CN103698209A - 土体直拉强度测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种土体直拉强度测试方法。本发明对土体抗拉强度测试试验中的直接拉伸试验装置进行了改进，设计了一种专用的拉伸模具，能够准确测定土体抗拉强度。实验模具如附图所示，通过设计特殊模具来控制土样，将土样制成“中间窄两边宽”的规格，这样能够使试样在中间发生断裂，避免了以往由于固定端头时在试样两端发生的破坏的情况。本发明利用特殊的模具设置，很好的避免了已有的土体直拉强度测试装置的缺陷，能较为简便准确的测量土体的直拉强度。

Description

土体直拉强度测试仪

技术领域：

本发明涉及一种土体抗拉强度测试方法，特别是一种采用直接拉伸试验测试土体抗拉强度的方法，属于土体抗拉强度测试的创新技术。

背景技术：

国内外现有测试土体抗拉强度的试验方法主要有单轴拉伸试验、三轴拉伸试验、巴西劈裂试验、轴向压裂试验、土梁弯曲试验和空心圆柱试验。其中最直接、最有效的测试方法为单轴拉伸试验方法。

由于土体抗拉强度很小，并且进行拉伸试验时对试样规格要求较高，因此，不可能像金属材料或其他坚硬材料，直接通过相应的拉伸试验仪进行抗拉强度的测定，目前，对于土体单轴抗拉强度试验的研究，大多数研究者都是通过自行设计拉伸仪器或对其他仪器改装进行的，设计的单轴抗拉强度试验仪分为卧式和直立两种方式，目前，采用较多的是卧式单轴拉伸试验仪，因为采用卧式拉伸能够避免土体在竖向拉伸时，由于土的自重导致土体在进行试验之前被拉断的情况发生。

总结以往土体单轴抗拉强度的试验方法，试验能否成功或能否取得好的效果，主要看如何将拉力施加在土样上。目前，采用最多的方法是将土样两端固定在施加拉力的仪器上，对土样两端的固定有三种方式，机械夹具法、粘结剂固定法和冻结端头法。机械夹具法是根据试样的规格制作相应的夹具，使试样两端固定在施力仪器上，该方法在固定试样时操作较为复杂。胶结法是用环氧树脂等胶结材料将试样两端固定在施力仪器上，由于土样可能不平整，会使胶结效果不佳，并且使用后不易清除。冻结端头法是采用冻结的方法对试样两端固定，由于所需制冷设备较为复杂，在实际当中应用不多。对于将试样两端固定在施加拉力的设备上，无论采取何种方法，都有可能在施加拉力过程中沿着夹具或胶结部位发生破坏。

发明内容：

为了避免土样在施加拉力过程中沿着夹具或胶结部位发生破坏的现象发生，本发明设计了一种专用的模具，根据土工试验规程的规定，在进行土工试验时，制作试样的最短边长度不应小于土料最大粒径(直径)的5倍，本发明中直接拉伸试样受拉部位尺寸可根据实际情况定位为c×d(cm²)，两端固定段尺寸为b×c(cm²)。试样模具如图2所示，根据模具的特殊设计，将土样制成“中间窄两边宽”的规格(见图3)，这样能够使试样在中间发生断裂，避免了以往由于固定端头时在试样两端发生的破坏。并且该模具使土样在模具内完成制作，直接进行拉伸试验，这样就消除了以往人们先制好试样，再将试样取出进行拉伸试验带来的应力释放。同时在模具的下方有底板支撑，减少了以往卧式拉伸试验时，在土样中部由于土体自重的影响导致试样的压断。

整个拉伸试验仪器主要由支架、滑轮、砝码、挂钩、加荷盘、百分表、玻璃板和滑柱等组成，可分为三个主要组成部分：固定装置、模具及加荷装置，实验装置(见图1)各部分功能说明如下：

