CN103913380B - 一种土工拉压强度试验一体机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土工拉压强度试验一体机，它包含控制台，该控制台的一侧设有相应的驱动轮和控制装置，所述控制台上端面的两侧镜像安装有固定杆，该固定杆的上端之间设有定位杆，所述的定位杆与固定杆之间通过螺栓旋接固定，所述定位杆的中部设有锁定螺母，所述锁定螺母的螺孔内设有与其旋接配合的丝杆，该丝杆的下端穿过定位杆与S型拉压应力感应器相连，所述S型拉压应力感应器的底部安装有上万能顶座，所述控制台的上端面设有位移测量台。本发明可研究速率对土体抗拉、抗压强度的影响；在直接拉伸试验中，可精确测定土体的变形量，同时利用重力传感器可测量试验过程中重力的变化；对试验中变化迅速肉眼无法观察的数据进行采集。

Description

一种土工拉压强度试验一体机

技术领域

本发明涉及土工试验机械加工制造领域，具体涉及一种土工拉压强度试验一体机。

背景技术

近几年来随着我国经济的快速发展，公路、机场、高土石坝修建的蓬勃兴起，人们对这些建筑物或构筑物的抗拉和抗裂能力提出了较高的要求，这样对土的抗拉特性深入的研究已成为解决工程实际问题的一个热点。

1、单轴拉伸试验

单轴拉伸试验是测定土体抗拉强度最直接的试验方法，通常是采用特殊的夹具或胶结材料固定住试样的两端后直接对试样施加轴向拉力，在无侧限拉力条件下测试土样的抗拉强度。有别于传统的材料(例如岩石、混凝土、金属类材料)抗拉强度实验，由于土体的抗拉强度值较低，对实验仪器的精度和稳定性要求更高。目前，单轴拉伸试验发展尚未成熟，没有标准的实验仪器和实验规范，按试样的放置方式可分为立式和卧式拉伸法；按试样形状又有等截面矩形、等截面圆形、“8”字形模试样等；按端部固定方法又分为机械夹具、化学试剂粘结、冻结端部法以及打孔固定法等。

1951年，Haefel首先采用冻结端头的方法做了饱和粘性土的直接拉伸试验，拉开了研究土体抗拉强度的序幕。但此次设备较为简陋，粗略的应用了拉伸原理。随后众多的学者，如Tchbotarioff和Dephicippe，Hasegawa和Ikeuti，等也开始土体抗拉强度的研究，试验仪器和方法在研究过程中不断得到改善。

根据所得文献，国内最早使用单轴拉伸方法测量土体抗拉强度的是1973年 清华大学水利系工程地质及土力学教研组用化学试剂粘结试件端部的方法，以等截面矩形试件对红粘土进行抗拉特性测定。这是国内首次肯定用粘结试件端部来进行粘性土抗拉试验的可行性，但对于较大抗拉强度的土是否可行还未确定。

1983年，武汉水利电力学院的钮泽明和陆士强利用改装后的三轴拉伸仪对等截面圆柱试样进行端部化学试剂粘结的单轴抗拉试验，但采用砝码逐级施加荷载，无法保证破裂荷载即为极限荷载。

1995年，李广信等在原先垂向拉伸仪的基础上研制了一套简单的单向水平拉伸试验装置，荷载同样通过砝码逐级施加，试样为等截面长方体，两端使用化学粘合剂粘合，水平放置于密排滚珠上以消除土体自重和摩擦力对其抗拉强度的影响，此方法除了无法保证破裂荷载即为极限荷载之外，理论上无法消除土体自重以及摩擦力的影响。

2001年，党进谦等在直剪仪的基础上成功研发了应变控制卧式单轴土工拉伸仪，在此基础上研究了黄土的抗拉特性。根据试样形状采用不同夹具，有由两块活动夹板、两块固定夹板和承拉板组成的立方体夹具以及形状为空心圆柱体的夹具。测力系统由弹簧(或应力环)和百分表组成，根据手轮转数和弹賛的变形量，计算试样在拉伸过程的伸长量和轴向拉力。该法操作方便，结果明确，试验可重复性强，但也存在一定不足，如手轮转速受人为因素影响较大，立方体夹具安装不当易出现偏心拉伸，无法消除重力的影响，夹具对两侧土体产生一定程度的破坏等。

