CN107167377B - 一种利用直剪仪测定土体抗拉强度的装置及方法 - Google Patents
一种利用直剪仪测定土体抗拉强度的装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107167377B CN107167377B CN201710306346.8A CN201710306346A CN107167377B CN 107167377 B CN107167377 B CN 107167377B CN 201710306346 A CN201710306346 A CN 201710306346A CN 107167377 B CN107167377 B CN 107167377B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- box
- tension
- tension box
- base
- force
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000002689 soil Substances 0.000 title claims abstract description 67
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 4
- 229940099259 vaseline Drugs 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 10
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000005034 decoration Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000013001 point bending Methods 0.000 description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 2
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Abstract
本发明公开了一种利用直剪仪测定土体抗拉强度的装置及方法，包括第一拉力盒、第二拉力盒、U型杆、土样等，第一拉力盒和第二拉力盒放置于设有滚珠的第一底座上；U型杆一端与第二拉力盒固定连接，另一端与固定于第二底座、内部设有测微计的量力环接触。本发明借助传统直剪仪，通过分离式拉力盒将外部作用力转化为对土样两端施加拉力，实现了装样、拉伸、测量等一体式操作，且步骤简便，费效比高，能够准确测量土体的抗拉强度；中间窄两端宽的“哑铃”型土样省去了现有单向拉伸装置所必须的夹具以及模具两端的挂耳，克服了土样的自重影响和现有装置对试样两端粘结产生的端部效应。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程土工测试领域，涉及的是一种利用直剪仪测定土体抗拉强度的装置及方法，适用于堤坝、公路、边坡工程等土体抗拉强度的测定，为工程稳定性设计及防止裂缝发生提供数据。
背景技术
传统土力学认为土体只能够承受压应力，往往忽略了土体的拉应力。近年来，随着越来越多的工程问题的涌现，证明土体抗拉强度在实际工程土体稳定性中扮演着重要的作用，如水利工程中土石坝心墙的水利劈裂、道路工程中路基的裂缝、边坡的滑动、非饱和土地基的干缩裂缝等。因此土体抗拉强度的准确测量，对于工程的稳定性设计及防止裂缝的发生有着重要的意义。
土体的抗拉强度指的是土体在一定的拉应力下达到拉伸破坏时的极限拉应力。现有的直接测试方法主要有单轴拉伸和三轴拉伸等方法，可以通过测得的极限拉力除以断面面积得到极限抗拉强度；间接测试方法主要有巴西劈裂和三点弯曲等试验方法。对于混凝土等脆性材料，发生断裂是瞬时的，因此巴西劈裂和三点弯曲等间接测试方法较为有效。而对于土体，其抗拉强度较低，延性较大，采用间接测试方法时，很难保证断裂面应力的均匀分布，得到的极限抗拉强度失真。目前，三轴拉伸试验较为常见，但端部效应及橡皮膜的约束效果使得试验结果的可靠性降低。总结来说，单轴拉伸试验较为可靠，两端力可以直接作用于拉伸面上，理论上不会带来多余的误差。其中，卧式单轴拉伸试验可以消除土体本身自重的影响，得到广泛的认可。
目前应用较多的卧式单轴拉伸试验装置，其主要的缺陷在于：(1)对于长方形或圆柱形等规则的试样，由于试样是靠夹具与土体之间的摩擦力来提供约束力的，过小的夹力不能有效的夹住试样；而过大的夹力会使试样两端土体发生压缩变形，这样，试样两端的横截面会变小，施加拉力时试样很有可能在夹具边缘发生破坏；(2)对于沙漏型的试样，由于试样土体是在沙漏型模具内直接制得，模具中间部位断开，后通过模具两端的挂耳施加拉力于土体上，这样，模具对内部土体的存在一定的约束作用，这部分约束力对土体的抗拉能力有一定的贡献，变相的增大了测得的土体抗拉强度；(3)卧式拉伸装置中试样与试验平台是直接接触的，存在一定的摩擦力，尽管在试样与平台之间采用滑轨，很难保证土体在拉伸时不被滑轮扰动剥落。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种利用直剪仪测定土体抗拉强度的装置及方法，借助传统直剪仪，通过分离式拉力盒实现了装样、拉伸、测量等一体式操作。
