專利名稱：用于測量土釘力學(xué)性能的抗拔力測試箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于建筑領(lǐng)域的測試裝置，尤指一種抗拔力測試箱，用于測量土釘?shù)牧W(xué)性能。
背景技術(shù)：
據(jù)統(tǒng)計，香港最少有5萬個斜坡，目前鞏固斜坡普遍采用土釘(soil nail)(一種水泥澆灌鋼筋的構(gòu)件)防治工程技術(shù)。工程人員先用鉆孔機在斜坡上鉆孔，然后打入土釘。一個斜坡可能最少要鉆100個孔，使用上百個土釘。
另外，土釘也用于建筑物的基坑支護，它充分利用土體自身的強度，通過在原位土體中設(shè)置鋼筋等金屬桿件構(gòu)成的土釘，分擔(dān)土體所承受的外力和自重，改善土體的受力情況，并在開挖面構(gòu)筑鋼筋網(wǎng)噴射混凝土面層，使土釘、面層和原位土體三者構(gòu)成一個整體而共同工作。土釘支護具有施工方便、性能可靠和突出的經(jīng)濟特性，同時，在土釘支護的施工過程中，對周圍環(huán)境的影響很小，因此，土釘支護被廣泛應(yīng)用于基坑開挖工程中。在全國許多省市的基本建設(shè)中，土釘支護發(fā)揮了重要作用，創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟效益。
在基坑開挖過程中，土釘應(yīng)力的發(fā)展直接反映了土釘在整個圍護結(jié)構(gòu)中所發(fā)揮的作用。就內(nèi)部穩(wěn)定性而言，若土釘受力較小，說明圍護結(jié)構(gòu)是安全的；若土釘受力過大，則有可能發(fā)生土釘屈服或土釘與周圍土體之間發(fā)生滑移，而導(dǎo)致圍護結(jié)構(gòu)的破壞。在土釘工作狀態(tài)中，承受的負載一般是泥土的拉拔力，所以在工程設(shè)計階段確定土釘能夠承受的最大拉拔力，即土釘?shù)目拱文芰κ欠浅Ｖ匾摹?br> 土釘一般是位于巖土中的具有圓形截面或其它結(jié)構(gòu)形式的建筑構(gòu)件，用于測量土釘?shù)目拱文芰蚩辜魪姸鹊臏y試工具是抗拔力測試箱(Pulloutbox)。巖土的水飽和度對于土釘?shù)氖芰顩r來說是很重要的。但是現(xiàn)有的抗拔力測試箱不具有增大水飽和度的有效手段?，F(xiàn)有的抗拔力測試箱還具有以下缺陷(a)在開始拉拔之后，作用在土釘上的應(yīng)力是不均勻的。(b)盡管使用了二氧化碳氣體，但是也很難實現(xiàn)巖土的水飽和。(c)不能測量土釘上的應(yīng)力。
由上可知，需要提供一種新的土釘抗拔力測試裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新的土釘抗拔力測試箱，其能夠保證在測試過程中，作用在土釘上的應(yīng)力均勻。
本發(fā)明的另一目的是提高該測試箱中的巖土樣本的水飽和度。
本發(fā)明的再一目的使得該測試箱可方便地測量土釘上的應(yīng)力。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種新的土釘抗拔力測試箱，包括一測試箱主體，其呈中空的長方體形且上端敞口，該測試箱主體的左右兩側(cè)面分別凸設(shè)有與該測試箱主體相連通的一第一附加室和一第二附加室，在該測試箱主體和該第一附加室內(nèi)充填有巖土樣本；待測試的土釘設(shè)置在該測試箱主體中，該土釘?shù)囊欢巳葜迷谠摰谝桓郊邮抑?