2005年，Tamrakar等研制了一种新型的卧式单轴土工拉伸仪，对类似于“8”字形截而，高5cm的试样施加荷载，进行拉伸试验，研究了不同前期固结压力 下无侧限抗压强度与抗拉强度的关系。该仪器发明了新的制样和测试模具，分为左右两个圆盒子，右边的盒子固定于平台上，而左边的盒可自行移动，在其下方、平台之上安装有线性滑动轴，减少摩擦影响。采用该模具直接制样，简单方便，且消除了普通夹具的摩擦力影响以及化学粘剂的不稳定性。这是一个极其可行的方法，然而，由于采用的特殊形状的试样，试验中仪器施加的宏观拉力和破坏处的局部应力的关系有待更严谨的推导，且该形状的试样的制作中受到较大限制，对土的种类要求高。

2006年，张辉和朱俊高设计了一套能进行土体单轴拉伸试验的夹具，安装于万能试验机上，采用应力控制或应变控制来对圆柱形试样进加荷，该仪器能进行连续均匀加载试验，采用电子采集数据，精确省力。但在试验过程中，夹具与试样之间容易产生微小的滑动，因此该夹具较适用于测量抗拉强度而不宜用于研究变形。

2、径向压裂试验

径向压裂试验又称巴西劈裂法，最初用于测试混凝土和岩石等脆性材料的抗拉强度，后来被用于测试土样的抗拉强度，并可采用不同的试样形状进行试验。

3、轴向压裂试验

轴向压裂试验也称为双冲压试验，试验过程是在圆柱状试样上下两端通过圆柱形刚性冲压短柱衬垫施加相反的轴向荷载，直至试验沿轴向劈裂再根据材料理想塑性的假设，计算其抗拉强度。

4、土体无侧限单轴抗压强度

土无侧限抗压强度简称无侧限强度。是指土在无侧限条件下，抵抗轴向压 力的极限强度。其值等于土破坏时的垂直极限压力，一般用无侧限压力仪来测定。

综上所述现有技术中存在以下缺陷：

(1)、单轴拉伸试验中对土体两端没有合理的固定装置，易产生微小滑动，试验重复率低；

(2)、径向压裂试验、轴向压裂试验中没有规范的模具；

(3)、由于土体为弹塑性模型，重力在直接拉伸试验过程中起一定作用，而现有仪器无法测量直接拉伸试验过程中重力的变化对土体抗拉强度的影响；

(4)、现有装置无法实现土体的单轴拉伸试验，径向压裂试验，轴向压裂试验和土体无侧限单轴抗压强度的试验一体化。

发明内容

本发明目的是提供一种土工拉压强度试验一体机，它能有效地解决背景技术中所存在的问题。

为了解决背景技术中所存在的问题，它包含控制台1，该控制台1的一侧设有相应的驱动轮和控制装置，所述控制台1上端面的两侧镜像安装有固定杆2，该固定杆2的上端之间设有定位杆3，所述的定位杆3与固定杆2之间通过螺栓旋接固定，所述定位杆3的中部设有锁定螺母4，所述锁定螺母4的螺孔内设有与其旋接配合的丝杆5，该丝杆5的下端穿过定位杆3与S型拉压应力感应器6相连，所述S型拉压应力感应器6的底部安装有上万能顶座7，所述控制台1的上端面设有位移测量台8，该位移测量台8的上端面安装有重力传感器9，所述重力传感器9的上端面安装有下万能底座10，所述的S型拉压应力感应器6和重力传感器9的数据输出端通过导线与数显仪11相连。

当进行拉伸试验时，所述的上万能顶座7和下万能底座10上镜像安装有夹具12，所述控制台1一侧的固定杆2上夹持有夹架13，该夹架13的另一端固定有百分表14，所述的夹具12整体为中空的管状结构，其内壁上滚压有防滑螺纹，所述夹具12的底部镜像焊接有安装底座15，所述夹具12的一侧轴向设置有开口，该开口处的两侧分别焊接有固定螺母16，两个固定螺母16之间通过螺栓17旋接连接。

当进行径向压裂试验时，所述的上万能顶座7和下万能底座10上镜像安装有压裂模具18，所述的压裂模具18整体为圆盘状结构，其与试件接触的一侧径向开设有槽19，该槽19内放置有径向压裂试验劈裂条23，该径向压裂试验劈裂条23的外侧面延伸出模具18的端面。

当进行轴向压裂试验时，所述的上万能顶座7和下万能底座10上镜像安装有衬垫20，所述的衬垫20为圆柱形结构，其一端向外垂直延伸出与上万能顶座7或下万能底座10相对接的固定脚21。

当进行无侧限单轴抗压试验时，所述的压裂模具18上的槽19内放置有垫条22，该垫条22的外侧面与压裂模具18的端面齐平。

，所述的无侧限单轴抗压模具24整体为圆盘状结构，其与试件接触的一侧径向开设有槽25，该槽25内放置有无侧限单轴抗压试验劈裂条22，该无侧限单轴抗压试验劈裂条22的外侧面与无侧限单轴抗压模具24的端面齐平。

