CN108844817A

CN108844817A - 一种软岩和土体的直接拉伸抗拉强度测试装置及方法

Info

Publication number: CN108844817A
Application number: CN201810310993.0A
Authority: CN
Inventors: 李彦荣; 李斌
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2018-04-09
Filing date: 2018-04-09
Publication date: 2018-11-20
Anticipated expiration: 2038-04-09
Also published as: CN108844817B

Abstract

本发明公开了一种软岩和土体的直接拉伸抗拉强度测试装置和方法，测试对象为空心柱状土体和软岩。该装置包括机械部分和控制部分；计算机通过电路板与机械部分相连，完成对机械部分的控制及测试数据的收集和处理；测试方法：连接计算机和各部件；将试样的中心孔穿过拉杆装置的中心拉柱，放至于拉座上；中心拉柱可沿轴线对称地分离为左半拉柱和右半拉柱；扣下拉杆装置的左右平杆，调节右拉座位置，使左右半拉柱的外弧面贴合于试样中心孔内壁；由步进电机提供拉伸荷载；测试时采集压力、位移数据，测试结束后计算机程序计算出试样的抗拉强度值。本发明布局紧凑、轻便、易于操作；采用中心拉柱规范试样位置和姿态，确保拉伸中无偏应力；测试结果准确。

Description

一种软岩和土体的直接拉伸抗拉强度测试装置及方法

技术领域

本发明涉及一种软岩和土体的直接拉伸抗拉强度测试装置及方法，属于抗拉强度试验技术领域。

背景技术

抗拉强度是指材料对外界荷载所产生的拉应力的极限抵抗能力。目前对于土体和软岩的测试方法，主要为单轴拉伸法、巴西劈裂法、轴向压裂法、土梁弯曲法。其中，单轴拉伸法属于直接测试法，巴西劈裂法、轴向压裂法、土梁弯曲法属于间接测试法。

单轴拉伸法是在试样两端直接施加拉力，直至试样被拉断。通过断裂时断面的应力和面积来计算抗拉强度。单轴拉伸法在测试中可观察到试样受力拉伸直至破坏的完整过程，能直观地反应试样受拉破坏的力学行为。但是，对于土体和软岩材料，单轴拉伸测试过程中存在试样装配困难的问题。目前单轴拉伸试验中常采用夹具或高分子胶水，将圆柱状试样的两个端头与拉杆装置连接固定，通过对拉杆装置施加拉伸荷载，实现对试样的拉伸破坏。固定夹具为两个半圆形夹片，利用螺丝将两个夹片对扣紧固，从而固定试样的两个端头。由于土体和软岩硬度小，脆性大，在紧固过程中试样端头容易被挤压破坏。其次，试样两端夹具对中困难，测试过程中易产生偏心力，对测试结果造成影响。再者，拉伸过程中夹具与试样之间易产生相对滑动，试样的真实形变量难以测得。采用高分子胶水粘结试样端头，易使试样端部的内部结构遭到破坏，试样与拉杆装置难以粘结紧固，拉伸过程中试样与拉杆装置间易发生脱离。

间接测试法是假设土体或软岩的拉伸破坏遵循一定的应力-应变关系，采用与试验方法相配套的理论公式间接地计算出材料的抗拉强度。巴西劈裂试验得规范要求，垫条必须对称放置于试样上下，且要求两垫条同试样的接触线应处于试样的竖直纵切面上。但由于垫条尺寸较小，人为摆放效果难以达到规范要求，使得受压时出现偏心压力。此外，在施压过程中劈裂垫条容易发生滑移，导致试验失败。轴向压裂测试中试样的压裂效果不易控制，上下小尺寸圆柱垫块的摆放同样对中困难。土梁弯曲法所需的试样尺寸较大，不易制得，试样断裂位置难以控制在中部位置。

除以上述所存在的问题之外，现行的抗拉强度测试方法的荷载一般由万能试验机提供，夹具、垫条、衬垫等相关零部件需要额外加工定制，整套测试系统价格高昂，体积笨重庞大，不便搬移。试验过程需要多人配合，操作复杂繁琐，效率低。试验人为操作步骤较多，零部件的安装或放置难以达到精确控制，影响试验最终效果。