，另一端對?zhǔn)該第二附加室；一上蓋板，可拆卸地連接到該測試箱主體的上端，用于封閉該測試箱主體；一橡膠水袋，設(shè)置在該上蓋板的下表面與該巖土樣本的上表面之間，該橡膠水袋中充有高壓水，用于對該巖土樣本施加垂直方向的壓力；一拉拔力施加裝置，設(shè)置在該測試箱主體的該第二附加室一側(cè)，該拉拔力施加裝置與該土釘?shù)牧硪欢诉B接，用于對該土釘施加拉拔力；當(dāng)該測試箱工作時，測量施加到該土釘上的拉拔力和該土釘在該拉拔力作用下的位移，可以得到該待測試土釘?shù)目估文芰Α?br> 如上所述的土釘抗拔力測試箱，其中該拉拔力施加裝置包括一外部鋼條，用于傳遞拉拔力；一聯(lián)接器，其一端位于該第二附加室中，用于連接該土釘?shù)匿摻?，另一端位于該第二附加室之外，用于連接該外部鋼條；一液壓千斤頂，用于施加拉拔力到該外部鋼條；一拉拔負載反作用力框架，設(shè)置在該測試箱主體和該液壓千斤頂之間，用于承受該液壓千斤頂產(chǎn)生的反作用力；其中，在該外部鋼條的末端通過一螺母設(shè)置有一反作用力板，該反作用力板在該鋼條上的縱向位置可通過該螺母進行調(diào)節(jié)，該液壓千斤頂?shù)氖┝Χ说猪斣谠摲醋饔昧Π迳希撘簤呵Ы镯數(shù)牡鬃擞稍摾呜撦d反作用力框架支承。
如上所述的土釘抗拔力測試箱，其中該拉拔力施加裝置進一步包括LVDT位移傳感器，設(shè)置在該聯(lián)接器位于該第二附加室外部的一側(cè)，用于測量該土釘在該拉拔力作用下的位移；測力計，設(shè)置在該液壓千斤頂和拉拔負載反作用力框架之間，用于測量該液壓千斤頂施加的拉拔力的大小。
如上所述的土釘抗拔力測試箱，其中在該第二附加室上的、用于該聯(lián)接器穿過的開孔位置處，設(shè)置有一密封圈，用于保證該測試箱主體的密封狀態(tài)，確保巖土樣本的壓力。
如上所述的土釘抗拔力測試箱，其中在橡膠水袋的出入水口的位置處，設(shè)置有一壓力計，用于測量該橡膠水袋內(nèi)水壓；通過在該橡膠水袋中注入水或從其中排出水，可調(diào)節(jié)該橡膠水袋的施壓大小。
如上所述的土釘抗拔力測試箱，其中在該土釘?shù)纳媳砻婧拖卤砻妫O(shè)置有多個土壓計，用于測量作用在土釘表面的巖土壓力。
如上所述的土釘抗拔力測試箱，其中在該巖土樣本中充有去除空氣的水，這樣，在該橡膠水袋施加的背水壓力作用下，可增大該巖土樣本的水飽和度。
如上所述的土釘抗拔力測試箱，其中在該橡膠水袋和該巖土樣本之間，設(shè)置有一間隔件，用以使得壓力均勻分布。
如上所述的土釘抗拔力測試箱，其中在該測試箱主體的四個側(cè)面還分別設(shè)置有反作用力框架，上表面和下表面的反作用力框架之間、左表面和右表面的反作用力框架之間均通過穿桿和螺母加以緊固，從而可以確保在土釘上施加壓力的同時，該測試箱主體不會發(fā)生形變。
如上所述的土釘抗拔力測試箱，其中在該土釘?shù)匿摻钌习惭b有應(yīng)變片，以測量土釘?shù)膽?yīng)變。
本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的抗拔力測試箱克服了現(xiàn)有技術(shù)的三個缺陷。由于本發(fā)明的測試箱設(shè)置有橡膠水袋，從而能夠在該測試箱的長度方向均勻施壓，從而保證作用在該土釘上的巖土壓力始終保持均勻。另外，由于本發(fā)明的巖土樣本中充有去除空氣的水，同時該測試箱保持為整體密封的狀態(tài)，所以在該橡膠水袋的壓力和作用于土內(nèi)的反孔隙水壓力的共同作用下，可大大提高該巖土樣本的水飽和度。還有，通過在該土釘?shù)纳?、下表面設(shè)置多個土壓計，可以方便地測量作用在該土釘上的精確的土壓力的大小。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。


圖1是本發(fā)明土釘抗拔力測試箱的縱向剖面圖；圖2是本發(fā)明土釘抗拔力測試箱的橫向剖面圖。
具體實施例方式