由于采用了以上技术方案，本发明具有以下有益效果：1、可研究速率对土体抗拉、抗压强度的影响；2、在直接拉伸试验中，可精确测定土体的变形量，同时利用重力传感器可测量试验过程中重力的变化；3、对试验中变化迅速肉眼无法观察的数据进行采集；4、在径向压裂试验(巴西劈裂法)、轴向压裂试验 和单轴无侧限抗压试验中两类传感器可对比取均值，同时通过一台仪器不同的方法对土体的抗拉强度进行测定，减少了不同仪器间产生的误差，提高了精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明，下面将结合附图对实施例作简单的介绍。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中实施例2的结构示意图；

图3是实施例2中夹具的结构示意图；

图4是本发明中实施例3的结构示意图；

图5是实施例3中压裂模具的结构示意图；

图6是本发明中实施例4的结构示意图；

图7是实施例4中衬垫的结构示意图；

图8是本发明中实施例5的结构示意图；

图9是本实施例5中压裂模具的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

参看图1，本具体实施方式是采用以下技术方案予以实现，它包含控制台1，该控制台1的一侧设有相应的驱动轮和控制装置，所述控制台1上端面的两侧镜像安装有固定杆2，该固定杆2的上端之间设有定位杆3，所述的定位杆3与固定杆2之间通过螺栓旋接固定，所述定位杆3的中部设有锁定螺母4，所述锁 定螺母4的螺孔内设有与其旋接配合的丝杆5，该丝杆5的下端穿过定位杆3与S型拉压应力感应器6相连，所述S型拉压应力感应器6的底部安装有上万能顶座7，所述控制台1的上端面设有位移测量台8，该位移测量台8的上端面安装有重力传感器9，所述重力传感器9的上端面安装有下万能底座10，所述的S型拉压应力感应器6和重力传感器9的数据输出端通过导线与数显仪11相连。

实施例2

当进行拉伸试验时，参看图2-3，将实施例1中的上万能顶座7和下万能底座10上镜像安装有夹具12，所述控制台1一侧的固定杆2上夹持有夹架13，该夹架13的另一端固定有百分表14，所述的夹具12整体为中空的管状结构，其内壁上滚压有防滑螺纹，所述夹具12的底部镜像焊接有安装底座15，所述夹具12的一侧轴向设置有开口，该开口处的两侧分别焊接有固定螺母16，两个固定螺母16之间通过螺栓17旋接连接。

(1)、制样。

将土样制成圆柱状，其尺寸为直径61.8mm，高度125mm；

(2)、土样安装。

a)、通过锁定螺母4调整丝杆5，使上万能顶座7和下万能底座10的垂直距离达到约15cm，满足试验高度要求，并使上万能顶座7和下万能底座10的中心点位于同一直线上；

b)、利用上下夹具12将土样夹紧，后用内六角螺丝将下端的夹具12安装于下万能底座10，转动驱动轮使试下万能底座10上升，令上端的夹具12刚刚触碰到上万能顶座7时停止，并用内六角螺丝固定上端的夹具12；

c)、将百分表14转动至位移测量台8并调整至合适量程；

(3)、测量、采集数据

将两个数显仪清零，扳动下降按钮使上万能顶座7匀速下降，也可按试验要求转动驱动轮调整下降速度，每隔30s记录一次数据(两个数显仪和百分表)，直至土样拉裂破坏。

实施例3

当进行径向压裂试验时，参看图4-5，所述的上万能顶座7和下万能底座10上镜像安装有压裂模具18，所述的压裂模具18整体为圆盘状结构，其与试件接触的一侧径向开设有槽19，该槽19内放置有径向压裂试验劈裂条23，该径向压裂试验劈裂条23的外侧面延伸出模具18的端面。

(1)、制样。

将土样制成圆柱状，尺寸为直径61.8mm，高度125mm或直径39.1mm，高度80mm，也可按照试验要求将土样制成立方体；

(2)、土样安装。

a)、通过锁定螺母4调整行程轨道，使上万能顶座7和下万能底座10的垂直距离满足试验高度要求，并使上万能顶座7和下万能底座10的中心点位于同一直线上；

b)、将压裂模具18分别固定于上万能顶座7和下万能底座10上，按试验要求凹槽内安装不同规格的径向压裂试验劈裂条23，并使上下径向压裂试验劈裂条23位于同一平面；

c)、将土样水平放于上下径向压裂试验劈裂条23之间，同时土样中心轴与 上下径向压裂试验劈裂条23位于同一平面，转动驱动轮使下万能底座10上移，至土样与上方的径向压裂试验劈裂条23恰好接触为止；

