CN108132212A - 一种测定黄土-混凝土接触面摩擦系数的装置及测定方法 - Google Patents

一种测定黄土-混凝土接触面摩擦系数的装置及测定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108132212A
CN108132212A CN201810184633.0A CN201810184633A CN108132212A CN 108132212 A CN108132212 A CN 108132212A CN 201810184633 A CN201810184633 A CN 201810184633A CN 108132212 A CN108132212 A CN 108132212A
Authority
CN
China
Prior art keywords
determined
test block
loess
concrete
friction coefficient
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810184633.0A
Other languages
English (en)
Inventor
权登州
王毅红
董新勇
张又超
兰官奇
王天涯
刘乐
闫刘学
黄余冲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changan University
Original Assignee
Changan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changan University filed Critical Changan University
Priority to CN201810184633.0A priority Critical patent/CN108132212A/zh
Publication of CN108132212A publication Critical patent/CN108132212A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N19/00—Investigating materials by mechanical methods
    • G01N19/02—Measuring coefficient of friction between materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q

Landscapes

  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

本发明公开了一种测定黄土‑混凝土接触面摩擦系数的装置及测定方法，其测定黄土‑混凝土接触面摩擦系数的装置包括外框架，外框架内具有两个相对设置的盛土容具，待测定混凝土试块夹持在两个盛土容具之间，盛土容具滑动设置在外框架内，外框架上安装有调节螺杆，调节螺杆的一端安装有压力传感器，压力传感器的测量端安装在盛土容具上，其测定方法包括步骤：一、获取参数；二、测定准备；三、固定测定试块并施加载荷；四、计算黄土‑混凝土接触面摩擦系数。本发明填补了目前测定黄土‑混凝土接触面摩擦系数装置的空白，能够准确得到摩擦系数，且测定方法步骤简单、设计合理、实用性强。

Description

一种测定黄土-混凝土接触面摩擦系数的装置及测定方法
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种测定黄土-混凝土接触面摩擦系数的装置及测定方法。
背景技术
随着我国西部地区城市地下空间开发利用的加快发展，黄土地区地铁工程日益增多。黄土具有柱状节理、大孔隙弱胶结的特殊结构性及对水的特殊敏感性，使得在黄土地区修建地铁工程时存在较高的地震破坏风险。在开展黄土场地条件下地铁车站的抗震研究时，可借助数值模拟软件进行地铁车站地震反应规律与破坏特征的分析，由于地铁车站埋置于黄土场地中，在地铁车站地震反应数值模拟中，应考虑地震作用下黄土与地铁车站之间强烈的碰撞、摩擦等动力相互作用问题，需要输入包括黄土与混凝土接触面摩擦系数在内的接触特性参数。目前在摩擦系数测定中，针对黄土与混凝土接触面摩擦系数的测定装置和测定方法属于空白。
采用ABAQUS软件的接触面模型模拟黄土-地铁车站的动力相互作用时，使用罚函数Penal ty模拟接触面间法向闭合与分离机制，基于粘结-滑移理论模拟接触面间切向摩擦与滑移机制。为此，设计测定黄土与混凝土接触面摩擦系数的装置，对不同接触条件下黄土-混凝土接触面摩擦系数的变化规律开展***研究，为不同工况下黄土场地-地铁车站接触面模型的摩擦系数取值提供可靠依据，同时为地铁车站地震破坏机理的研究打下有利基础。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种测定黄土-混凝土接触面摩擦系数的装置。