[發(fā)明專利]確定拉拔試驗中土工材料非線性力學行為的裝置以及方法

有效

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• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107144466B
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發(fā)明（設計）人: 崔新壯;王藝霖;崔社強
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/24
• 代理公司: 37221 濟南圣達知識產權代理有限公司
• 代理人: 趙敏玲

本發(fā)明公開了一種確定拉拔試驗中土工材料非線性力學行為的裝置及方法，包括一個試驗箱，在所述的試驗箱內盛裝有土體，在所述的土體的頂部設有向下的垂直壓力；在所述的試驗箱的側面設有一個橫向插裝在土體內的土工材料試件，在所述的土工材料試件的端部設有固定裝置；通過固定裝置對土工材料試件在土體內進行拉拔，土體給土工材料試件一定的剪切阻力。

技術領域

本發(fā)明涉及土木工程領域，具體涉及拉拔試驗中土工材料非線性力學行為的確定裝置以及方法。

背景技術

拉拔試驗的原理是摩擦作用，通過施加法向應力，使筋材與土體之間緊密結合，從而利用彼此界面上的靜摩擦力抵抗外力(拉拔力)。在拉拔試驗過程中能夠直接測得數(shù)據(jù)是拉拔設備提供的拉力F和拉伸材料的總體位移u。目前，用于拉拔實驗結果的分析方法不能分析破壞過程中筋土產生的應力、應變和位移，無法給出拉拔破壞前筋材產生的位移和應變的充分信息。所以，本發(fā)明專利提供了一種拉拔試驗中土工材料非線性力學行為的確定方法，能夠分析筋材在土中的位移、應變和受力，能模擬試驗過程，并對測試數(shù)據(jù)加以處理，其分析結果的可靠性也大大提高。

發(fā)明內容

本發(fā)明基于拉拔試驗，給出了一種分析拉拔試驗中土工材料非線性力學行為裝置以及確定方法。

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術中存在的技術問題，本發(fā)明采用的裝置的技術方案如下：

確定拉拔試驗中土工材料非線性力學行為的裝置，包括一個試驗箱，在所述的試驗箱內盛裝有土體，在所述的土體的頂部設有向下的垂直壓力；在所述的試驗箱的側面設有一個橫向插裝在土體內的土工材料試件，在所述的土工材料試件的端部設有固定裝置；通過固定裝置對土工材料試件在土體內進行拉拔，土體給土工材料試件一定的剪切阻力。

進一步的，沿所述的土工材料試件的軸向方向間隔的設有導電膠帶。

采用上述裝置對確定拉拔試驗中土工材料非線性力學行為的方法，包括以下步驟：

步驟1測量土工材料試件所受到的拉力F、位移u和土工材料的橫截面積A，得到軸向拉應力σ；

步驟2根據(jù)土工材料微元體在拉拔試驗中的受力平衡，得到土工材料微元體的平衡微分方程；

步驟3.根據(jù)土工材料的全過程應力—應變曲線，建立軸向拉應力σ與土工材料的應變ε之間的公式；將σ-ε關系用雙折線模型表達；

步驟4.將筋土間摩擦力τ—土工材料試件位移u的關系曲線近似考慮為雙曲線模型；

步驟5.根據(jù)步驟2、步驟3、步驟4中得到的關系，得到土工材料試件位移u關于土工材料試件長度變量x的分布確定τ、σ和ε與x的關系；得到σ、τ、u和ε中任意兩者之間的關系。

具體的過程如下：

進一步的，步驟1測量土工材料試件所受到的拉力F、位移u和土工材料的橫截面積A，得到軸向拉應力σ；

進一步的，步驟2根據(jù)土工材料微元體在拉拔試驗中的受力平衡，得到土工材料微元體的平衡微分方程，即公式(2)：

F+dF-F+2τ(Δx+Δw)dx＝0 (2)

簡化得到公式(3)如下：

dσ·A＝-2τ(1+ε)dx (3)

其中，其中，代表土工材料的應變，Δx表示土工材料微元體變形前的長度，Δw表示該微元體變形后的伸長量；τ代表筋土之間的摩擦力；dx表示土工材料微元體的長度；dF表示微元體受到的微拉力；dσ表示微元體受到的微軸向拉應力。

進一步的，步驟3根據(jù)土工材料的全過程應力—應變曲線，建立軸向拉應力σ與土工材料的應變ε之間的公式；將σ-ε關系用雙折線模型表達；