如圖1和圖2所述，本發(fā)明的抗拔力測試箱10包括一測試箱主體11，該測試箱主體11呈中空的長方體形，其內(nèi)部充填有巖土樣本12，該巖土樣本例如可以是完全分解的花崗石巖土，即CDG巖土。該測試箱主體11上端開口，該開口由一蓋板30封閉。在該蓋板30的下方、巖土樣本12表面上部設(shè)置有一橡膠水袋31，由該橡膠水袋31來對巖土樣本12施加垂直方向的壓力。首先在巖土樣本12中充入二氧化碳氣體，將去除空氣的水充入該巖土樣本12中，然后通過該橡膠水袋31在箱體11中的巖土樣本12施加背水壓力。采用這些措施就會增大該巖土樣本12的水飽和度，從而更加真實地模仿環(huán)境狀況。在該橡膠水袋31的進水/出水口34處安裝有一壓力計32，通過在該橡膠水袋31中注入或排出水，可以調(diào)節(jié)該垂直壓力的大小。另外，為了使得作用在巖土樣本12上的壓力均勻，在該橡膠水袋31與該巖土樣本12之間還設(shè)置有一間隔層33。
在該箱體主體的一側(cè)面設(shè)置有一第一附加室13，在該第一附加室13中充填有同樣的巖土樣本12。在該箱體主體11的兩側(cè)面及巖土樣本12中鉆有一孔，該孔一直延伸到左側(cè)的第一附加室13中。在該孔中放置一鋼筋14，然后用水泥澆灌，最終在該箱體主體11的巖土樣本12中形成待測試的、水泥澆灌的土釘15，其一端部位于左側(cè)的第一附加室13中。
在該箱體主體11的右側(cè)還連接有一第二附加室16，該第二附加室16與該土釘15的頭部對準(zhǔn)。本發(fā)明的測試箱還包括一拉拔力施加裝置，設(shè)置在該測試箱主體11的該第二附加室13一側(cè)，該拉拔力施加裝置與該土釘15的頭部一端連接，用于對該土釘施加拉拔力。該拉拔力施加裝置包括一聯(lián)接器17，其將該土釘15的鋼筋14連接到一外部鋼條18上。在聯(lián)接器17穿過該第二附加室16的開孔的位置，設(shè)置有一密封環(huán)20，用于密封該聯(lián)接器17和該右側(cè)第二附加室16。該第一附加室和第二附加室是密封的，從而防止水份的泄漏。該外部鋼條18連接到一液壓千斤頂20上，該土釘15的拉拔負載由該液壓千斤頂20提供。同時，如圖1所示，在該聯(lián)接器17位于該第二附加室16的一端設(shè)置有2個LVDT位移傳感器21，用于測量該土釘15的拔出位移。另外，設(shè)置有一測力計19，其與該液壓千斤頂20相連接，用于測量該千斤頂20施加到該土釘上的拉拔力的大小。
在該土釘15的上表面和下表面安裝有六個土壓計(EPCs)40，以直接測量作用于該土釘15上的巖土樣本的壓力。也可在該鋼筋14上安裝應(yīng)變片(未示出)，以測量土釘15的應(yīng)變，由該測量得到的應(yīng)變值可利用已知的該土釘?shù)臈钍夏Ａ坑嬎愠鲈撏玲斏系呢撦d和其表面的摩擦力。
為了使得該測試箱主體11能夠在承受較大壓力的情況下不發(fā)生形變，在該主體11的四個側(cè)面還可設(shè)置有反作用力框架50，上表面和下表面的反作用力框架之間、左表面和右表面的反作用力框架之間均通過穿桿51和螺母52加以緊固，從而可以進一步確保施加在土釘15上的壓力。
另外，如圖1的右側(cè)部分所示，進一步描述了該拉拔力施加裝置一個實例的具體結(jié)構(gòu)。為了便于將液壓千斤頂20產(chǎn)生的拉拔力施加到該土釘15上，在測試箱主體的右側(cè)的反作用力框架50與該液壓千斤頂20之間，也可設(shè)置一個拉拔負載反作用力框架53，測力計19設(shè)置在拉拔負載反作用力框架53和該千斤頂20的底座之間。這樣，該拉拔力的反作用力通過該測力計19傳遞到該反作用力框架50上。