该装置通过将待测定混凝土试块夹持在两个待测定黄土试块之间，采用待测定黄土试块对待测定混凝土试块的挤压来模拟地下黄土对地铁车站混凝土的作用来测定黄土-混凝土接触面的摩擦系数，且利用调节螺杆带动待测定黄土试块对待测定混凝土试块作用正压力，压力传感器实时采集所施加的正压力值，不仅操作简便，还可根据实际需求及时调整正压力的取值，同时，用于放置待测定黄土试块的盛土容具滑动安装在外框架内，便于待测定黄土试块对待测定混凝土试块的挤压。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种测定黄土-混凝土接触面摩擦系数的装置，其特征在于：包括外框架，外框架内具有两个相对设置且用于放置待测定黄土试块的盛土容具，待测定混凝土试块夹持在两个所述盛土容具之间且与待测定黄土试块面接触，所述盛土容具滑动设置在外框架内，所述外框架上安装有用于带动所述盛土容具滑动的调节螺杆，所述调节螺杆上安装有锁紧螺母，所述调节螺杆的一端安装有压力传感器，所述压力传感器的测量端抵接在所述盛土容具上。
上述一种测定黄土-混凝土接触面摩擦系数的装置，其特征在于：所述外框架内设置有滑道，所述滑道具有放置所述盛土容具的阶梯台，所述盛土容具上设置有滑块，所述滑块具有与阶梯台相配合的凸沿。
上述一种测定黄土-混凝土接触面摩擦系数的装置，其特征在于：所述调节螺杆的一端通过支撑盘安装在所述压力传感器上，所述支撑盘的中心位置开设有供调节螺杆穿过的顶紧孔。
上述一种测定黄土-混凝土接触面摩擦系数的装置，其特征在于：所述待测定混凝土试块上放置有加载垫块。
上述一种测定黄土-混凝土接触面摩擦系数的装置，其特征在于：所述外框架由依次连接的四块安装板组成。
同时，本发明还公开了一种步骤简单、实施方便、能够为黄土与地铁车站动力接触的地震反应数值分析提供准确数据的黄土-混凝土接触面摩擦系数的测定方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、获取参数：采集埋深深度为H的地铁车站处的黄土和混凝土，得到待测定黄土试块及待测定混凝土试块，然后获取待测定黄土试块的含水率ω和湿陷系数σs，测定待测定混凝土试块的构造深度h，通过公式σH＝K×γ×H，计算所处埋深深度为H的待测定黄土试块的水平地应力σH；其中，K为水平地应力系数，γ为土体重度；
步骤二、测定准备：准备N组测定试块，每组所述测定试块包括两个待测试黄土试块和一个待测试混凝土试块，其中，N≥3；
步骤三、固定测定试块并施加载荷：将待测定黄土试块固定在所述盛土容具内，然后将待测定混凝土试块夹持在两个待测定黄土试块之间，再对待测定混凝土试块加载正压力和竖向压力，具体操作过程如下：
步骤301、称取第i组所述测定试块中待测定混凝土试块的质量mi；再根据公式Fi＝σH×Si,计算待测定黄土试块对待测定混凝土试块的正压力Fi；其中，Si为第i组所述测定试块中待测定混凝土试块夹持面的面积；
步骤302、将待测定黄土试块固定在所述盛土容具内，再将待测定混凝土试块夹持在两个待测定黄土试块之间，使待测定混凝土试块的夹持面与待测定黄土试块接触，待测定混凝土试块的顶面处于水平状态；
步骤303、旋转调节螺杆使两个待测定黄土试块挤压待测定混凝土试块，直至所述压力传感器显示的压力值与步骤301中计算得到的待测定黄土试块对待测定混凝土试块的正压力Fi相等，在电子万能试验机上设定电子万能试验机的竖向加载速度β，电子万能试验机沿竖直方向对待测定混凝土试块施加竖向压力，直至电子万能试验机显示的待测定混凝土试块的位移-载荷曲线达到水平状态时，记录电子万能试验机对待测定混凝土试块的竖向压力Fi′；最后拆除所述待测定黄土试块和待测定混凝土试块；
步骤304、重复步骤301至步骤303，直至完成N组所述测定试块的测定，得到N组测量数据，N组测量数据包括N组待测定混凝土试块的质量、正压力和竖向压力；
步骤四、计算黄土-混凝土接触面摩擦系数：根据公式计算得到待测定黄土试块与待测定混凝土试块接触面的摩擦系数μ，即摩擦系数μ为埋深深度为H的地铁车站外侧，黄土与混凝土接触面的摩擦系数，其中，g为重力加速度。
上述所述的方法，其特征在于：步骤三所述电子万能试验机竖向加载速度β的获取方法为：在数值分析软件中建立黄土与地铁车站动力相互作用数值模型，并在所述模型底部输入地震波，数值分析软件输出得到黄土与地铁车站沿竖直方向的相对滑动速度α，所述电子万能试验机竖向加载速度β与所述黄土与地铁车站沿竖直方向的相对滑动速度α相等。
上述所述的方法，其特征在于：所述数值分析软件为ABAQUS软件、ANSYS软件或DIANA软件。
上述所述的方法，其特征在于：步骤三中所述待测定混凝土试块上放置有加载垫块，所述电子万能试验机作用在所述加载垫块上。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1.本发明采用的测定黄土-混凝土接触面摩擦系数的装置结构简单、便于使用，通过将待测定混凝土试块夹持在两个待测定黄土试块之间，利用旋转调节螺杆带动待测定黄土试块对待测定混凝土试块进行挤压，从而在待测定黄土试块和待测定混凝土试块接触面上产生正压力，根据待测定黄土试块易碎的缺点设计了用于放置待测定黄土试块的盛土容具，混凝土可直接夹持在两个待测定黄土试块之间，这样在保证装置使用性的基础上，简化了装置结构，减小了整个装置的重量。
2.本发明采用的测定黄土-混凝土接触面摩擦系数的装置通过调节螺杆带动待测定黄土试块移动，且锁紧螺母也能够对旋转后的调节螺杆进行定位，避免调节螺杆在具体使用时沿着轴向方向窜动，从而影响整个装置的正常使用。
