CN102494994A

CN102494994A - 用于测量土粘着力的仪器

Info

Publication number: CN102494994A
Application number: CN2011103564727A
Authority: CN
Inventors: 张泽; 马巍; 张中琼; 何瑞霞; 郑剑锋; 孙志忠
Original assignee: Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute of CAS
Current assignee: Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute of CAS
Priority date: 2011-11-11
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2012-06-13

Abstract

本发明涉及一种用于测量土粘着力的仪器，其结构特征是钢架顶部与液压与测力系统连接，液压与测力系统下端通过伸缩杆与不同材料可更换式测试头连接，调压系统与液压与测力系统通过钢架中的铜质管路相连接，可装卸式样品盒固定在调压系统外壳上方，外壳的一侧有油压阀和手轮，调压系统固定在底板上。本发明通过液压与测力系统由伸缩杆带动不同材料可更换式测试头传递不同方向的拉力和压力，可以测不同的材料与不同类型及状态土之间的粘着力。为民用及军事运输工具的减少能耗、提高工程建筑质量提供试验数据和技术指导。

Description

用于测量土粘着力的仪器

技术领域

本发明涉及一种用于测量土粘着力的仪器。

背景技术

土的粘着性(胶粘性)是土的固体组成部分通过结合水膜与过渡类型水与外部物体之间的相互作用。结合水膜与过渡类型水，一方面和土颗粒作用，另一方面与外部物体接触，于是就产生了一个应力，它们之间的作用力是复合型的，并且这个作用比较接近于粘结力(附着力)，这个力被称作粘着力。由于这个力的存在，使得大型的交通或者运输工具在野外裸露土地地面上作业时将耗费多余的动力，从而影响其工作效率，并消耗多余的动力资源。尤其是在军事方面，大型的战斗和运输机械在土地面行进过程中，车轮与地面之间的粘着力影响运输机械行进速度，消耗多余的能源。因此，需要对土的粘着性进行研究。近年，在国家倡导节能减排、保护资源环境的框架下，研究普通民用以及军事交通运输工具及车辆(不同材料-钢材或橡胶)与土地面之间的粘着力是科技人员、工程技术人员亟待解决的技术问题。

另外，大气降水和地下水位的变化会使地基中土的含水量产生变化，与此同时建筑物底板(或桩基混凝土桩壁)与土之间的粘着力也会发生变化。因此需要对混凝土(外部物体)与地基土之间产生的粘着力进行研究，使工程建筑物稳定可靠，保护国家和人民财产免受损失。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的旨在提供一种用于测量土粘着力的仪器。通过压力传递系统，采取不同的压力梯度使不同材料的测试头与土样品充分接触。然后拉动测试头，在测试头与土样品脱离瞬间，记录拉力值。此拉力值为不同材料与土样品之间的粘着力。

本发明的目的是这样实现的：

一种用于测量土粘着力的仪器，是由钢架、液压与测力系统、伸缩杆、不同材料可更换式测试头、可装卸式样品盒、油压阀、手轮、调压系统、底板构成。钢架顶部和液压与测力系统连接，液压与测力系统下端通过伸缩杆与不同材料可更换式测试头连接，调压系统和液压与测力系统通过钢架中的铜质管路相连接，可装卸式样品盒底部凹陷槽推进调压系统外壳上部的凸台中，可装卸式样品盒固定在调压系统外壳上方，外壳的一侧有油压阀和手轮，调压系统固定在底板上。

本发明的优点和有益效果是：

1.不同材料可更换式测试头为金属(钢质、铁质、铝质)、橡胶、混凝土等不同材料制成。测试头可以更换，可满足对不同材料与土之间粘着力的测试需要。

2.本发明能够很好的模拟交通工具以及工程建设中不同材料与土体接触所产生的粘着效应，并能准确的测量出不同材料与土之间粘着力，解决了土与不同介质材料的粘着力测试问题，为民用及军事运输工具的减少能耗、提高工程建筑质量提供试验数据和技术指导。

