁、土樣室下端的陰極(剪切面)、土樣室上端的陽極組成的土樣室。陰陽兩極平行布置，在土體中形成均勻穩定的一維電場。土樣室在水平方向固定，陰極板連接於可沿規定方向在水平面自由滑動的滑道之上。可通過土樣室上端的加載板對土樣施加均勻穩定的壓力，可通過連接於陰極板的推力裝置施加推力，通過連接於反力裝置的測力裝置測定反力，從而推算出不同壓力情況下陰極和土體間的剪切力。當在土體上下端施加電場使土體中形成電滲並對陰極施加水平推力使之勻速水平滑動時，就可以對電滲情況下，陰極鋼板和土體間的剪切力進行測定。
文檔編號G01N3/24GK102721616SQ20121003384
公開日2012年10月10日 申請日期2012年2月16日 優先權日2012年2月16日
發明者侯晉芳, 劉天韻, 劉愛民, 喻志發, 曹永華, 朱耀庭, 楊京方, 梁愛華, 郭玉彬 申請人:中交天津港灣工程研究院有限公司, 中交第一航務工程局有限公司, 天津港灣工程質量檢測中心有限公司