为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案为：
一种利用直剪仪测定土体抗拉强度的装置，包括第一拉力盒、第二拉力盒、U型杆和量力环，其中，
所述第一拉力盒呈向左卧倒的L型，即
型，并设置于设有滚珠的第一底座上，滚珠设置于第一底座下方；
所述第二拉力盒设置于所述第一拉力盒的左上方，所述第一拉力盒和第二拉力盒的内部分别设置凹槽，同时在所述第一拉力盒和第二拉力盒之间设置模具，从而使第一拉力盒和第二拉力盒之间构成内部空间呈中间窄两端宽的“哑铃”型用于形成土样，所述第一拉力盒和第二拉力盒的外围设置有卡箍用于固定，同时所述第一拉力盒和第二拉力盒在外力作用下可相互分离，构成分离式拉力盒；
所述U型杆的一端穿过第一拉力盒后与第二拉力盒的侧壁固定连接，另一端则与用于测量拉力的量力环接触，其中，所述量力环固定于第二底座上，所述量力环内部设有用于测量位移的测微计。
其中，所述第一底座的一侧设置有受力杆，所述第一底座在滚珠的限制下只能做平行移动。
优选地，所述第一拉力盒与所述第一底座可拆卸的连接，并与所述第一底座同步运动。
本发明进一步提出了一种利用上述装置测定土体抗拉强度的方法，包括步骤如下：
(一)将第一拉力盒可拆卸地安装于第一底座，将第二拉力盒设置于第一拉力盒的左上方，并在第一拉力盒和第二拉力盒之间形成的空间的两侧分别放置模具，使第一拉力盒和第二拉力盒之间构成内部空间呈中间窄两端宽的“哑铃”型用于形成土样，在第一拉力盒和第二拉力盒的外围套紧压实配制土样；将U型杆的一端穿过第一拉力盒后与第二拉力盒的侧壁固定连接；
(二)调节第一底座至U型杆的另一端与量力环紧密接触，记录量力环的初始读数，调零测微计，并依次卸除卡箍和模具；
(三)在第一底座的一侧设置受力杆，在受力杆上匀速施加平行推力，使第一拉力盒与第一底座同步移动，同时记录量力环和测微计的读数；
(四)继续施加平行推力，直至土样受拉破坏。
优选地，所述步骤(一)中在第一拉力盒与第二拉力盒接触面，以及第一拉力盒、第二拉力盒、模具与土样的接触面上分别均匀涂抹凡士林。
有益效果：本发明提供的试验装置借助传统直剪仪，结构简单、操作方便、费效比高，通过第一拉力盒、第二拉力盒和U型杆的组合将施加在受力杆的作用力转化为对土样的拉力，实现对土样抗拉强度的准确测量；中间窄两端宽的土样省去了现有的单向拉伸装置所必须的夹具以及模具两端的挂耳，从而克服了土样的自重影响和现有装置对试样两端粘结产生的端部效应。
附图说明
图1为本发明实施例的测定土体抗拉强度的装置剖面图；
图2为本发明实施例测定土体抗拉强度的装置平面图；
图3为本发明实施例的拉力盒装样过程示意图；
图4为本发明实施例的拉力盒装样后示意图。
图中主要附图标记含义如下：
1-第一拉力盒；2-第二拉力盒；3-U型杆；4-土样；5-受力杆；6-第一底座；7-滚珠；8-第二底座；9-量力环；10-测微计；11-模具；12-卡箍。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明的技术方案做具体的介绍。
如图1-2所示，本实施例是一种利用直剪仪测定土体抗拉强度的装置，包括第一拉力盒1、第二拉力盒2、U型杆3等。第一拉力盒1呈
型，可以替换传统直剪仪中的剪力盒后固定在第一底座6上，保证二者同步运动；第一底座6一侧设有受力杆5，在滚珠7的限制下只能做平行移动；第二拉力盒2位于第一拉力盒1左上方，在外力作用下可以相互分离，构成分离式拉力盒；U型杆3一端穿过第一拉力盒1后与第二拉力盒2的侧壁固定连接，另一端则与固定于第二底座8、用于测量拉力的量力环9接触；量力环9内部设有用于测量第二拉力盒2位移的测微计10，一般选用百分表。第一拉力盒和第二拉力盒的内部分别设置凹槽，同时在第一拉力盒和第二拉力盒之间设置模具，从而使第一拉力盒和第二拉力盒之间构成内部空间呈中间窄两端宽的“哑铃”型用于形成土样，第一拉力盒和第二拉力盒的外围设置有卡箍用于固定，同时第一拉力盒和第二拉力盒在外力作用下可相互分离，构成分离式拉力盒。
如图3所示：本实施例中，第一拉力盒1和第二拉力盒2之间设有两个相同的模具11，使第一拉力盒和第二拉力盒之间的内部空间呈中间窄两端宽的哑铃型，通过外围卡箍12的固定，可以直接压实配制出“哑铃”型土样4，减少了土样扰动对抗拉强度的影响。当土样4两端受到拉力作用后，最终拉裂破坏面会发生在“哑铃”型土样4的中间某一部位，不会发生在土样两端，能够体现真实的土体抗拉强度。而且，本实施例中的土样4水平放置，横向受拉，不会因自重应力而发生断裂。
下面参照附图对本实施例测定土体抗拉强度的方法进行说明：
(一)首先在第一底座6中间安装固定第一拉力盒1，再依次安装第二拉力盒2和两侧模具11，最后在外围套紧卡箍12，压实配制形成中间窄两端宽的土样4(图3)。其中，在第一拉力盒1与第二拉力盒2的接触面，第一拉力盒1、第二拉力盒2、模具11与土样4的接触面上均匀涂抹凡士林，从而消除接触面摩擦力的影响；
(二)通过在受力杆5上施加外力，调节第一底座6直至U型杆3与量力环9紧密接触，记录量力环9的初始读数F0，调零测微计10，并依次卸除卡箍12和模具11(图4)；