3.本发明的两个盛土容具滑动安装在外框架内，这样就可根据要求使待测定黄土试块对待测定混凝土试块进行挤压，模拟位于不同深度处土体所承受的不同水平地应力，提高了整个装置的实用性。
4.本发明采用的一种测定黄土-混凝土接触面摩擦系数的装置对地铁车站所处深度的黄土-混凝土接触面进行摩擦系数测定的方法，首先获取所要测定的待测定混凝土试块和待测定黄土试块的参数，其中需要获取待测定黄土试块所处深度处的水平地应力；再准备N组测定试块；再称取需要测定的待测定混凝土试块的质量和计算待测定混凝土试块的正压力，这样为后续加载正压力做好准备；再将待测定黄土试块放置在盛土容具内，待测定混凝土试块夹持在两个待测定黄土试块之间，同时需要保证待测定混凝土试块的顶面处于水平状态，这样才可保证测试数据的准确度；然后加载正压力和竖向压力，在加载竖向压力时，电子万能试验机显示的待测定混凝土试块的位移-载荷曲线达到水平状态时，才可记录竖向压力值；最后计算黄土-混凝土接触面摩擦系数。该测定方法步骤简单，基于测定黄土-混凝土接触面摩擦系数的装置能够准确测得黄土和混凝土接触面摩擦系数，这样为后续黄土与地铁车站动力接触的地震反应数值分析时提供了可靠的数据，便于准确分析得到黄土与地铁车站动力接触的地震反应情况。
综上所述，本发明设计的测定黄土-混凝土接触面摩擦系数的装置通过将待测定混凝土试块夹持在两个待测定黄土试块之间，采用待测定黄土试块对待测定混凝土试块的挤压来模拟地下黄土对地铁车站混凝土的作用来测定黄土-混凝土接触面的摩擦系数，且利用调节螺杆带动待测定黄土试块对待测定混凝土试块作用正压力，压力传感器实时采集所施加的正压力值，不仅操作简便，还可根据实际需求及时调整正压力的取值，同时，用于放置待测定黄土试块的盛土容具滑动安装在外框架内，便于待测定黄土试块对待测定混凝土试块的挤压，且测定方法步骤简单、设计合理、能够准确得到黄土-混凝土接触面的摩擦系数。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明测定黄土-混凝土接触面摩擦系数的装置的结构示意图。
图2为图1的A-A剖面图。
图3为图1的B-B剖视图。
图4为本发明支撑盘的结构示意图。
图5为本发明黄土-混凝土接触面摩擦系数测定方法的流程框图。
附图标记说明:
1—外框架； 2—滑道； 2-1—阶梯台；
3-1—第一盛土容具； 3-2—第二盛土容具； 4—滑块；
4-1—凸沿； 5—待测定黄土试块； 6—待测定混凝土试块；
7—加载垫块； 8-1—第一压力传感器； 8-2—第二压力传感器；
9—调节螺杆； 10—锁紧螺母； 11—支撑盘；
11-1—连接孔； 11-2—顶紧孔； 12—连接件。
具体实施方式
如图1至图4所示，本发明所述的一种测定黄土-混凝土接触面摩擦系数的装置，包括外框架1，外框架1内具有两个相对设置且用于放置待测定黄土试块5的盛土容具，待测定混凝土试块6夹持在两个所述盛土容具之间且与待测定黄土试块5面接触，所述盛土容具滑动设置在外框架1内，所述外框架1上安装有用于带动所述盛土容具滑动的调节螺杆9，所述调节螺杆9上安装有锁紧螺母10，所述调节螺杆9的一端安装有压力传感器，所述压力传感器的测量端抵接在所述盛土容具上。
具体实施时，待测定混凝土试块6夹持在两个放置有待测定黄土试块5的盛土容具之间，且待测定混凝土试块6与待测定黄土试块5直接面接触，从而待测定混凝土试块6与待测定黄土试块5之间会产生摩擦力。因为黄土具有多孔性、垂直节理发育、层理不明显、透水性较强以及较大的湿陷性，所以将待测定黄土试块5放置在所述盛土容具内，进而避免待测定黄土试块5在具体操作时发生松散现象，影响后续试验的正常进行，但是混凝土具有抵抗压、拉、弯、剪等应力的能力，且具有较大的强度，从而待测定混凝土试块6未采用用于放置待测定混凝土试块6的混凝土框架，直接夹持在两个盛土容具之间。这样设计的好处是：简化了整个装置的结构，减轻了重量，提高了整个装置的便携性，同时也简化了操作。
具体测定黄土-混凝土接触面摩擦系数时，需要对黄土-混凝土接触面施加正压力，该装置通过调节螺杆9带动所述盛土容具朝待测定混凝土试块6方向移动，从而在黄土-混凝土接触面之间产生正压力。通过调节螺杆9的旋转在黄土-混凝土接触面之间产生正压力，不仅操作简便，且能够根据实际需求及时调节正压力值的大小。具体实施时，安装在调节螺杆9上的锁紧螺母10可对施加正压力后的调节螺杆9进行锁紧固定，避免调节螺杆9产生晃动现象，进而影响黄土-混凝土接触面之间的正压力值，同时，由于两个待测定黄土试块5对称设置在待测定混凝土试块6两侧，锁紧螺母10对调节螺杆9的固定，也可避免另一个调节螺杆9在施加正压力时造成的影响。优选的，所述调节螺杆9位于外框架1内部也安装有锁紧螺母10。
本实施例中，所述压力传感器固定在调节螺杆9的端部，当调节螺杆9朝待测定混凝土试块6方向移动时，所述压力传感器也随之朝待测定混凝土试块6方向移动，由于压力传感器的测量端安装在盛土容具上，这样压力传感器就能够实时检测到待测定黄土试块5对待测定混凝土试块6的正压力。
本实施例中，所述盛土容具滑动设置在外框架1内，这样便于待测定黄土试块5朝待测定混凝土试块6方向移动，在黄土-混凝土接触面产生正压力。