(3)、测量、采集数据

将两个数显仪清零，扳动上升按钮使下万能底座10匀速上升，也可按试验要求转动驱动轮调整上升速度，直至土样拉裂破坏，记录土样破坏时两个数显仪的读数。

实施例4

当进行轴向压裂试验时，参看图6-7，所述的上万能顶座7和下万能底座10上镜像安装有衬垫20，所述的衬垫20为圆柱形结构，其一端向外垂直延伸出与上万能顶座7或下万能底座10相对接的固定脚21。

(1)、制样。

将土样制成圆柱状，尺寸为直径61.8mm，高度125mm或直径39.1mm，高度80mm；

(2)、土样安装。

a)、通过锁定螺母4调整行程轨道，使上万能顶座7和下万能底座10的垂直距离满足试验高度要求，并使上万能顶座7和下万能底座10的中心点位于同一直线上；

b)、按试验要求安装不同种类的衬垫20，并使上下衬垫20的中心点位于同一直线上；

c)、将土样垂直放于上端的衬垫20和下端的衬垫20之间，土样中心轴与上端的衬垫20和下端的衬垫20的中心点位于同一直线上，转动驱动轮使下万能 底座10上移，至土样与上衬垫20恰好接触为止；

(3)、测量、采集数据

将两个数显仪清零，扳动上升按钮使底座匀速上升，也可按试验要求转动驱动轮调整上升速度，直至土样压裂破坏，记录土样破坏时两个数显仪的读数。

实施例5

当进行无侧限单轴抗压试验时，参看图8-9，所述的压裂模具18上的槽19内放置有垫条22，该垫条22的外侧面与压裂模具18的端面齐平。

(1)、制样。

将土样制成圆柱状，尺寸为直径61.8mm，高度125mm或直径39.1mm，高度80mm；

(2)、土样安装。

a)、通过锁定螺母4调整行程轨道，使上万能顶座7和下万能底座10的垂直距离满足试验高度要求，并使上万能顶座7和下万能底座10的中心点位于同一直线上；

b)、将压裂模具18分别固定于上万能顶座7和下万能底座10上，并在槽19内放置垫条22，使压裂模具18表面平整；

c)、将土样垂直放于上下压裂模具18之间，使土样中心轴与压裂模具18中心点位于同一直线，转动驱动轮使下万能底座10上移，至土样与上方的压裂模具18恰好接触为止；

d)、将百分表转动至位移测量台并调整至合适量程；

(3)、测量、采集数据

将两个数显仪清零，扳动上升按钮使底座匀速上升，也可按试验要求转动驱动轮调整上升速度，每隔30s记录一次数据(两个数显仪和百分表)，直至土样压裂破坏。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种土工拉压强度试验一体机，它包含控制台(1)，该控制台(1)的一侧设有相应的驱动轮和控制装置，其特征在于所述控制台(1)上端面的两侧镜像安装有固定杆(2)，该固定杆(2)的上端之间设有定位杆(3)，所述的定位杆(3)与固定杆(2)之间通过螺栓旋接固定，所述定位杆(3)的中部设有锁定螺母(4)，所述锁定螺母(4)的螺孔内设有与其旋接配合的丝杆(5)，该丝杆(5)的下端穿过定位杆(3)与S型拉压应力感应器(6)相连，所述S型拉压应力感应器(6)的底部安装有上万能顶座(7)，所述控制台(1)的上端面设有位移测量台(8)，该位移测量台(8)的上端面安装有重力传感器(9)，所述重力传感器(9)的上端面安装有下万能底座(10)，所述的S型拉压应力感应器(6)和重力传感器(9)的数据输出端通过导线与数显仪(11)相连，所述的上万能顶座(7)和下万能底座(10)上镜像安装有压裂模具(18)，所述的压裂模具(18)整体为圆盘状结构，其与试件接触的一侧径向开设有槽(19)，该槽(19)内放置有径向压裂试验劈裂条(23)，该径向压裂试验劈裂条(23)的外侧面延伸出模具(18)的端面，所述的压裂模具(18)上的槽(19)内放置有垫条(22)，该垫条(22)的外侧面与压裂模具(18)的端面齐平。

2.根据权利要求1所述的一种土工拉压强度试验一体机，其特征在于所述的上万能顶座(7)和下万能底座(10)上镜像安装有衬垫(20)，所述的衬垫(20)为圆柱形结构，其一端向外垂直延伸出与上万能顶座(7)或下万能底座(10)相对接的固定脚(21)。