(三)在受力杆5上匀速施加平行推力，使第一拉力盒1与第一底座6同步移动，同时观察并记录量力环9和测微计10的读数变化，记为Fi和Si；
(四)继续施加平行推力，直至土样4受拉破坏。最后，根据量力环9和测微计10的数据绘制土样4在受拉过程中的应力-应变曲线，得到该土样的抗拉强度。
本发明的测量原理为：以传统直剪仪为基础，将剪力盒替换为第一拉力盒、第二拉力盒和U型杆，第一拉力盒在外力作用下发生位移，与第二拉力盒发生分离，相当于在“哑铃”型土样两端施加拉力，即将施加在受力杆的作用力转化为对土样的拉力，直至土样拉裂破坏。
以上所述仅是本发明专利的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明专利原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明专利的保护范围。
Claims (2)
1.一种利用直剪仪测定土体抗拉强度的方法，其特征在于，用第一拉力盒替代传统直剪仪中的剪力盒并固定在设有滚珠的第一底座上，在第一拉力盒的左上方设置第二拉力盒，所述第一拉力盒呈向左卧倒的L型，所述第一拉力盒和第二拉力盒的内部分别设置凹槽，同时在所述第一拉力盒和第二拉力盒之间设置模具，从而使第一拉力盒和第二拉力盒之间构成呈中间窄两端宽的“哑铃”的内部空间，以用于形成土样，所述第一拉力盒和第二拉力盒的外围设置有卡箍用于固定第一拉力盒和第二拉力盒，同时所述第一拉力盒和第二拉力盒在外力作用下可相互分离，构成分离式拉力盒；在第二拉力盒的侧壁固定一U型杆，所述U型杆的一端穿过第一拉力盒后与第二拉力盒的侧壁固定连接，另一端则与用于测量拉力的量力环接触，量力环固定于第二底座上，所述量力环内部设有用于测量位移的测微计，第一底座的一侧设置有受力杆，所述第一底座在滚珠的限制下只能做平行移动；
测定步骤如下：
(一) 将第一拉力盒可拆卸地安装于第一底座上，将第二拉力盒设置于第一拉力盒的左上方，并在第一拉力盒和第二拉力盒之间形成的空间的两侧分别放置模具，使第一拉力盒和第二拉力盒之间构成呈中间窄两端宽的“哑铃”型的内部空间，以用于形成土样，在第一拉力盒和第二拉力盒的外围套紧卡箍压实配制土样；将U型杆的一端穿过第一拉力盒后与第二拉力盒的侧壁固定连接；
(二)调节第一底座至U型杆的另一端与量力环紧密接触，记录量力环的初始读数，调零测微计，并依次卸除卡箍和模具；
(三)在第一底座的一侧设置受力杆，在受力杆上匀速施加平行推力，使第一拉力盒与第一底座同步移动，同时记录量力环和测微计的读数；
(四)继续施加平行推力，直至土样受拉破坏。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（一）中在第一拉力盒与第二拉力盒接触面，以及第一拉力盒、第二拉力盒、模具与土样的接触面上分别均匀涂抹凡士林。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710306346.8A CN107167377B (zh) | 2017-05-03 | 2017-05-03 | 一种利用直剪仪测定土体抗拉强度的装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710306346.8A CN107167377B (zh) | 2017-05-03 | 2017-05-03 | 一种利用直剪仪测定土体抗拉强度的装置及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107167377A CN107167377A (zh) | 2017-09-15 |
| CN107167377B true CN107167377B (zh) | 2020-04-03 |
Family
ID=59812827
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710306346.8A Expired - Fee Related CN107167377B (zh) | 2017-05-03 | 2017-05-03 | 一种利用直剪仪测定土体抗拉强度的装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107167377B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110274830A (zh) * | 2019-04-18 | 2019-09-24 | 防灾科技学院 | 一种风积沙改性土抗拉特性测试系统 |
| CN112268774B (zh) * | 2020-11-11 | 2022-05-24 | 石家庄铁道大学 | 冻土与混凝土接触面的力学试验用试样制备装置及工艺 |
| CN113504175A (zh) * | 2021-06-21 | 2021-10-15 | 中山大学 | 一种管土接触界面摩擦系数测量方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104062173A (zh) * | 2014-06-24 | 2014-09-24 | 北京交通大学 | 一种土体抗拉强度试验装置 |