3、该发明具有操作简单，测量周期短，节省能源等优点。

附图说明

图1是本发明的示意图。

图2是粘着力测试结果示意图

具体实施方式

本发明液压与测力系统2中压力表的取值范围±5MPa，精确度为0.01MPa。

下面，结合附图1，对本发明的技术方案再作进一步的说明：

如图1所示，一种用于测量土粘着力的仪器，是由钢架1、液压与测力系统2、伸缩杆3、不同材料可更换式测试头4、可装卸式样品盒5、油压阀6、手轮7、调压系统8和底板9构成。钢架1顶部和液压与测力系统2连接，液压与测力系统2下端通过伸缩杆3与不同材料可更换式测试头4连接，调压系统8和液压与测力系统2通过钢架1中的铜质管路相连接。不同材料可更换式测试头4为金属(钢质、铁质、铝质)、橡胶、混凝土等不同材料制成。液压与测力系统2里面包括液压系统与测力系统，液压系统由液压缸和活塞组成，测力系统包含压力传感器和压力表。可装卸式样品盒5为不锈钢材料，将可装卸式样品盒5底部凹陷槽推进调压系统8外壳上部的凸台中，使可装卸式样品盒5固定在调压系统8外壳上方，外壳的一侧有油压阀6和手轮7，调压系统8固定在底板9上。手轮7顺时或逆时针转动时带动液压与测力系统2，从而伸缩杆3带动不同材料可更换式测试头4传递并测量上下不同方向的拉力和压力，且应力的变化可从液压与测力系统2压力表中指示出来。

分别选择重质粘土，轻质粘土，重质、轻质亚粘土，重质粉质土与轻质粉土作为测试粘着力的试验土样。试验不同材料可更换式测试头4采用铁质材料，且与土样品接触面积为10cm²，竖向荷载为1MPa。

下面，就按照以上所叙述实验条件采用铁质测试头向下加压方式和铁质测试头向上提拉方式分述如下：

加压方式：关闭油压阀6，使油路闭合，顺时针转动手轮7，带动调压系统8，油从调压系统通过钢架1中的铜质管路流入液压与测力系统2液压缸内，并带动活塞，从而伸缩杆3带动铁质测试头向下方土样施加压力，加压至需要压力值时，固定好手轮7，等待所需时间后，打开油压阀6，泄压。

提拉方式：关闭油压阀6，使油路闭合，逆时针转动手轮7，带动液压与测力系统2，伸缩杆3带动铁质测试头向上方对土样施加拉力，拉至铁质测试头与土样瞬时脱离时，记录此时液压与测力系统2中压力表的值，打开油压阀6，泄压。粘着力的计算方式如下：

F＝P/S ………………………(1)

(1)式中：F-粘着力；P-提拉力；S-铁质测试头与土样品接触面积。

在竖向荷载为1MPa，铁质测试头，与土样品接触面积为10cm²时，各种土样品最大粘着力值(F_max)如下：

重质粘土-F_max＝0.06MPa(约0.6kg)；

轻质粘土-F_max＝0.02MPa(约0.2kg)；

重质、轻质亚粘土-F_max＝0.01MPa(约0.1kg)；

重质粉质土-F_max＝0.005MPa(约0.05kg)；

轻质粉土-F_max＝0.002MPa(约0.02kg)。

因此，民用及军事运输工具和工程建筑与土接触时，接触面积成级数增大，此时该值也会以级数增长。民用及军事运输工具在运行时，粘着力越大，民用及军事运输工具耗能就越大，起负面效果；相反在工程建筑中，混凝土基础与土壤之间的粘着力越大，工程建筑的稳定性就越高，起正面效果。

如图2所示，粘着力(F)随含水量(W)的变化而变化，当土壤含水量很小时(＜W₀)，土壤处于干燥状态，此时土壤的结合水膜与过渡类型水含量较小，基本没有粘着性，即粘着力基本为零；当土壤含水量很大时(＞W_n)，此时土壤的含水量较大，已没有可塑性，处于流态，基本没有粘着性，即粘着力基本为零。存在一个临界含水量(W_c)，此时粘着力(F)为最大粘着力(F_max)。

综上所述，当土壤含水量W₀＜W＜W_n时土壤具有粘着性，即具有粘着力，当含水量W＝W_c时，此时粘着力(F)为最大粘着力(F_max)。当土壤含水量W₀＜W＜W_c时粘着力随含水量增大而增大；当土壤含水量W_c＜W＜W_n时粘着力随含水量增大而减小。

Claims

1.一种用于测量土粘着力的仪器，是由钢架(1)、液压与测力系统(2)、伸缩杆(3)、不同材料可更换式测试头(4)、可装卸式样品盒(5)、油压阀(6)、手轮(7)、调压系统(8)、底板(9)构成，其特征是钢架(1)顶部与液压与测力系统(2)连接，液压与测力系统(2)下端通过伸缩杆(3)与不同材料可更换式测试头(4)连接，调压系统(8)与液压与测力系统(2)通过钢架(1)中的铜质管路相连接，可装卸式样品盒(5)底部凹陷槽推进调压系统(8)外壳上部的凸台中，可装卸式样品盒(5)固定在调压系统(8)外壳上方，外壳的一侧有油压阀(6)和手轮(7)，调压系统(8)固定在底板(9)上。