发明内容

本发明旨在提供一种软岩和土体的直接拉伸抗拉强度测试装置及方法，针对的测试对象为软岩或土体，包括原状土或重塑土。试样形状为空心圆柱状，可由线切割机和台钻制成，试样制备方便。测试采用直接拉伸的方法，能直接观察到试样受拉破坏的整个过程，对试样受拉力学行为产生直观理解，并使抗拉强度值的计算严格遵循了抗拉强度的定义，规避了间接测试法（如巴西劈裂和轴向压裂法）中理论假设和公式换算所带来的误差。

相比传统直接拉伸法，该装置操作简单，试样直接安装固定在拉杆装置上，无需使用额外的夹具或胶水固定试样，避免了对试样结构造成损伤。同时，也规避了巴西劈裂法中试样因水平放置和轴向压裂法试样因下端放置垫块所引起的失稳问题。中心拉柱规范了试样位置，确保拉力沿同一直线，规避了直接拉伸法、巴西劈裂法和轴向压裂法中易出现偏心力的问题。试验测试效果统一，拉断面皆垂直于拉伸方向，并出现在试样的中部位置，试验质量高。

该装置采用机械结构、控制模块、数据采集模块相结合，设计合理，布局紧凑。装置荷载由步进电机提供，减小了装置的质量和体积，节约了制造成本。装置由计算机程序控制，拉伸测试过程中，数据采集模块自动采集位移-拉力数据，记录完整破坏曲线，试样破坏后数据分析模块自动计算出材料的抗拉强度值，试验效率高。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种软岩和土体的直接拉伸抗拉强度测试装置，该装置包括机械部分和控制部分；机械部分包括外壳、垫脚、底板、固定架、活动架、活动架转接板、传感器转接板、拉杆装置；控制部分包括计算机、步进电机、步进驱动器、控制板、电源模块、拉力信号转换器、位移信号转换器、电源开关、拉力传感器、位移传感器；计算机通过控制板与装置的机械部分相连；通过配套软件，计算机实现对机械部分的控制以及测试数据的收集和处理。

固定架固定于底板前端中部；底板的中轴线方向上设有导槽，活动架嵌在导槽内，能沿导槽移动；固定架和活动架上设置有卡槽，通过此卡槽拉杆装置的两端分别连接在固定架和活动架上；固定架和活动架之间的底板上铺设有垫板，垫板作为工作平台；玻璃罩扣置于固定架和活动架上部，用于保证试验安全；底板下方四个角上分别安装有垫脚。

位移传感器一端固定于底板下底面，另一端同活动架接触；拉力传感器位于活动架转接板和传感器转接板中间，活动架、活动架转接板、拉力传感器、传感器转接板、电动缸连接组成一套整体，沿装置中间轴线方向排布；拉力传感器两侧的底板上安装有拉力信号转换器和位移信号转换器，其分别与拉力传感器和位移传感器连接，用于将传感器的电信号转换为数字信号。

电动缸位于底板后端，步进电机安装在电动缸上部，电动缸由步进电机驱动；步进驱动器位于电动缸右侧，通过导线与步进电机连接，用于控制步进电机的转速和转向。控制板通过控制板安装座固定在底板后端，控制板通过导线与位移信号转换器、拉力信号转换器、步进驱动器连接；电源模块位于底板后端的下底面上，通过导线与各用电部件连接，电源开关设置在工作平台右侧的底板上；

装置中部平台上放置有计算机，计算机通过数据线与控制板连接，实现对装置的控制。

上述装置中，所述的拉杆装置为左右对称、可中间分离的框架结构；底部为左右拉座，拉座的外端头垂直设有连接板，连接板上设有凸块，两端凸块分别连接于固定架和活动架的卡槽内；拉杆装置中部设有中心拉柱，中心拉柱可沿轴线方向对称地分离为左半拉柱和右半拉柱，左半拉柱和右半拉柱分别垂直焊接在左右拉座上；左平杆、右平杆通过销子固定在左右拉座的上端，并且能沿着销子转动；左平杆、右平杆内侧端头分别与左右半拉柱连接。

所述中心拉柱的左右半拉柱顶部设有卡槽，左右平杆的内侧端头可卡紧在卡槽中。

上述装置中，活动架转接板、传感器转接板的左右两端设有螺纹，拉力传感器安装在于活动架转接板和传感器转接板中间；活动架通过活动架转接板与拉力传感器前端连接，拉力传感器后端通过传感器转接板与电动缸连接；活动架转接板、传感器转接板连接中介的作用。

上述装置中，控制板安装座竖直安装在电动缸左侧的底板上，控制板安装座上装配有控制板。

上述装置中的控制电路结构如下：

所述控制板上的电路包括：电源稳压电路IT2、IT3、IT4；AD采集电路IT1；RS422通信电路IT5；串口232通信电路IT6；AD采集接口电路IT7；串口通信接口电路IT9；RS422通信接口电路IT8；电机控制接口电路IT10；电源输入接口电路IT11；传感器供电电路IT12、IT13；JTAG仿真电路IT15；时钟源电路IT14；复位电路IT16；FPGA配置电路IT17；电平转换电路IT18、IT20；电机控制电路IT19；AD采集隔离电路IT21；CPU控制电路IT22，各分电路间由导线连接。

IT2. IT3、IT4为电源模块，为电路板提供电源，通过IT11与直流24V电源连接；IT1为AD采集电路，通过IT7与传感器连接，用于采集传感器数据；IT21为隔离器，AD采集电路四路有隔离，四路无隔离；AD采集电路通过电平转换电路IT20与CPU控制电路IT22连接；传感器供电电路IT12、IT13分别连接位移传感器和拉力传感器，为传感器供电；IT19为电机控制电路，通过IT10与电机控制端连接，用于控制步进电机转动方向和转速和转向；IT5为串口422电路，通过IT8与电脑连接，实现装置与计算机通讯；CPU控制电路IT22组成整体电路，用于接收和处理计算机命令，以实现对装置的控制；IT6为串口232电路，可通过IT9与外部连接，为备用通讯口；IT15为处理器仿真调试电路；IT16为复位电路，用于使拉杆装置回归到初始位置； IT17为FPGA配置电路，通过电平转换电路与CPU控制电路连接。

本发明提供的控制程序可设置试样参数、测试参数，发起测试命令，通过控制模块，使得测试装置的机械部分运行。测试过程中，数据采集模块收集拉力和位移数据，实时显示于计算机上，并绘制出拉力-位移曲线图。测试结束后，数据分析模块自动计算出抗拉强度测试结果。

抗拉强度测试公式：

式中：

σ_t：抗拉强度，kPa；

α：试样尺寸修正系数；

F_max：峰值拉力，N；

R：试样外半径，mm；

r：试样内孔半径，mm；

h：试样高度，mm。

本发明提供了一种软岩和土体的直接拉伸抗拉强度测试方法，包括以下步骤：

（1）连接好装置各部件，调节垫脚高度使装置水平；

（2）打开装置电源开关，点击计算机配套软件的通讯按钮，完成计算机和装置的通讯；

（3）将试样的中心孔完全穿过拉杆装置的中心拉柱，扣下左右平杆，调节右拉座位置，使左右半拉柱的外弧面刚好贴合于试样中心孔的内壁；

（4）计算机程序中输入试样编号，试样尺寸参数以及拉伸速率，点击启动按钮开始试验，传感器、步进电机、电动缸开始工作；

（5）电动缸带动活动架沿导槽向后运动，从而产生位移数据，活动架带动拉杆装置运动，中心拉柱对试样中心孔内壁进行反向拉伸，试样对拉杆装置产生反作用力，拉力通过活动架传输到拉力传感器上，拉力传感器产生拉力数据；

（6）测试过程中，拉力信号转换器和位移信号转换器将拉力、位移电信号转换为数字信号，通过控制板实时传输到计算机配套程序中，并绘制出测试过程曲线；

（7）在拉伸荷载下，空心圆柱试样从中间被中心拉柱拉裂，测试自动结束，数据分析模块读取存储的拉力、位移数据，计算出试样的抗拉强度值，并显示于计算机上。

上述方法中，所述试样为空心圆柱体。

本发明的原理：本发明通过控制板将计算机软件与机械构件联系在一起，实现了对装置测试的控制以及测试数据的收集和处理。装置由步进电动提供动力，使得拉杆装置受荷载而分离，对试样中部进行拉伸。

本发明与技术背景相比具有明显的优越性，装置针对于空心柱状土体和软岩试样，将反向的荷载作用于试样的空心柱面内，使得试样沿中心面被拉断。

本发明的有益效果：

（1）本发明装置所测试的试样为空心圆柱状，试样制备简单，可直接由线切割机和台钻制得。

（2）试样测试流程简单明了，试样可直接安装于拉杆装置上，不需要粘结剂或夹具进行额外固定，试样初始结构的完好无损。通过中心拉柱规范了试样的位置，拉伸过程中不存在偏心受力现象。试样破坏效果统一，试样断裂面垂直于加载方向，位于试样中部。

（3）摒弃了万能试验机，采用步进电机提供荷载，节省了仪器制造成本，缩减了装置体积和质量。装配有高精度位移传感器、应力传感器，保证了测试数据的精准可靠。

（4）装置由配套的计算机程序控制，软件操作简单，易于上手。测试过程中实时绘制出拉力-位移曲线，整个测试过程清晰明了，便于观察。测试结束后数据分析模块自动计算出试样的抗拉强度值，试样参数、测试参数及过程数据自动保存于对应的表格文件中，后续处理方便。

附图说明

图1为测试抗拉强度的装置的整体结构图；

图2为图1 的正视图；

图3为图2的右视图；

图4为图2的俯视图；

图5为拉杆装置的结构示意图；

图6为AD 采集电路IT1；

图7为电源稳压电路IT2、IT3；

图8为电源稳压电路IT4；

图9为RS422通信电路IT5;

图10为串口232通信电路IT6；

图11为AD采集接口电路IT7；

图12为RS422通信接口电路IT8；

图13为串口通信接口电路IT9；

图14为电机控制接口电路IT10；

图15为电源输入接口电路IT11；

图16为传感器供电电路IT12；

图17为传感器供电电路IT13；

图18为时钟源电路IT14；

图19为JTAG仿真电路IT15；

图20为复位电路IT16；

图21为FPGA配置电路IT17；

图22为电平转换电路IT18；

图23为电机控制电路IT19；

图24为电平转换电路IT20；

图25为AD采集隔离电路IT21；

图26为CPU控制电路IT22。

图27 各电路之间的连接关系图。

图中：1. 计算机、 2. 控制板安装座、 3. 控制板、 4. 外壳、 5. 步进电机、 6.电动缸、 7. 垫脚、 8. 步进驱动器、 9. 电源模块、 10. 位移信号转换器、 11. 传感器转接板、 12. 拉力传感器、 13. 活动架转接板、 14. 电源开关、 15. 底板、 16. 垫板、 17.固定架、 18. 玻璃罩、 19. 位移传感器、 20. 试样、 21. 拉杆装置、22. 活动架、 23. 拉力信号转换器、24. 左拉座、25. 凸块、26. 连接板、27. 左平杆、28. 销子、29. 左半拉柱、30. 右平杆、 31. 右半拉柱、32. 右拉座。

电路图中，VCC：电源；GND：电源参考地；C：电容；R：电阻；D：二极管；G：晶振；SW：按键；X：仿真接口；L：电感；Q：三极管；U3：AD芯片；U1、U57、U2、U8、U9：电源芯片；U6 、D4：通信芯片；J3：AD采集接口；J2、J4：通信接口；J8：电机控制接口；J9：电路板供电接口；J10、J11：传感器供电接口；U7：CPU控制芯片；U48、U50、U51：电平转换芯片；U49：配置芯片；U53、U54、U55、U56：隔离器。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

