CN104697855A - 一种纤维拉拔蠕变测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纤维拉拔蠕变测试装置，它包括带孔环刀、加压上盖、加压框架、支架、杠杆、平衡锤、万用夹具、金属丝、定滑轮，所述带孔环刀内填充有分两层压实的土样，所述万用夹具紧贴带孔环刀的侧壁，待测试纤维的一端被置于所述带孔环刀内，并被填充于所述带孔环刀内的分层压实土样压紧固定，另一端穿过万用夹具后与所述金属丝一端连接，所述金属丝另一端穿过所述定滑轮后悬挂连接第一砝码盘，所述加压框架上连接有一竖直圆杆，所述圆杆的下端压在加压上盖上，所述加压框架穿过支架后与杠杆连接。本发明装置能对纤维加筋土中纤维拉拔受力机理的全过程模拟，为纤维加筋土的设计和光纤传感监测数据的分析提供准确、详实的试验数据。

Description

一种纤维拉拔蠕变测试装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及土体加固及光纤监测工程技术领域，具体涉及一种纤维拉拔蠕变测试装置及其测试方法。

背景技术

近年来，纤维加筋（Fiber reinforcement）技术因施工简便、拌合均匀度好、不产生环境污染问题等优点而在各类土体加固工程中得到了越来越广泛的应用。纤维按种类可分为人工合成纤维和自然有机纤维。人工合成纤维具有高强度、耐酸碱性好等特性，在目前的工程实践中较受欢迎。剑麻、椰子、甘蔗渣等自然有机纤维具有廉价、可降解、环保等特性，也在部分工程中有所应用。国内外研究表明，纤维加筋法能有效地提高土的抗剪强度，抑制土中张拉裂缝的形成，提高土体的渗透能力，同时不会像土工格栅、土工布那样在土体中形成潜在的软弱结构面，因此是一种优良的原位土体加固技术。

国内外有关纤维加筋土的研究主要集中在从宏观上分析纤维加筋对土体工程性质的改善程度，单根纤维和土体之间的相互作用机制和协调变形问题没有得到充分的认识，也缺乏适用于分析纤维-土体界面力学性质的试验装置。而纤维加筋土中通常采用的聚丙烯纤维等材料在受力后表现出明显的蠕变现象，这一效应对纤维加筋的长期加固效果必然会产生很大的影响。关于这一问题目前尚未引起科研界和工程界的足够重视，也没有相应的测试设备，给纤维加筋技术的推广应用带来了极大的障碍。

另外一方面，随着光纤监测技术的不断发展，光导纤维越来越多地被用于岩土体变形的监测。在近期的工程实践中，光导纤维多采用直埋的方式布设在岩土体中，对岩土体的变形进行监测。而光导纤维-岩土体界面的力学性质可能具有明显的时间效应，这对于光导纤维和岩土体的变形协调性和光纤长期监测数据的可靠性、准确性会产生很大的影响。目前国内外尚无用于测定光导纤维-岩土体界面力学性质，尤其是界面蠕变性质的专用试验仪器设备。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种能有效测试纤维在土壤中受力后的蠕变现象的装置。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种纤维拉拔蠕变测试装置，它包括带孔环刀、加压上盖、加压框架、支架、杠杆、平衡锤、万用夹具、金属丝、定滑轮，所述带孔环刀内填充有分两层压实的土样，所述万用夹具紧贴带孔环刀的侧壁，待测试纤维的一端被置于所述带孔环刀内，并被填充于所述带孔环刀内的分层压实土样中压紧固定，另一端穿过万用夹具后与所述金属丝一端连接，所述金属丝的另一端穿过所述定滑轮后悬挂连接第一砝码盘，所述加压框架上连接有一竖直圆杆，所述圆杆的下端压在加压上盖上，所述加压框架穿过支架后与杠杆连接，所述杠杆一端悬挂连接第二砝码盘，另一端与固定在支架上的平衡锤连接。

作为上述方案的进一步优化，所述带孔环刀采用金属材料制成，带孔环刀侧壁的一半高度处具有两个对称的可供待测试纤维通过的圆孔，所述圆孔直径略大于所测纤维的直径。

进一步地，所述纤维水平穿过两层压实土样的分层处。

进一步地，所述万用夹具包括上下两块金属板和紧贴金属板中间的两块硅胶，所述上下两块金属板通过螺丝连接。

作为本发明的另一个方面，本发明还提供了上述纤维拉拔蠕变测试装置的测试方法，包括如下步骤：

1）          分层压实土样分两次压实，首先根据土样干密度大小的要求，称一半的土重，倒入固定在液压脱模器上的带孔环刀中，抚平土样的上表面，将环刀护套置于带孔环刀上；

2）          将压样模具压入环刀护套中，通过观察压样模具侧面的毫米刻度线，将土样压实到带孔环刀高度的一半，然后取下环刀护套；

3）          将一待测试纤维从带孔环刀侧壁上对称的贯通圆孔中穿过，水平置于已压实土样的上表面，在纤维两端施加微小拉力拉直纤维，再将环刀护套置于带孔环刀上，将另一半土样倒入带孔环刀中，再次将压样模具压入环刀护套中，通过观察压样模具侧面的毫米刻度线来控制将土样压实到刚好等于带孔环刀的高度；