而且，為了便于將該液壓千斤頂20產(chǎn)生的拉拔力施加到該鋼筋桿18上，在該外部鋼條18的末端通過螺母54設(shè)置了一個反作用力板55，該千斤頂20抵靠在該反作用力板55上，從而將該千斤頂20產(chǎn)生的拉拔力通過該反作用力板55傳遞到該外部鋼條18，然后通過該聯(lián)接器17傳遞到該土釘15上。該反作用力板55沿該外部鋼條18的軸向位置可通過該螺母54調(diào)節(jié)。
下面描述利用本發(fā)明的測試箱對土釘進行測試的過程。
首先將土釘形成在該測試箱中之后，將蓋板30通過螺釘緊固在測試箱主體11上，通過注入或排出該橡膠水袋中的水，調(diào)節(jié)由該橡膠水袋31施加的垂直壓力的大小。這時，讀取該六個土壓計40的輸出，使得作用在該土釘上的垂直壓力達到一預(yù)定值。該預(yù)定值模擬了在實際工況下，該土釘15所承受的巖土擠壓力。然后操作該液壓千斤頂20，使得該液壓千斤頂通過該聯(lián)接器17在該土釘上施加一拉拔負載，然后測量該位移傳感器LVDT 21的輸出，得到該土釘在該負載作用下的位移值，結(jié)合該測力計19得出的該拉拔負載的量值，就可得到該土釘?shù)目拱文芰Α?br> 該實驗室用土釘抗拔力測試箱的各頂條件是對現(xiàn)場條件的近似的模擬，從而該測試箱可用于土釘抗拔力的測試研究。
本發(fā)明的抗拔力測試箱克服了現(xiàn)有技術(shù)的三個缺陷。由于本發(fā)明的測試箱設(shè)置有橡膠水袋，從而能夠在該測試箱的長度方向均勻施壓，從而保證作用在該土釘上的巖土壓力始終保持均勻。另外，由于本發(fā)明的巖土樣本中充有去除空氣的水，同時該測試箱保持為整體密封的狀態(tài)，所以在該橡膠水袋的壓力作用下，可大大提高該巖土樣本的水飽和度。還有，通過在該土釘?shù)纳?、下表面設(shè)置多個土壓計，可以方便地測量作用在該土釘上的精確的應(yīng)力大小。
需要說明的是，以上說明僅僅是本發(fā)明的一個具體實施例，可以對本發(fā)明進行各種等效替換。例如，該拉拔力施加裝置并不限于上述的液壓千斤頂?shù)男问?，而可以采用多種其它形式，例如電磁施加裝置、氣動施加裝置等等，都包含在本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。所以，本發(fā)明的專利范圍由隨附的權(quán)利要求書確定。
權(quán)利要求
1.一種土釘抗拔力測試箱，其特征在于，包括一測試箱主體(11)，其呈中空的長方體形且上端敞口，該測試箱主體(11)的左右兩側(cè)面分別凸設(shè)有與該測試箱主體相連通的一第一附加室(13)和一第二附加室(16)，在該測試箱主體和該第一附加室內(nèi)充填有巖土樣本(12)；待測試的土釘(15)設(shè)置在該測試箱主體中，該土釘(15)的一端容置在該第一附加室(13)中，另一端對準(zhǔn)該第二附加室(13)；一上蓋板(30)，可拆卸地連接到該測試箱主體(11)的上端，用于封閉該測試箱主體；一橡膠水袋(31)，設(shè)置在該上蓋板(30)的下表面與該巖土樣本的上表面之間，該橡膠水袋中充有高壓水，用于對該巖土樣本施加垂直方向的壓力；一拉拔力施加裝置，設(shè)置在該測試箱主體(11)的該第二附加室(13)一側(cè)，該拉拔力施加裝置與該土釘(15)的另一端連接，用于對該土釘施加拉拔力；當(dāng)該測試箱工作時，測量施加到該土釘上的拉拔力和該土釘在該拉拔力作用下的位移，可以得到該待測試土釘?shù)目估文芰Α?br> 2.如權(quán)利要求1所述的土釘抗拔力測試箱，其特征在于，該拉拔力施加裝置包括一外部鋼條(18)，用于傳遞拉拔力；一聯(lián)接器(17)，其一端位于該第二附加室(16)中，用于連接該土釘(15)的鋼筋(14)，另一端位于該第二附加室(16)之外，用于連接該外部鋼條(18)；一液壓千斤頂(20)，用于施加拉拔力到該外部鋼條；一拉拔負載反作用力框架(53)，設(shè)置在該測試箱主體(11)和該液壓千斤頂(20)之間，用于承受該液壓千斤頂產(chǎn)生的反作用力；其中，在該外部鋼條的末端通過一螺母(54)設(shè)置有一反作用力板(55)，該反作用力板在該鋼條上的軸向位置可通過該螺母進行調(diào)節(jié)，該液壓千斤頂?shù)氖┝Χ说猪斣谠摲醋饔昧Π?55)上，該液壓千斤頂?shù)牡鬃擞稍摾呜撦d反作用力框架(53)支承。
3.如權(quán)利要求2所述的土釘抗拔力測試箱，其特征在于，該拉拔力施加裝置進一步包括LVDT位移傳感器(21)，設(shè)置在該聯(lián)接器(21)位于該第二附加室(16)外部的一側(cè)，用于測量該土釘在該拉拔力作用下的位移；測力計(19)，設(shè)置在該液壓千斤頂和拉拔負載反作用力框架之間，用于測量該液壓千斤頂施加的拉拔力的大小。
4.如權(quán)利要求2或3所述的土釘抗拔力測試箱，其特征在于，在該第二附加室(16)上的、用于該聯(lián)接器(17)穿過的開孔位置處，設(shè)置有一密封圈(20)，用于保證該測試箱主體(11)的密封狀態(tài)，確保巖土樣本的壓力。
5.如權(quán)利要求1所述的土釘抗拔力測試箱，其特征在于，在橡膠水袋(31)的出入水口(34)的位置處，設(shè)置有一壓力計(32)，用于測量該橡膠水袋(31)內(nèi)的水壓；通過在該橡膠水袋中注入水或從其中排出水，可調(diào)節(jié)該橡膠水袋的施壓大小。
6.如權(quán)利要求1所述的土釘抗拔力測試箱，其特征在于，在該土釘(15)的上表面和下表面，設(shè)置有多個土壓計(40)，用于測量作用在土釘表面的巖土壓力。
7.如權(quán)利要求1所述的土釘抗拔力測試箱，其特征在于，在該巖土樣本(12)中充有去除空氣的水，這樣，在該橡膠水袋(31)施加的背水壓力作用下，可增大該巖土樣本(12)的水飽和度。
8.如權(quán)利要求1所述的土釘抗拔力測試箱，其特征在于，在該橡膠水袋(31)和該巖土樣本(12)之間，設(shè)置有一間隔件(33)，用以使得壓力均勻分布。
9.如權(quán)利要求1所述的土釘抗拔力測試箱，其特征在于，在該測試箱主體(11)的四個側(cè)面還分別設(shè)置有反作用力框架(50)，上表面和下表面的反作用力框架之間、左表面和右表面的反作用力框架之間均通過穿桿(51)和螺母(52)加以緊固，從而可以確保在土釘(15)上施加壓力的同時，該測試箱主體不會發(fā)生形變。
10.如權(quán)利要求1所述的土釘抗拔力測試箱，其特征在于，在該土釘(15)的鋼筋(14)上安裝有應(yīng)變片，以測量土釘?shù)膽?yīng)變。
全文摘要
一種土釘抗拔力測試箱，包括一測試箱主體，其左右兩側(cè)面(即土釘?shù)奈膊亢颓安?分別凸設(shè)有與該測試箱主體相連通的一第一附加室和一第二附加室，在該測試箱主體和該第一附加室內(nèi)充填有巖土樣本；待測試的土釘設(shè)置在該測試箱主體中；一上蓋板，可拆卸地連接到該測試箱主體的上端，用于封閉該測試箱主體；一橡膠水袋，設(shè)置在該上蓋板的下表面與該巖土樣本的上表面之間，用于對該巖土樣本施加垂直方向的壓力；一拉拔力施加裝置，設(shè)置在該測試箱主體的該第二附加室一側(cè)，該拉拔力施加裝置與該土釘?shù)牧硪欢诉B接，用于對該土釘施加拉拔力；當(dāng)該測試箱工作時，測量施加到該土釘上的拉拔力和該土釘在該拉拔力作用下的位移，可以得到該待測試土釘?shù)目估文芰Α?br> 文檔編號G01N19/04GK1773241SQ200410094639
公開日2006年5月17日 申請日期2004年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月11日
發(fā)明者殷建華 申請人:香港理工大學(xué)