一种软岩和土体的直接拉伸抗拉强度测试装置，该装置包括机械部分和控制部分；机械部分包括外壳4、垫脚7、底板15、固定架17、活动架22、活动架转接板13、传感器转接板1、拉杆装置21；控制部分包括计算机1、步进电机5、步进驱动器8、控制板3、电源模块9、拉力信号转换器23、位移信号转换器10、电源开关14、拉力传感器12、位移传感器19；计算机1通过控制板8与装置的机械部分相连；通过配套软件，计算机1实现对机械部分的控制以及测试数据的收集和处理。

固定架17固定于底板15前端中部；底板15的中轴线方向上设有导槽，活动架22嵌在导槽内，能沿导槽移动；固定架17和活动架22上设置有卡槽，通过此卡槽拉杆装置21两端分别连接在固定架17和活动架22上；固定架17和活动架22之间的底板15上铺设有垫板16，垫板作为工作平台；玻璃罩18扣置于固定架17和活动架22上部，用于保证试验安全；底板15下方四个角上分别安装有垫脚7。

位移传感器12一端固定于底板15下底面，另一端同活动架22接触；拉力传感器12位于活动架转接板13和传感器转接板11中间，活动架22、活动架转接板13、拉力传感器12、传感器转接板11、电动缸6连接组成一套整体，沿装置中间轴线方向排布；拉力传感器12两侧的底板15上安装有拉力信号转换器23和位移信号转换器10，其分别与拉力传感器12和位移传感器19连接，用于将传感器的电信号转换为数字信号。

电动缸6位于底板15后端，步进电机5安装在电动缸6上部，电动缸6由步进电机5驱动；步进驱动器8位于电动缸6右侧，通过导线与步进电机5连接，用于控制步进电机5的转速和转向。控制板3通过控制板安装座2固定在底板15后端，控制板3通过导线与位移信号转换器10、拉力信号转换器23、步进驱动器8连接；电源模块9位于底板15后端的下底面上，通过导线与各用电部件连接，电源开关14设置在工作平台右侧的底板上；

装置中部平台上放置有计算机1，计算机1通过数据线与控制板3连接，实现对装置的控制。

上述装置中，所述的拉杆装置21为左右对称、可中间分离的框架结构；底部为左拉座24、右拉座32，拉座的外端头垂直设有连接板26，连接板上设有凸块25，两端凸块25分别连接于固定架17和活动架22的卡槽内；拉杆装置21中部设有中心拉柱，中心拉柱可沿轴线方向对称地分离为左半拉柱29和右半拉柱31，左半拉柱29和右半拉柱31分别垂直焊接在左右拉座上；左平杆27、右平杆30通过销子固定在左右拉座的上端，并且能沿着销子28转动；左平杆27、右平杆30内侧端头分别与左、右半拉柱连接。

上述装置中，活动架转接板13、传感器转接板11的左右两端设有螺纹，拉力传感器12安装在于活动架转接板13和传感器转接板11中间；活动架22通过活动架转接板13与拉力传感器12前端连接，拉力传感器12后端通过传感器转接板11与电动缸6连接；活动架转接板13、传感器转接板11连接中介的作用。

上述装置中，控制板安装座2竖直安装在电动缸6左侧的底板上，控制板安装座2上装配有控制板3。

上述装置中的控制电路结构如下：

所述控制板上的控制器包括：电源稳压电路IT2、IT3、IT4；AD采集电路IT1；RS422通信电路IT5；串口232通信电路IT6；AD采集接口电路IT7；串口通信接口电路IT9；RS422通信接口电路IT8；电机控制接口电路IT10；电源输入接口电路IT11；传感器供电电路IT12、IT13；JTAG仿真电路IT15；时钟源电路IT14；复位电路IT16；FPGA配置电路IT17；电平转换电路IT18、IT20；电机控制电路IT19；AD采集隔离电路IT21；CPU控制电路IT22，各分电路间由导线连接。

外接电源连接电源输入接口电路IT11，通过电源稳压电路IT2、IT3、IT4，为装置各部分提供电源；传感器供电电路IT12、IT13，分别连接位移传感器和拉力传感器，实现对数据的采集； AD采集电路IT1和AD采集接口电路IT7分别连接位移传感器和拉力传感器，将传感器采集的模拟信号转换成数字信号；电机控制接口电路IT10用于对步进电机的供电，电机控制电路IT19与电平转换电路IT18、IT20相连，用于控制步进电机转动方向和转速和转向； CPU控制电路IT22组成整体电路，用于接收和处理计算机命令，以实现对装置的控制；复位电路IT16拉活动架回归到初始位置，由CPU控制电路IT22控制；RS422通信电路IT5与计算机相连，实现计算机和装置间的通讯。