4）          在测试过程中，按照预先设定的围压在第二砝码盘中添加砝码，将围压均匀地施加在土样上，等待一段时间，直到土样不再发生变形；然后在第一砝码盘中逐级添加砝码，用以在纤维头部施加恒定的拉拔力，直至纤维被拉出，通过计算砝码重量算得拉拔力大小。

作为上述方案的进一步优化，步骤4）还包括如下步骤：

在第一砝码盘中每加一级砝码以增加拉拔荷载时，将该荷载维持一段时间，直至纤维拉拔位移不再增大后再加下一级荷载。

进一步地，还包括如下步骤：

采用激光测微仪实时监测试验过程中纤维的拉拔位移，从而绘制完整的单根纤维在不同拉拔力作用下的拉拔蠕变曲线，以及拉拔力-拉拔位移等时曲线。

本发明的有益效果主要表现为：采用本发明的纤维拉拔蠕变测试装置及其测试方法，可以实现高精度、全自动的拉拔位移测量，最终可获得完整的单根纤维在不同拉拔力作用下的拉拔蠕变曲线，以及拉拔力-拉拔位移等时曲线。在此基础上可以定量分析时间效应对各类纤维拉拔特性的影响，进而进一步认识纤维加筋土的加固机理和光导纤维传感器监测数据的可靠性。本发明装置不仅能够实现对于纤维加筋土中纤维拉拔受力机理的全过程模拟，也能够实现传感光纤和岩土体变形协调规律的完整分析，为纤维加筋土的设计和光纤传感监测数据的分析提供准确、详实的试验数据。

附图说明

图1是本发明一实施例的结构示意图。

图2是采用本发明一实施例的测试方法测得的纤维拉拔位移随时间的变化曲线图。

图3是采用本发明一实施例的测试方法测得的纤维拉拔力—拉拔位移等时曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图和优选实施例对本发明作更为具体的描述。

如图1所示，一种纤维拉拔蠕变测试装置，它包括带孔环刀2、加压上盖3、加压框架4、支架5、杠杆6、平衡锤7、万用夹具8、金属丝9、定滑轮10，所述带孔环刀2内填充有分两层压实的土样，所述万用夹具8紧贴带孔环刀2的侧壁，待测试纤维1的一端被置于所述带孔环刀2内，并被填充于所述带孔环刀2内的分层压实土样压紧固定，另一端穿过万用夹具8后与所述金属丝9的一端连接，所述金属丝9的另一端穿过所述定滑轮10后悬挂连接第一砝码盘11，所述加压框架4上连接有一竖直圆杆13，所述圆杆13的下端压在加压上盖3上，所述加压框架4穿过支架5后与杠杆6连接，所述杠杆6一端悬挂连接第二砝码盘14，另一端与平衡锤7连接。

所述带孔环刀2采用金属材料制成，带孔环刀2其侧壁一半高度处具有两个对称的可供待测试纤维1通过的圆孔，所述圆孔直径略大于待测纤维1的直径。所述纤维1水平穿过两层压实土样的分层处。所述万用夹具8包括上下两块金属板和紧贴金属板的中间的两块硅胶，所述上下两块金属板通过螺丝连接。

本实施例提供的上述纤维拉拔蠕变测试装置使用方法包括步骤如下：

1）          分层压实土样分两次压实，首先根据土样干密度大小的要求，称一半的土重，倒入固定在液压脱模器上的带孔环刀2中，抚平土样的上表面，将环刀护套置于带孔环刀2上；

2）          将压样模具压入环刀护套中，通过观察压样模具侧面的毫米刻度线来控制，将土样压实到带孔环刀2高度的一半，然后取下环刀护套；

3）          将一待测试纤维从带孔环刀2侧壁上对称的贯通圆孔中穿过，水平置于已压实土样的上表面，在纤维1两端施加微小拉力拉直纤维1，再将环刀护套置于带孔环刀2上，将另一半土样倒入带孔环刀2中，再次将压样模具压入环刀护套中，通过观察压样模具侧面的毫米刻度线控制将土样压实到刚好等于带孔环刀2的高度；

4）          在测试过程中，按照预先设定的围压在第二砝码盘14中添加砝码12，将围压均匀地施加在土样上，等待一段时间，直到土样不再发生变形；然后在第一砝码盘11中逐级添加砝码12，用以在纤维1头部施加恒定的拉拔力，直至纤维被拉出，通过计算砝码重量算得拉拔力大小。

步骤4）中在第一砝码盘11中每加一级砝码12以增加拉拔荷载时，将该荷载维持相当长的一段时间，直至纤维1的拉拔位移基本不再增大后再加下一级荷载。

该装置在使用时，采用激光测微仪实时监测试验过程中纤维1拉拔端发生的拉拔位移，从而绘制完整的单根纤维在不同拉拔力作用下的拉拔蠕变曲线，以及拉拔力-拉拔位移等时曲线。