本实施例中，所述盛土容具包括第一盛土容具3-1和第二盛土容具3-2，所述第一盛土容具3-1和第二盛土容具3-2相对的侧面均未封闭，所述压力传感器包括测量端与第一盛土容具3-1连接的第一压力传感器8-1和测量端与第二盛土容具3-2连接的第二压力传感器8-2，所述第一压力传感器8-1用于检测第一盛土容具3-1内待测定黄土试块5对待测定混凝土试块6作用的正压力，所述第二压力传感器8-2用于检测第二盛土容具3-2内待测定黄土试块5对待测定混凝土试块6作用的正压力。
如图2所示，本实施例中，所述外框架1内设置有滑道2，所述滑道2具有放置所述盛土容具的阶梯台2-1，所述盛土容具上设置有滑块4，所述滑块4具有与阶梯台2-1相配合的凸沿4-1。所述凸沿4-1设置在阶梯台2-1上，这样设置的优点是：当需要移除所述盛土容具时，只需将盛土容具沿着外框架1的高度方向提升，降低盛土容具的移除难度；当所述盛土容具需要朝待测定混凝土试块6方向移动时，所述盛土容具上设置的凸沿4-1沿着阶梯台2-1的延伸方向滑动，最终带动放置有待测定黄土试块5的盛土容具移动。
如图1和图4所示，本实施例中，所述调节螺杆9的一端通过支撑盘11安装在所述压力传感器上，所述支撑盘11的中心位置开设有供调节螺杆9穿过的顶紧孔11-2，所述支撑盘11上还开设有供连接件12穿过的连接孔11-1。具体使用时，所述支撑盘11通过连接件12可拆卸安装在所述压力传感器上，所述调节螺杆9的端部安装在支撑盘11的顶紧孔11-2内，采用支撑盘11可有效防止调节螺杆9在旋转的过程中直接与压力传感器接触，造成对压力传感器的破坏，甚至造成压力传感器采集数据失效的现象。
如图1和图3所示，所述待测定混凝土试块6上放置有加载垫块7。采用加载垫块7达到的技术效果是:采用电子万能试验机对待测定混凝土试块6进行加载竖向压力时，电子万能试验机直接作用在加载垫块7上，无需与待测定混凝土试块6直接接触，这样增大了电子万能试验机与待测定混凝土试块6的作用面积，防止在加载竖向压力时由于作用面积小造成对待测定混凝土试块6的破坏及受力不均匀而引起待测定混凝土试块6转动，同时也简化了待测定混凝土试块6的几何中心与电子万能试验机加载端头的对中操作的要求。
本实施例中，所述外框架1由依次连接的四块安装板组成，所述安装板为钢板，采用上端面和下端面未封闭的外框架1为实际操作时提供了较大的操作空间，且方便待测定混凝土试块6的拿取及拆除。
本实施例中，所述第一盛土容具3-1和第二盛土容具3-2均为方形结构，且均由五块钢板组成，第一盛土容具3-1和第二盛土容具3-2相对的侧面未设置钢板，这样促使待测定黄土试块5与待测定混凝土试块6直接面接触。
本发明还提供了一种对地铁车站所处深度的黄土-混凝土接触面进行摩擦系数测定的方法，将所测得的摩擦系数运用到黄土与地铁车站动力接触的地震反应数值分析中，通过数值模拟分析可以直观的看到地铁车站地震破坏的真实状况，进而为黄土地区地铁车站的抗震分析与设计提供了有效的数据，为我国中西部黄土地区城市地下空间开发利用奠定牢固的基础。实际中埋于地面以下的地铁车站具有设置在黄土内的主体结构，所述主体结构通过混凝土埋设在黄土内，在研究黄土与地铁车站动力接触的地震反应数值分析中，黄土-混凝土接触面摩擦系数是关键参数，如图5所示的一种黄土-混凝土接触面摩擦系数的测定方法，包括以下步骤：
步骤一、获取参数：采集埋深深度为H的地铁车站处的黄土和混凝土，得到待测定黄土试块5及待测定混凝土试块6，然后获取待测定黄土试块5的含水率ω和湿陷系数σs，测定待测定混凝土试块6的构造深度h，通过公式σH＝K×γ×H，计算所处埋深深度为H的待测定黄土试块5的水平地应力σH；其中，K为水平地应力系数，γ为土体重度。
影响黄土-混凝土接触面摩擦系数的因素有：从黄土方面考虑主要影响因素为待测定黄土试块5的含水率ω和待测定黄土试块5的湿陷系数σs；从混凝土方面考虑主要影响因素为待测定混凝土试块6的构造深度h。研究黄土-混凝土接触面摩擦系数时还需要待测定黄土试块5的水平地应力σH，采用测定黄土-混凝土接触面摩擦系数的装置进行测定摩擦系数时，首先要获取上述参数，上述参数具体获取方法为：
获取待测定黄土试块5的含水率ω：采用含水率测定仪直接测定待测定黄土试块5的含水率ω。
获取待测定黄土试块5的湿陷系数σs：制作和待测定黄土试块5质量、体积均相同的黄土试样，对所述黄土试样进行加压、浸水，得到黄土试样的湿陷系数，即得到待测定黄土试块5的湿陷系数σs，具体计算公式为σs＝(hp-h′p)/ho，其中：hp为黄土试样保持天然状态时，加压下沉稳定后的高度，h′p为上述黄土试样加压稳定后在浸水作用下、下沉稳定后的高度，h0为黄土试样的原始高度。
测定混凝土试块6的构造深度h：采用路面构造深度测定仪直接测定待测定混凝土试块6的构造深度h。
步骤二、测定准备：准备N组测定试块，每组所述测定试块包括两个待测试黄土试块5和一个待测试混凝土试块6，其中，N≥3。
采用至少三组测定试块进行黄土-混凝土接触面摩擦系数的测定，更能保证测试数据的准确性。
步骤三、固定测定试块并施加载荷：将待测定黄土试块5固定在所述盛土容具内，然后将待测定混凝土试块6夹持在两个待测定黄土试块5之间，再对待测定混凝土试块6加载正压力和竖向压力，具体操作过程如下：