如图6~26所示为电路板电路图，电路板由多部分组成，各电路由导线互相连接，VCC为电源；GND为电源参考地；C为电容；R为电阻；D为二极管；G为晶振；SW为按键；X为仿真接口；L为电感；Q为三极管；U3为AD芯片；U1、U57、U2、U8、U9为电源芯片；U6 、D4为通信芯片；J3为AD采集接口；J2、J4为通信接口；J8为电机控制接口；J9为电路板供电接口；J10、J11为传感器供电接口；U7为CPU控制芯片；U48、U50、U51为电平转换芯片；U49为配置芯片；U53、U54、U55、U56为隔离器。

抗拉强度测试公式：

式中：

σ_t：抗拉强度，kPa；

α：试样尺寸修正系数；

F_max：峰值拉力， N；

R：试样半径， mm；

r：试样内孔半径， mm；

h：试样高度， mm。

试样尺寸修正系数如表1。

（1）连接好装置各部件，调节垫脚高度使装置水平；

（7）在拉伸荷载下，空心圆柱试样从中间被中心拉柱拉裂，测试自动结束，数据分析模块读取存储的拉力、位移数据，计算出试样的抗拉强度值，并显示于计算机上。通过以上步骤，完成了安装、调试、测试的全过程。

以原状马兰黄土为试验材料，利用线切割机和台钻，制取8个空心圆柱试样和8个圆柱体试样，分别用于本装置抗拉测试和单轴拉伸测试，拉伸速率均设置为0.1mm/min。单轴拉伸是采用夹具固定试样的端头，然后将夹具连接于万能试验机上进行拉伸。测试结果显示，本装置测试出的原状黄土抗拉强度均值为76.1kPa，数据方差为2.2；单轴拉伸测试结果均值为89.6，方差为8.9。本装置测试结果方差较小，数据值更加均匀稳定，表明本装置设计科学合理，测试结果可靠。

Claims

1.一种软岩和土体的直接拉伸抗拉强度测试装置，其特征在于：包括机械部分和控制部分；

机械部分包括外壳、垫脚、底板、固定架、活动架、活动架转接板、传感器转接板、拉杆装置；

控制部分包括计算机、步进电机、步进驱动器、控制板、电源模块、拉力信号转换器、位移信号转换器、电源开关、拉力传感器、位移传感器；

计算机通过控制板与装置的机械部分相连；通过配套软件，计算机实现对机械部分的控制以及测试数据的收集和处理；

固定架固定于底板前端中部；底板的中轴线方向上设有导槽，活动架嵌在导槽内，能沿导槽移动；

固定架和活动架上设置有卡槽，通过此卡槽拉杆装置两端分别连接在固定架和活动架上；

固定架和活动架之间的底板上铺设有垫板，垫板作为工作平台；

位移传感器一端固定于底板下底面，另一端同活动架接触；

拉力传感器位于活动架转接板和传感器转接板中间，活动架、活动架转接板、拉力传感器、传感器转接板、电动缸连接组成一套整体，沿装置中间轴线方向排布；

拉力传感器两侧的底板上安装有拉力信号转换器和位移信号转换器，其分别与拉力传感器和位移传感器连接，用于将传感器的电信号转换为数字信号；

电动缸位于拉力传感器后的底板上，步进电机安装在电动缸上部，电动缸由步进电机驱动；

步进驱动器位于电动缸右侧，通过导线与步进电机连接，用于控制步进电机的转速和转向；

电源模块位于底板后端的下底面上，通过导线与各用电部件连接，电源开关设置在工作平台右侧的底板上；

控制板通过控制板安装座固定在底板后端，控制板通过导线与位移信号转换器、拉力信号转换器、步进驱动器连接；

2.根据权利要求1所述的软岩和土体的直接拉伸抗拉强度测试装置，其特征在于：所述的拉杆装置为左右对称、中间能分离的框架结构；底部为左、右拉座，拉座的外端头垂直设有连接板，连接板上设有凸块，两端凸块分别连接于固定架和活动架的卡槽内；拉杆装置中部设有中心拉柱，中心拉柱沿轴线方向对称地分离为左半拉柱和右半拉柱，左半拉柱和右半拉柱分别垂直焊接在左、右拉座上；左平杆、右平杆通过销子固定在左、右拉座的连接板上端，并且能沿着销子转动；左平杆、右平杆的内侧端头分别与左、右半拉柱连接；

所述中心拉柱的左、右半拉柱顶部设有卡槽，左右平杆的内侧端头卡紧在卡槽中。

3.根据权利要求1所述的软岩和土体的直接拉伸抗拉强度测试装置，其特征在于：活动架转接板、传感器转接板的左右两端设有螺纹，拉力传感器安装在于活动架转接板和传感器转接板中间；活动架通过活动架转接板与拉力传感器前端连接，拉力传感器后端通过传感器转接板与电动缸连接。

4.根据权利要求1所述的软岩和土体的直接拉伸抗拉强度测试装置，其特征在于：控制板安装座竖直安装在电动缸左侧的底板上，控制板安装座上装配有控制板。

5.根据权利要求1所述的软岩和土体的直接拉伸抗拉强度测试装置，其特征在于：玻璃罩扣置于固定架和活动架上部，用于保证试验安全；底板下方四个角上分别安装有垫脚。

6.根据权利要求1所述的软岩和土体的直接拉伸抗拉强度测试装置，其特征在于：所述控制板上的电路包括：电源稳压电路IT2、IT3、IT4；AD采集电路IT1；RS422通信电路IT5；串口232通信电路IT6；AD采集接口电路IT7；串口通信接口电路IT9；RS422通信接口电路IT8；电机控制接口电路IT10；电源输入接口电路IT11；传感器供电电路IT12、IT13；JTAG仿真电路IT15；时钟源电路IT14；复位电路IT16；FPGA配置电路IT17；电平转换电路IT18、IT20；电机控制电路IT19；AD采集隔离电路IT21；CPU控制电路IT22。

7.根据权利要求1所述的软岩和土体的直接拉伸抗拉强度测试装置，其特征在于：IT2.IT3、IT4为电源模块，为电路板提供电源，通过IT11与直流24V电源连接； IT1为AD采集电路，通过IT7与传感器连接，用于采集传感器数据；IT21为隔离器，AD采集电路四路有隔离，四路无隔离；AD采集电路通过电平转换电路IT20与CPU控制电路IT22连接；传感器供电电路IT12、IT13分别连接位移传感器和拉力传感器，为传感器供电；IT19为电机控制电路，通过IT10与电机控制端连接，用于控制步进电机转动方向和转速和转向；IT5为串口422电路，通过IT8与电脑连接，实现装置与计算机通讯；CPU控制电路IT22组成整体电路，用于接收和处理计算机命令，以实现对装置的控制；IT6为串口232电路，可通过IT9与外部连接，为备用通讯口；IT15为处理器仿真调试电路；IT16为复位电路，用于使拉杆装置回归到初始位置；IT17为FPGA配置电路，通过电平转换电路与CPU控制电路连接。

8.一种软岩和土体的直接拉伸抗拉强度测试方法，采用权利要求1~7任一项所述的软岩和土体的直接拉伸抗拉强度测试装置，其特征在于：测试步骤为：

（1）连接好装置各部件，调节垫脚高度使装置水平；

9.根据权利要求8所述的软岩和土体的直接拉伸抗拉强度测试方法，其特征在于：

抗拉强度测试公式为：

式中：

σ_t：抗拉强度，kPa；

α：试样尺寸修正系数；

F_max：峰值拉力，N；

R：试样半径，mm；

r：试样内孔半径，mm；

h：试样高度，mm。

10.根据权利要求9所述的软岩和土体的直接拉伸抗拉强度测试方法，其特征在于：所述试样为空心圆柱体。