[發明專利]土工膜內壓薄壁圓筒試樣雙向拉伸試驗裝置及試驗方法

有效

• 申請號: 201210117437.4
• 申請日: 2012-04-19
• 公開（公告）號: CN102661897A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 姜曉楨;束一鳴;吳海民;曹明杰
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及材料的力學性能測量技術領域，具體涉及一種通過內壓薄壁圓筒試驗來實現大變形柔性土工膜在雙向拉伸應力狀態下的力學性能測試的試驗方法及裝置。

背景技術

土工膜是一種柔性的、不透水的膜狀高分子防滲材料，被廣泛應用于水利工程中。土工膜相比其他防滲材料的最大的特點是適應變形能力強，其延伸率在單向拉伸應力條件下，一般在100％以上，最大可達1000％，但目前最新的工程實踐和研究表明，土工膜延伸率在雙向拉伸應力條件下，其延伸率較小，往往遠未達到同種材料在單向拉伸應力條件下的延伸率就發生破壞，所以對土工膜在雙向應力條件下的變形和力學特性做深入研究十分必要。

目前最常見的雙向拉伸應力條件下材料的力學性能試驗是平面十字形試樣雙向拉伸試驗，其試驗的原理是通過在相互垂直的兩個方向對十字形試樣加載，并通過觀測兩個方向的變形，來測試材料的力學性能。這種試驗最大的優點是原理簡單、直觀，而且可實現任意比例的加載，但其缺點也很明顯，最大的缺點在于試樣因被夾具所約束而難以獲得理論上的均一應力場。

另一種實現雙向拉伸應力狀態的試驗是內壓薄壁圓筒試驗，這種試驗主要應用于金屬等小變形材料的力學性能測試中，其基本原理是通過在薄壁圓筒試樣內部施加液壓或氣壓等內部壓力，同時在圓筒軸向施加拉力，使得薄壁圓筒試樣在軸向和環向兩個方向產生應力，試驗時通過調整內壓與軸向拉力的大小，直至試樣破壞，以此來得出材料的強度、本構等力學參數和性能。針對這種內壓薄壁圓筒試驗的裝置和試驗方法需要特別說明的有以下三點：其一，這種試驗裝置的應變測量是通過在試樣中部表面貼應變片的方式來實現的，對于金屬等小變形剛性材料來說，由于這類材料的變形小，滿足應變片的量程和使用條件，所以對于小變形材料來說是可行的，但是土工膜的變形性能遠遠大于應變片的量測范圍，且試樣發生大變形后，試樣表面曲率過大也無法滿足應變片的使用條件，所以該試驗裝置的應變測量方法對土工膜這種柔性大變形材料來說是不可行的；其二，這種試驗形式雖然很好地解決了應力均勻性的問題但由于其雙向應力的量測和計算方法是建立在試樣小變形的基礎上(應力與內壓、軸向拉力之間的換算公式中涉及試樣尺寸的量均以試驗前試樣的尺寸為準)，所以當試樣的變形較大時(試樣由圓筒型膨脹為腰鼓型)，由于不符合小變形的假定，其雙向應力的量測和計算方法不可避免地產生較大的偏差，所以當采用土工膜這種柔性大變形材料作為試驗材料時，試樣的大變形影響必須予以考慮，即需要確定試樣大變形后的形狀和尺寸；其三，原有試驗裝置的夾具在設計上針對的是剛性材料，夾具端部沒有設置相應的齒槽來增加夾持的效果，這種夾具在夾持土工膜時，不能提供夾持足夠的夾持力，試驗時試樣往往松動甚至脫離夾具，所以試驗裝置的夾具設計也需要進一步修改。基于以上三點，必須重新設計內壓薄壁圓筒試驗的試驗裝置與試驗方法，用于大變形柔性土工膜雙向拉伸性能的研究。

故，需要一種新的土工膜雙向拉伸試驗裝置及其試驗方法以解決上述問題。

發明內容

發明目的：本發明的目的是針對土工膜雙向應力條件下力學性能試驗方法的欠缺以及原有試驗裝置在夾持試樣時不能提供夾持足夠的夾持力的缺陷，提出了一種考慮柔性土工膜試樣大變形因素的土工膜內壓薄壁圓筒試驗裝置及試驗方法。

技術方案：為實現上述發明目的，本發明的土工膜內壓薄壁圓筒試驗裝置可采用如下技術方案：

一種土工膜內壓薄壁圓筒試樣雙向拉伸試驗裝置，包括以下裝置：萬能拉力機、第一圓盤型密封夾具、第二圓盤型密封夾具、圖像拍攝系統、氣壓加載系統、第一連接裝置、第二連接裝置，所述第一圓盤型密封夾具通過第一連接裝置與所述萬能拉力機的活動端連接，所述第二圓盤型密封夾具通過第二連接裝置與所述萬能拉力機的固定端連接，所述第二圓盤型密封夾具上設置有進氣孔和出氣孔，所述進氣孔設置有進氣孔閥門，所述出氣孔設置有出氣孔閥門，所述氣壓加載系統連接所述第二圓盤型密封夾具的進氣孔，所述第一圓盤型密封夾具的端部和所述第二圓盤型密封夾具的端部均設置有圓形密封箍槽并有與所述圓形密封箍槽相配合的密封箍圈。

有益效果：與現有技術相比，本發明的土工膜內壓薄壁圓筒試樣雙向拉伸試驗裝置克服了傳統內壓薄壁圓筒試驗裝置在夾持土工膜時，不能提供夾持足夠的夾持力的缺陷，試驗時試樣往往松動甚至脫離夾具的不足，通過密封箍圈將試樣箍嵌入帶有密封橡膠墊片的圓形密封箍槽內，保證試樣在拉伸時不松動。本發明的試驗裝置結構簡單可靠，易于實現，與其他復雜設備相比具有很大優勢。

優選的，所述氣壓加載系統為空壓機氣泵。