[發明專利]一種用于測試土體單軸拉伸特性的試驗裝置及方法

無效

• 申請號: 201410247739.2
• 申請日: 2014-06-06
• 公開（公告）號: CN104062180A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 崔猛;徐奮強;劉鑫;洪寶寧;易進翔
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N1/28
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 張惠忠

技術領域

本發明涉及巖土工程中的一種測試手段，具體涉及一種用于測試土體單軸拉伸特性的試驗方法及裝置。

背景技術

土體強度主要取決于土顆粒間的作用力，土顆粒間的作用力不僅能表現有抗壓、抗剪強度，還能夠表現在抗拉強度方面。但是，在實際的巖土工程設計與建設中，人們往往只考慮土體的抗壓與抗剪強度，而忽略其抗拉強度或者視其為零，主要原因是土體的抗拉強度相對于其抗壓與抗剪強度而言較小。然而，土體的抗拉強度是確實存在的，尤其對于粘性土、黃土、凍土等土體而言，其抗拉強度更是不能忽視的。

目前常用的拉伸試驗包括直接拉伸與間接拉伸兩大類，其中間接拉伸由于本身存在一定的假設條件以及較多的影響因素，限制了其在土體拉伸試驗中的廣泛應用，所以目前對土體拉伸特性的測試方法主要集中在直接拉伸方面。直接拉伸包括單軸拉伸與三軸拉伸，其中單軸拉伸也是水利部規定的用于測試土體抗拉強度的試驗方法。但是常規的單軸拉伸試驗方法在使用過程中也暴露出了一些問題，如加載端的應力松弛、集中與偏心力，外力因素（重力、摩擦力）以及不同拉伸段長度等因素的影響都會在一定程度上影響試驗結果的準確性，所以目前國內并沒有一套統一用于測試土體拉伸特性的試驗方法及裝置。因此，如果能在單軸拉伸試驗裝置的基礎上，研制一套更加準確、簡單、直觀、影響因素少的單軸臥式拉伸試驗裝置，將有助于推動在土體拉伸特性方面更深層次的研究。

發明內容

本發明為了提高在土體拉伸特性方面的研究水平，提出一種能夠較準確測試土體單軸拉伸特性的試驗方法及裝置。

本發明通過以下技術方案實現：

一種用于測試土體單軸拉伸特性的試驗裝置，包括以下組成部分：

用于為整個裝置提供動力的動力裝置，所述動力裝置包括步進電機與直流電機，所述步進電機與直流電機并聯連接；

用于調節電機工作情況的控制器；

用于將電機高速轉動力矩轉換為低速水平拉力的傳動轉換裝置；

用于為試樣提供均勻、穩定拉應力的拉伸裝置，所述試樣通過制樣模具制得；

用于采集試驗數據的數據采集裝置；

用于固定數據采集裝置的固定擋板；

其中，所述動力裝置一端與控制器連接，動力裝置另一端同時與傳動轉換裝置和拉伸裝置連接；所述數據采集裝置一端連接于拉伸裝置上，數據采集裝置另一端固定于固定擋板上。

本發明所述步進電機的轉速為10-200r/min，直流電機的轉速為2800r/min。

本發明所述傳動轉換裝置包括絲桿，絲桿一端與動力裝置連接，絲桿另一端與拉伸裝置連接。

本發明所述拉伸裝置包括軸向雙導軌、滑動底板及夾具，夾具固定在滑動底板上，滑動底板固定在軸向雙導軌上。

本發明所述數據采集裝置包括力傳感器、位移傳感器、應變儀及計算機，其中所述力傳感器一端安裝在固定擋板上，另一端安裝在滑動底板上；所述位移傳感器安裝在滑動底板的外側；所述力傳感器、位移傳感器通過應變儀與計算機連接。

本發明所述制樣模具包括四開模與制樣底板，四開模固定在制樣底板上，四開模由左右兩個夾持段模具與設置在左右兩個夾持段模具中間的上下兩個拉伸段模具組成，拉伸段模具與夾持段模具之間可拆卸式連接；其中，左邊的夾持段模具為第一模具，右邊的加持段模具為第二模具，第一模具與第二模具沿四開模寬度方向的中心線對稱設置，并且對稱開設球狀缺口；第一模具固定于制樣底板上，第二模具在制樣底板上的安裝位置，相對第一模具的距離可調；上下兩個拉伸段模具分別為第三模具、第四模具，第三模具、第四模具沿四開模長度方向的中心線對稱設置；第三模具與試樣接觸的面和第四模具與試樣接觸的面與所述制樣底板的邊緣平行；所述第一模具、第二模具上的球狀缺口與所述第三模具、第四模具的下邊緣相連，圍合形成制樣腔。

一種用于測試土體單軸拉伸特性的試驗裝置的拉伸方法，包括以下步驟：

第一步，確定試樣尺寸及制樣：根據試驗方案，通過制樣模具制取不同拉伸段長度的試樣；

第二步，拆模并裝樣：將第一步中的制樣模具開模得到所需試樣，并將試樣固定于拉伸裝置上；

第三步，設定拉伸速率：通過控制器設定步進電機的轉速以達到試驗方案中要求的拉伸速率；

第四步，檢查并標定數據采集裝置；

第五步，通過控制器啟動步進電機，進行試驗；

第六步，采集并分析數據采集裝置所獲取的試驗數據。