步骤301、称取第i组所述测定试块中待测定混凝土试块6的质量mi；再根据公式Fi＝σH×Si,计算待测定黄土试块5对待测定混凝土试块6的正压力Fi；其中，Si为第i组所述测定试块中待测定混凝土试块6夹持面的面积。
步骤302、将待测定黄土试块5固定在所述盛土容具内；再将待测定混凝土试块6夹持在两个待测定黄土试块5之间，使待测定混凝土试块6的夹持面与待测定黄土试块5接触，待测定混凝土试块6的顶面处于水平状态。
具体实施时，将两块待测定黄土试块5分别放置在第一盛土容具3-1和第二盛土容具3-2内，再将放置有待测定黄土试块5的第一盛土容具3-1和第二盛土容具3-2分别滑动安装在外框架1内。
具体实施时，将待测定混凝土试块6夹持在两个待测定黄土试块5之间，且需要保证待测定混凝土试块6的夹持面完全与待测定黄土试块5相接触，同时需要保证待测定混凝土试块6的顶面处于水平状态，这样做的目的是：待测定混凝土试块6的顶面处于水平状态，才可使后续进行竖向压力时，保证待测定混凝土试块6与待测定黄土试块5接触面上的竖向压力竖直朝下，这样才能保障摩擦系数的准确性，若待测定混凝土试块6的顶面处于倾斜状态，则待测定混凝土试块6与待测定黄土试块5接触面上的竖向压力不会平行于接触面，这样就会降低摩擦系数测试的准确度。
步骤303、旋转调节螺杆9使两个待测定黄土试块5挤压待测定混凝土试块6，直至所述压力传感器显示的压力值与步骤301中计算得到的待测定黄土试块5对待测定混凝土试块6的正压力Fi相等，在电子万能试验机上设定电子万能试验机的竖向加载速度β，电子万能试验机沿竖直方向对待测定混凝土试块6施加竖向压力，直至电子万能试验机显示的待测定混凝土试块6的位移-载荷曲线达到水平状态时，记录电子万能试验机对待测定混凝土试块6的竖向压力Fi′；最后拆除所述待测定黄土试块5和待测定混凝土试块6。
具体实施时，所述电子万能试验机竖向加载速度β的获取方法为：在数值分析软件中建立黄土与地铁车站动力相互作用数值模型，并在所述模型底部输入地震波，数值分析软件输出得到黄土与地铁车站沿竖直方向的相对滑动速度α，所述电子万能试验机竖向加载速度β与所述黄土与地铁车站沿竖直方向的相对滑动速度α相等。在加载竖向压力时，设定竖向加载速度β等于α，也就是使待测定黄土试块5和待测定混凝土试块6之间的滑动速度与实际地震作用下黄土和地铁车站之间的相对滑动速度相等，这样更能真实、准确反映地震过程中黄土与地铁车站动力相互作用时，黄土与地铁车站之间的滑动机制与摩擦特性，通常所采用的所述数值分析软件为ABAQUS、ANSYS或DIANA等。
加载竖向压力时，当电子万能试验机显示的待测定混凝土试块6的位移-载荷曲线达到水平状态时，可表明待测定混凝土试块6在竖直方向处于平衡状态，此时才可记录电子万能试验机对待测定混凝土试块6的竖向压力Fi′，得到质量为mi的待测定混凝土试块6在施加正压力为Fi时，所加载的竖向压力为Fi′。
步骤304、重复步骤301至步骤303，直至完成N组所述测定试块的测定，得到N组测量数据，N组测量数据包括N组待测定混凝土试块6的质量、正压力和竖向压力；
对质量为mi的待测定混凝土试块6测定后，待测定混凝土试块6由于正压力Fi和竖向压力Fi′的加载，待测定黄土试块5的夹持面上会出现土体脱落现象，待测定混凝土试块6会出现接触面上的凹陷、坑槽及孔洞等被土体填堵现象，进而会降低待测定黄土试块5与待测定混凝土试块6的接触面质量，所以需要将磨损的待测定混凝土试块6和待测定黄土试块5拆除，另取待测定混凝土试块6和待测定黄土试块5进行测定。
步骤四、计算黄土-混凝土接触面摩擦系数：根据公式计算得到待测定黄土试块5与待测定混凝土试块6接触面的摩擦系数μ，其中，g为重力加速度。
具体测试时，由于待测定混凝土试块6与待测定黄土试块5具有两个夹持面，两个夹持面上的摩擦力方向均与待测定混凝土试块6的滑动方向相反，即摩擦力方向朝上，所以，根据牛顿第一定律得到：2Fiμ＝Fi′+mig，则
本发明通过四个实施例对黄土-混凝土接触面摩擦系数的测定方法进行详细说明：
实施例1
取含水率ω＝12％、湿陷系数σs＝0.02的待测定黄土试块5，构造深度h＝0.18mm的待测定混凝土试块6，并准备五组测定试块，其中每组测定试块中待测定混凝土试块6夹持面的面积均相同，通过公式Fi＝σH×Si计算得到待测定黄土试块5对待测定混凝土试块6的正压力为1100N，最终测定得到的五组测量数据见表1：
表1
试验编号 待测定混凝土试块质量 竖向压力
001 1.200kg 1304.00N
002 1.198kg 1169.50N
003 1.200kg 1140.50N
004 1.199kg 1133.25N
005 1.200kg 1243.50N
根据表1中的五组测量数据和公式计算得到μ＝0.550。
实施例2
取含水率ω＝12％、湿陷系数σs＝0.02的待测定黄土试块5，构造深度h＝0.24mm的待测定混凝土试块6，并准备五组测定试块，其中每组测定试块中待测定混凝土试块6夹持面的面积均相同，通过公式Fi＝σH×Si计算得到待测定黄土试块5对待测定混凝土试块6的正压力为1100N，最终测定得到的五组测量数据见表2：
表2
试验编号 待测定混凝土试块质量 竖向压力
001 1.201kg 1373.00N
002 1.198kg 1276.00N
003 1.196kg 1385.25N
004 1.200kg 1243.75N