| CN204924815U (zh) * | 2015-08-28 | 2015-12-30 | 北京建筑大学 | 一种直剪仪 |
-
2017
- 2017-05-03 CN CN201710306346.8A patent/CN107167377B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107167377A (zh) | 2017-09-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10989639B1 (en) | Experimental test method for subcritical propagation rate of rock fractures based on triaxial stress—strain curve | |
| CN107167377B (zh) | 一种利用直剪仪测定土体抗拉强度的装置及方法 | |
| CN103837413B (zh) | 混凝土拉伸徐变试验装置及混凝土收缩应力徐变试验方法 | |
| CN108195675B (zh) | 一种水凝胶拉伸试样的制备与夹持测试方法 | |
| CN111982675B (zh) | 一种整体式土体单轴拉伸装置试验方法 | |
| CN113281190A (zh) | 一种水工沥青混凝土直接拉伸试验装置及其应用方法 | |
| CN102879266B (zh) | 无机结合料稳定材料单轴压缩弹性模量试验方法 | |
| CN104931352A (zh) | 一种混凝土泊松比的测试方法 | |
| CN103411806A (zh) | 一种粘性土单向直接拉伸试验的操作方法及其专用设备 | |
| CN109357937A (zh) | 一种描述frp-混凝土粘结面断裂韧度的测定装置及方法 | |
| CN111965019B (zh) | 断裂可视化一体式土体单轴拉伸装置 | |
| Wei et al. | Study on load-slip characteristic curves of perfobond shear connectors in hybrid structures | |
| CN107991006A (zh) | 施加预紧力的压电陶瓷动态拉应力传感器及其标定方法 | |
| Zhu et al. | Improved isotropically consolidated undrained triaxial test method for non-self-supporting materials | |
| CN112964553A (zh) | 一种水泥土单轴拉伸试验仪及试验方法 | |
| CN115615778B (zh) | 对变粒径砾石与黏土的混合物进行卧式单轴拉伸的方法 | |
| CN208350244U (zh) | 施加预紧力的压电陶瓷动态拉应力传感器 | |
| CN110044738A (zh) | 焊缝多轴应力可控施加的疲劳试验装置及其应用方法 | |
| CN113607571B (zh) | 一种新型高速钢挠度检测设备 | |
| CN115931487A (zh) | 一种测试类岩石材料粘聚力和内摩擦角的方法 | |
| Ju et al. | Experimental study for the bearing capacity calculation of concrete expanded plates in squeezed branch piles | |
| CN110146378B (zh) | 一种水泥基材料单轴拉伸测定装置及测定方法 | |
| Forquin | Influence of strain-rate and confining pressure on the shear strength of concrete | |
| CN107389452B (zh) | 一种测试异质界面层裂的拉伸装置及层裂测试方法与应用 | |
| CN204903449U (zh) | 用于混凝土碱骨料反应试件的弯曲荷载加载装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20170915 Assignee: Changchun QIHANG Test Instrument Co.,Ltd. Assignor: HOHAI University Contract record no.: X2020320000408 Denomination of invention: A device and method for measuring soil tensile strength by direct shear apparatus Granted publication date: 20200403 License type: Common License Record date: 20201229 |
|
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20200403 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |