[发明专利]多功能全尺寸轮胎侧面-岩土体接触面剪切特性测试方法

说明书

本发明为多功能全尺寸轮胎侧面‑岩土体接触面剪切特性测试方法，采用同一种测试装置进行全尺寸轮胎侧面‑岩土体接触面环剪试验和全尺寸轮胎侧面‑岩土体接触面水平方向各向异性直剪试验，所述测试装置包括用于实现竖直方向荷载加载的竖直加载机构、用于实现扭矩荷载施加的扭矩荷载施加机构、X方向水平荷载加载机构、Y方向水平荷载加载机构、齿轮扭杆、试验系统。不仅可进行全尺寸轮胎侧面‑岩土体接触面环剪试验还可以开展全尺寸轮胎侧面‑岩土体接触面水平方向各向异性直剪试验，克服了传统土工界面剪切试验装置功能单一的缺陷，突破了对轮胎侧面与不同岩土材料的接触面进行全尺寸界面力学特性测试试验的技术瓶颈。

技术领域

本发明涉及岩土工程和地质工程试验技术领域，特别涉及一种多功能全尺寸轮胎侧面-岩土体接触面剪切特性测试装置和方法。

背景技术

大量废轮胎堆积不仅占用土地，还会污染自然环境，如何科学、经济、高效地对废旧轮胎进行回收利用是亟待解决的重大现实问题。同时考虑到废旧轮胎具有良好的耐久性、环向抗拉性和胎面摩阻性等特点，废旧轮胎已被应用于加固岩土边坡、挡土墙、建筑基础地基等加筋土工程中。筋-土界面剪切力学行为是揭示加筋土工程的核心机理之一。

通常地，为最大限度发挥废旧轮胎对岩土的加固效益，废旧轮胎加筋土是将全尺寸轮胎整体埋入地下土层中。废旧轮胎-土的相互作用界面既有水平界面(轮胎侧面，安装轮毂所在方向的上下面)，也有竖直界面(轮胎胎面，使用时与地面接触的面)，其中当轮胎埋在土里时两个水平界面占废旧轮胎-土界面的绝大部分面积针对轮胎侧面的剪切实验研究具有重要意义。对于加筋土地基，尤其是废旧轮胎加筋土建筑地基，在多向风荷载作用下，建筑物地基与地基土是一种环状剪切，环剪过程中会引起土体与结构物接触面土体颗粒的空间排列发生改变，土体产生压缩并且影响上部结构的稳定性。然而，当前有关全尺寸废旧轮胎侧面-岩土体环剪试验仪器非常少，此外，现行的加筋土相关技术规范(如《公路土工合成材料应用技术规范(JTG/T D32-2012)》、《公路路基设计规范(JTG D30-2015)》和《铁路路基设计规范(TB 10001-2016)》等)尚无全尺寸废旧轮胎环剪力学特性测试的相关条文规定。

当前有关废旧轮胎剪切力学特性测试仪器的专利及文献大都是采用切割后的轮胎条。如申请号为201811093535.2的专利《用于轮胎条拉拔试验的试验装置及方法》，以及文献《大尺寸轮胎条-黄土混合物剪切特性试验研究[J].长江科学院院报,2019,36(09):125-130》同样也是只能采用的轮胎条/带进行水平单向直剪力学特性测试。事实上，废旧轮胎是一个整体，单纯的对轮胎条或者轮胎条组合进行直剪试验势必无法反映整个废旧轮胎轮胎侧面与土体的力学特性，更加无法反映接触面剪切力学各向异性特征。

进一步地，考虑到岩土本身所存在的非均质性和各向异性特征，以及轮胎侧面的非规则性质，采用单一方向的直剪试验来研究全尺寸轮胎侧面-岩土体接触面水平方向剪切特性势必无法全面反映接触面剪切力学各向异性特征。

因此，如何设计一种试验装置既能进行全尺寸轮胎侧面-岩土体接触面环剪试验和全尺寸轮胎侧面-岩土体接触面水平方向各向异性直剪试验，最大限度的提高设备利用率，节约成本，同时还能消除由于采用胎条/带组合形式使用传统试验仪器测试轮胎面力学性能所存在的尺寸效应影响显得尤为迫切。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是：提供一种多功能全尺寸轮胎侧面-岩土体接触面剪切特性测试方法，该方法不仅可进行全尺寸轮胎侧面-岩土体接触面环剪试验还可以开展全尺寸轮胎侧面-岩土体接触面水平方向各向异性直剪试验，克服了传统土工界面剪切试验装置功能单一的缺陷，突破了对轮胎侧面与不同岩土材料的接触面进行全尺寸界面力学特性测试试验的技术瓶颈。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：