005 1.202kg 1523.75N
根据表2中的五组测量数据和公式计算得到μ＝0.624。
根据实施例1和实施例2得出：当待测定黄土试块5的湿陷系数σs和含水率ω均相同，待测定混凝土试块6的构造深度h不同时，待测定混凝土试块6的构造深度h越大，黄土与混凝土接触面的摩擦系数μ越大。
实施例3
取含水率ω＝20％、湿陷系数σs＝0.02的待测定黄土试块5，构造深度h＝0.18mm的待测定混凝土试块6，并准备五组测定试块，其中每组测定试块中待测定混凝土试块6夹持面的面积均相同，通过公式Fi＝σH×Si计算得到待测定黄土试块5对待测定混凝土试块6的正压力为1100N，最终测定得到的五组测量数据见表3：
表3
试验编号 待测定混凝土试块质量 竖向压力
001 1.201kg 1453.50N
002 1.197kg 1497.75N
003 1.199kg 1580.50N
004 1.203kg 1439.00N
005 1.201kg 1491.25N
根据表3中的五组测量数据和公式计算得到μ＝0.684。
根据实施例1和实施例3得出：当待测定黄土试块5的湿陷系数σs和待测定混凝土试块6的构造深度h相同时，待测定黄土试块5的含水率ω越大，黄土与混凝土接触面的摩擦系数μ越大。
实施例4
取含水率ω＝12％、湿陷系数σs＝0.04的待测定黄土试块5，构造深度h＝0.18mm的待测定混凝土试块6，并准备五组测定试块，其中每组测定试块中待测定混凝土试块6夹持面的面积均相同，通过公式Fi＝σH×Si计算得到待测定黄土试块5对待测定混凝土试块6的正压力为1100N，最终测定得到的五组测量数据见表4：
表4
试验编号 待测定混凝土试块质量 竖向压力
001 1.198kg 1146.75N
002 1.197kg 1019.25N
003 1.203kg 1158.75N
004 1.199kg 1074.00N
005 1.201kg 1188.75N
根据表4中的五组测量数据和公式计算得到μ＝0.513。
根据实施例1和实施例4得出：当待测定黄土试块5的含水率ω和待测定混凝土试块6的构造深度h相同时，待测定黄土试块5的湿陷系数σs越大，黄土与混凝土接触面的摩擦系数μ越小。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种测定黄土-混凝土接触面摩擦系数的装置，其特征在于：包括外框架(1)，外框架(1)内具有两个相对设置且用于放置待测定黄土试块(5)的盛土容具，待测定混凝土试块(6)夹持在两个所述盛土容具之间且与待测定黄土试块(5)面接触，所述盛土容具滑动设置在外框架(1)内，所述外框架(1)上安装有用于带动所述盛土容具滑动的调节螺杆(9)，所述调节螺杆(9)上安装有锁紧螺母(10)，所述调节螺杆(9)的一端安装有压力传感器，所述压力传感器的测量端抵接在所述盛土容具上。
2.根据权利要求1所述的一种测定黄土-混凝土接触面摩擦系数的装置，其特征在于：所述外框架(1)内设置有滑道(2)，所述滑道(2)具有放置所述盛土容具的阶梯台(2-1)，所述盛土容具上设置有滑块(4)，所述滑块(4)具有与阶梯台(2-1)相配合的凸沿(4-1)。
3.根据权利要求1所述的一种测定黄土-混凝土接触面摩擦系数的装置，其特征在于：所述调节螺杆(9)的一端通过支撑盘(11)安装在所述压力传感器上，所述支撑盘(11)的中心位置开设有供调节螺杆(9)穿过的顶紧孔(11-2)。
4.根据权利要求1所述的一种测定黄土-混凝土接触面摩擦系数的装置，其特征在于：所述待测定混凝土试块(6)上放置有加载垫块(7)。
5.根据权利要求1所述的一种测定黄土-混凝土接触面摩擦系数的装置，其特征在于：所述外框架(1)由依次连接的四块安装板组成。
6.一种利用权利要求1所述的测定黄土-混凝土接触面摩擦系数的装置对地铁车站所处深度的黄土和混凝土的接触面的摩擦系数进行测定的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、获取参数：采集埋深深度为H的地铁车站处的黄土和混凝土，得到待测定黄土试块(5)及待测定混凝土试块(6)，然后获取待测定黄土试块(5)的含水率ω和湿陷系数σs，测定待测定混凝土试块(6)的构造深度h，通过公式σH＝K×γ×H，计算埋深深度为H的待测定黄土试块(5)的水平地应力σH；其中，K为水平地应力系数，γ为土体重度；
步骤二、测定准备：准备N组测定试块，每组所述测定试块包括两个待测试黄土试块(5)和一个待测试混凝土试块(6)，其中，N≥3；
步骤三、固定测定试块并施加载荷：将待测定黄土试块(5)固定在所述盛土容具内，然后将待测定混凝土试块(6)夹持在两个待测定黄土试块(5)之间，再对待测定混凝土试块(6)加载正压力和竖向压力，具体操作过程如下：
步骤301、称取第i组所述测定试块中待测定混凝土试块(6)的质量mi；再根据公式Fi＝σH×Si,计算待测定黄土试块(5)对待测定混凝土试块(6)的正压力Fi；其中，Si为第i组所述测定试块中待测定混凝土试块(6)夹持面的面积；
步骤302、将待测定黄土试块(5)固定在所述盛土容具内，再将待测定混凝土试块(6)夹持在两个待测定黄土试块(5)之间，使待测定混凝土试块(6)的夹持面与待测定黄土试块(5)接触，待测定混凝土试块(6)的顶面处于水平状态；