1.固定支架：对整个抗拉仪器起固定作用

2.挂钩：用于链接模具与固定支架及加载盘

3.模具：制作土样，并对土样进行控制约束

4.滚柱：减少土样在受拉过程中的摩擦

5.玻璃板：降低粗造度，减少摩擦

6.百分表：调零整个装置，确保仪器放置水平

7.滑轮：改变加荷方向，使重力转化为拉力

8.砝码：加荷

9.加荷盘：加荷

通过对土体试样进行拉伸，能够测出拉伸过程中土样所受的拉力，通过计算可以求出土样拉伸破坏时的应力即抗拉强度。基本计算公式为(1)：

${\mathrm{\σ}}_t=\frac{T}{A_0}\×10---\left(1\right)$

式中：为轴向拉应力(kPa)，A₀为试样破坏时的面积(cm²)，T为轴向拉力(N)。

附图说明：

图1  实验装置

图2  实验模具立体图

图3  试验模具俯视图

具体实施方式：

(1)将装有试样的模具放在光滑玻璃板上，为了减小试样与玻璃板间的摩擦，在玻璃板顶部放置滚柱，并保证试样的轴线处于拉伸的正中心线上，一端通过挂钩固定在支架上，另一端通过挂钩与穿过滑轮的细线连接在加荷盘上，安装百分表并调零。通过试验发现，整个拉伸过程中细绳与滑轮之间，模具与滚柱之间产生的摩擦效应很小，可以不计拉伸过程中摩擦力的影响。

(2)拉伸试验是通过添加砝码来实现对试样的拉伸，确定添加砝码的大小至关重要，根据现有的试验条件，添加砝码的等级(可根据不同土样制定不同的砝码等级)分别为0.1kg、0.282kg、0.321kg、0.347kg和0.412kg。采取分级加载方式，先添加大的砝码，并逐渐减少，每添加一级砝码，等试样稳定2-3分钟后，再进行下一级加载。

(3)逐级添加砝码进行拉伸试验，试验过程中，测定每次加载的荷载重，观察试样在拉伸过程中的变化，直至试样断裂，停止试验。由于土样断裂是突然发生的，当添加最后一个砝码，土体立刻断裂。

(4)为了能更准确测出破坏时的最大荷载，将最后一级荷载(假设为nkg)算成一半，再将先前荷载(假设为mkg)累加，求出最大拉力值，在该拉力下计算出的轴向应力即为土样的抗拉强度。

(5)试验结束后，记录相关数据，拆除挂钩装置和荷载盘，取下试样，清理模具。

(6)进行土样抗拉强度及其变动范围的计算。根据公式

可以计算出土样的抗拉强度为：

${\mathrm{\σ}}_t=\frac{(m+n/2)g}{A_0}\×10---\left(2\right)$

土样的破坏是突然发生的，其抗拉强度的可能变动范围为：

$[\frac{\mathrm{mg}}{A_0}\×10,\frac{(m+n)g}{A_0}\×10]---\left(3\right)$

(7)综合考虑公式(2)计算得出的抗拉强度σ_t和公式(3)得出的土样抗拉强度可能的变动范围，讨论强度值σ_t的可信程度。

Claims (6)

1.一种采用直接拉伸测试土体抗拉强度的方法，其特征是为了避免样在施加拉力过程中沿着夹具或胶结部位发生破坏的现象发生，设计了一种专用的模具，通过该模具的控制，土样被制成“中间窄两边宽”的规格，来实现土样在实验中只沿中间位置发生破裂，受力面积十分明确，可由相关公式计算土样抗拉强度。

2.根据权利1所要求的直接拉伸测试土体抗拉强度的方法，其特征在于土样在模具内完成制作，直接进行拉伸试验，这样就消除了以往人们先制好试样，再将试样取出进行拉伸试验带来的应力释放。

3.根据权利1的要求，其特征在于模具的下方有玻璃底板板支撑，减少了以往卧式拉伸试验时，在土样中部由于土体自重的影响导致试样的压断。

4.根据权利3的要求，其特征在于玻璃板与模具中土样之间设有滚柱，减少了拉伸过程中土样与玻璃底板的摩擦。

5.根据权利1的要求，其特征在于考虑到土样受拉突然破裂的性质，在计算抗拉强度时把最后一次加荷折半，使结果更符合实际情况。

6.根据权利5的要求，其特征在于给出了土样抗拉强度的可能变化范围，再结合按公式

计算得出的强度值，考虑结果的可信程度。

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