本实施例的纤维拉拔蠕变测试装置在具体使用时，首先制备土样，配置含水量为10%的土样，按照1.8g/cm³的压实干密度来称取一定质量的土样，通过液压脱模器压实到带孔环刀2深度的一半，取下环刀护套；然后将纤维1通过带孔环刀2侧壁上事先钻好的对称圆孔，将其拉直后放在压实土样的上表面，将环刀护套置于带孔环刀2上，再称取同样质量的土样，将其压实至表面与带孔环刀2的刀口上沿齐平。所述带孔环刀2为金属制成，高20mm，内径60~80 mm。然后将土样置于支架5上，放上加压上盖3，令其与加压框架4相吻合。万用夹具8紧贴带孔环刀2壁夹持纤维1。万用夹具8与金属丝9相连。在第二砝码盘14上增加砝码12对土样施加恒定的围压，待土样固结变形完成后在第一砝码盘11中放入一定质量的砝码12，对纤维1头部施加恒定的拉拔力，并采用激光测微仪连续测量纤维1拉拔端发生的拉拔位移。等拉拔位移不随时间发展后，再在第一砝码盘11中增加一定质量的砝码12，并继续测量拉拔位移；如此进行多级加载，待纤维1完全拉出压实土样后试验即停止。通过一组加载实验可以得到不同拉拔力作用下，拉拔位移随时间的变化情况，同时还可以得到拉拔力—拉拔位移等时曲线，如图2和图3所示。

需要说明的是，除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种纤维拉拔蠕变测试装置，其特征在于，它包括带孔环刀、加压上盖、加压框架、支架、杠杆、平衡锤、万用夹具、金属丝、定滑轮，所述带孔环刀内填充有分两层压实的土样，所述万用夹具紧贴带孔环刀的侧壁，待测试纤维的一端被置于所述带孔环刀内，并被填充于所述带孔环刀内的分层压实土样中压紧固定，另一端穿过万用夹具后与所述金属丝一端连接，所述金属丝的另一端穿过所述定滑轮后悬挂连接第一砝码盘，所述加压框架上连接有一竖直圆杆，所述圆杆的下端压在加压上盖上，所述加压框架穿过支架后与杠杆连接，所述杠杆一端悬挂连接第二砝码盘，另一端与固定在支架上的平衡锤连接。

2.根据权利要求1所述的纤维拉拔蠕变测试装置，其特征在于，所述带孔环刀采用金属材料制成，带孔环刀侧壁的一半高度处具有两个对称的可供待测试纤维通过的圆孔，所述圆孔直径略大于所测纤维的直径。

3.根据权利要求1所述的纤维拉拔蠕变测试装置，其特征在于，所述纤维水平穿过两层压实土样的分层处。

4.根据权利要求1所述的纤维拉拔蠕变测试装置，其特征在于，所述万用夹具包括上下两块金属板和紧贴金属板中间的两块硅胶，所述上下两块金属板通过螺丝连接。

5.权利要求1～4任一所述的纤维拉拔蠕变装置的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）分层压实土样分两次压实，首先根据土样干密度大小的要求，称一半的土重，倒入固定在液压脱模器上的带孔环刀中，抚平土样的上表面，将环刀护套置于带孔环刀上；

2）将压样模具压入环刀护套中，通过观察压样模具侧面的毫米刻度线，将土样压实到带孔环刀高度的一半，然后取下环刀护套；

3）将一待测试纤维从带孔环刀侧壁上对称的贯通圆孔中穿过，水平置于已压实土样的上表面，在纤维两端施加微小拉力拉直纤维，再将环刀护套置于带孔环刀上，将另一半土样倒入带孔环刀中，再次将压样模具压入环刀护套中，通过观察压样模具侧面的毫米刻度线来控制将土样压实到刚好等于带孔环刀的高度；

4）在测试过程中，按照预先设定的围压，在第二砝码盘中添加砝码，将围压均匀地施加在土样上，等待一段时间，直到土样不再发生变形；然后在第一砝码盘中逐级添加砝码，用以在纤维头部施加恒定的拉拔力，直至纤维被拉出，通过计算砝码重量算得拉拔力大小。

6.根据权利要求5所述的纤维拉拔蠕变测试装置的测试方法，其特征在于，步骤4）还包括如下步骤：

在第一砝码盘中每加一级砝码以增加拉拔荷载时，将该荷载维持一段时间，直至纤维拉拔位移不再增大后再加下一级荷载。

7.权利要求5或6所述的纤维拉拔蠕变测试装置的测试方法，其特征在于，还包括如下步骤：

采用激光测微仪实时监测试验过程中纤维拉拔端发生的拉拔位移，从而绘制完整的单根纤维在不同拉拔力作用下的拉拔蠕变曲线，以及拉拔力-拉拔位移等时曲线。