步骤303、旋转调节螺杆(9)使两个待测定黄土试块(5)挤压待测定混凝土试块(6)，直至所述压力传感器显示的压力值与步骤301中计算得到的待测定黄土试块(5)对待测定混凝土试块(6)的正压力Fi相等，在电子万能试验机上设定电子万能试验机的竖向加载速度β，电子万能试验机沿竖直方向对待测定混凝土试块(6)施加竖向压力，直至电子万能试验机显示的待测定混凝土试块(6)的位移-载荷曲线达到水平状态时，记录电子万能试验机对待测定混凝土试块(6)的竖向压力Fi′；最后拆除所述待测定黄土试块(5)和待测定混凝土试块(6)；
步骤304、重复步骤301至步骤303，直至完成N组所述测定试块的测定，得到N组测量数据，N组测量数据包括N组待测定混凝土试块(6)的质量、正压力和竖向压力；
步骤四、计算黄土-混凝土接触面摩擦系数：根据公式计算得到待测定黄土试块(5)与待测定混凝土试块(6)接触面的摩擦系数μ，其中，g为重力加速度。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤三所述电子万能试验机竖向加载速度β的获取方法为：在数值分析软件中建立黄土与地铁车站动力相互作用数值模型，并在所述模型底部输入地震波，数值分析软件输出得到黄土与地铁车站沿竖直方向的相对滑动速度α，所述电子万能试验机竖向加载速度β与所述黄土与地铁车站沿竖直方向的相对滑动速度α相等。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述数值分析软件为ABAQUS软件、ANSYS软件或DIANA软件。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤三中所述待测定混凝土试块(6)上放置有加载垫块(7)，所述电子万能试验机作用在所述加载垫块(7)上。
CN201810184633.0A 2018-03-07 2018-03-07 一种测定黄土-混凝土接触面摩擦系数的装置及测定方法 Pending CN108132212A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810184633.0A CN108132212A (zh) 2018-03-07 2018-03-07 一种测定黄土-混凝土接触面摩擦系数的装置及测定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810184633.0A CN108132212A (zh) 2018-03-07 2018-03-07 一种测定黄土-混凝土接触面摩擦系数的装置及测定方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108132212A true CN108132212A (zh) 2018-06-08

Family

ID=62431365

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810184633.0A Pending CN108132212A (zh) 2018-03-07 2018-03-07 一种测定黄土-混凝土接触面摩擦系数的装置及测定方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108132212A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110146441A (zh) * 2019-06-14 2019-08-20 辽宁工程技术大学 用于测量混凝土结构与土体的动摩擦系数的试验装置
CN110333182A (zh) * 2019-07-01 2019-10-15 大连理工大学 一种软土场地结构-土界面摩擦参数长距离原位测量方法
CN110487712A (zh) * 2019-08-23 2019-11-22 清华大学 一种基于双振动台的岩石结构面动态摩擦***
CN112881279A (zh) * 2021-01-12 2021-06-01 中铝材料应用研究院有限公司 一种板材摩擦系数测试装置及方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000283904A (ja) * 1999-03-29 2000-10-13 Kawasaki Heavy Ind Ltd 摺動試験方法及び摺動試験機
CN101271056A (zh) * 2008-05-15 2008-09-24 上海交通大学 地下管道与土体之间摩擦系数测试装置
JP2011164060A (ja) * 2010-02-15 2011-08-25 Fujita Corp コンクリート壁の表面粗さ評価方法及び評価装置
CN203083912U (zh) * 2013-02-18 2013-07-24 大连理工大学 一种测定不同压强下材料静、动滑动摩擦系数的试验装置
CN103575644A (zh) * 2013-11-06 2014-02-12 中交第二航务工程局有限公司 匹配浇筑混凝土接触面摩擦系数试验方法
CN103822875A (zh) * 2014-03-05 2014-05-28 河海大学 一种能量桩桩-土接触面摩擦力测试装置及测试方法
CN207866684U (zh) * 2018-03-07 2018-09-14 长安大学 一种测定黄土-混凝土接触面摩擦系数的装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000283904A (ja) * 1999-03-29 2000-10-13 Kawasaki Heavy Ind Ltd 摺動試験方法及び摺動試験機
CN101271056A (zh) * 2008-05-15 2008-09-24 上海交通大学 地下管道与土体之间摩擦系数测试装置
JP2011164060A (ja) * 2010-02-15 2011-08-25 Fujita Corp コンクリート壁の表面粗さ評価方法及び評価装置
CN203083912U (zh) * 2013-02-18 2013-07-24 大连理工大学 一种测定不同压强下材料静、动滑动摩擦系数的试验装置
CN103575644A (zh) * 2013-11-06 2014-02-12 中交第二航务工程局有限公司 匹配浇筑混凝土接触面摩擦系数试验方法
CN103822875A (zh) * 2014-03-05 2014-05-28 河海大学 一种能量桩桩-土接触面摩擦力测试装置及测试方法
CN207866684U (zh) * 2018-03-07 2018-09-14 长安大学 一种测定黄土-混凝土接触面摩擦系数的装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李宁等: "黄土隧道设计与施工中的几个问题", 《地下空间与工程学报》, pages 1599 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110146441A (zh) * 2019-06-14 2019-08-20 辽宁工程技术大学 用于测量混凝土结构与土体的动摩擦系数的试验装置
CN110146441B (zh) * 2019-06-14 2021-07-27 辽宁工程技术大学 用于测量混凝土结构与土体的动摩擦系数的试验装置
CN110333182A (zh) * 2019-07-01 2019-10-15 大连理工大学 一种软土场地结构-土界面摩擦参数长距离原位测量方法
CN110487712A (zh) * 2019-08-23 2019-11-22 清华大学 一种基于双振动台的岩石结构面动态摩擦***
CN112881279A (zh) * 2021-01-12 2021-06-01 中铝材料应用研究院有限公司 一种板材摩擦系数测试装置及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108132212A (zh) 一种测定黄土-混凝土接触面摩擦系数的装置及测定方法
CN106153478B (zh) 一种冲击式固结物强度测定仪及其方法
CN105938070A (zh) 一种多功能真三轴岩石钻探测试***及表征岩体特性的试验方法
CN111305286A (zh) 一种土岩双元边坡整体破坏模式的监测验证***与方法
CN105223080B (zh) 一种压剪条件下节理岩体性能及锚注效果的评价方法
CN105735375B (zh) 一种黄土隧道隧底稳定性监测方法、***及施工方法
CN110554169A (zh) 一种隧道开挖过程模拟试验装置及方法
CN104535474B (zh) 基于高密度电阻率法的渗流及溶质迁移量测方法
CN203705252U (zh) 一种海洋深水钻井导管承载能力室内模拟试验装置
CN106049559B (zh) 一种基于荷载补偿的大直径桩基自平衡检测方法
CN204590104U (zh) 一种模拟自平衡测桩法的模型实验装置
CN207866684U (zh) 一种测定黄土-混凝土接触面摩擦系数的装置
CN110514806B (zh) 一种相似模拟试验装置及方法
CN106680330B (zh) 一种用电阻率进行膨胀土膨胀性能现场评价的方法
CN109060532B (zh) 一种岩溶地区超长桩屈曲稳定性室内模型实验装置及方法
CN100523431C (zh) 模拟油水两相电缆地层测试的方法
CN105738225B (zh) 深孔岩/土体原位测试方法及测试机器人
CN206411107U (zh) 一种室内模拟应力解除法测定地应力的试验装置
CN108204886A (zh) 抗震支吊架抗震性能的现场检测方法
CN112857939B (zh) 一种走滑断裂物理模拟装置
CN204903300U (zh) 一种土体原位钻孔剪切测试装置
CN106525596B (zh) 不同应力路径下侧向基床反力系数室内测试装置
CN205062789U (zh) 便携式t型触探仪
CN106501086A (zh) 一种岩石可压性测试***及测试方法
CN108756795A (zh) 用于研究煤矿巷道的逆断层地应力的实验方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination