CN110967249A - 土工合成材料直剪、拉拔两用试验机 - Google Patents

土工合成材料直剪、拉拔两用试验机 Download PDF

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Abstract

本发明属于直剪、拉拔一体化试验设备领域，尤其是涉及一种土工合成材料直剪、拉拔两用试验机，其特征在于包括试验台，滑道，试验箱，竖向加载系统、水平拉拔系统和击实设备，试验箱包括上箱和下箱，下箱底部的滑轮，设置在上箱和下箱拉拔方向上一侧侧壁之间的可调整高度的窄缝，钢化玻璃，水平拉拔系统包括拉压电机，拉力传感器，夹具，土工合成材料，数个位移传感器Ⅱ，竖向加载系统包括液压千斤顶，竖向反力架和水平加压板，位移传感器Ⅰ。本发明的上箱可调，实现了直剪、拉拔试验箱的一体化，转换方便省时，降低造价，节省空间；试验设备在尺寸方面较目前大部分试验设备都大，可以很好的满足相关规范要求，并且尽量减小了尺寸效应的影响。

Description

土工合成材料直剪、拉拔两用试验机
技术领域
本发明属于直剪、拉拔一体化试验设备领域，尤其是涉及一种土工合成材料直剪、拉拔两用试验机。
背景技术
目前，所公开的大部分设备都存在试验设备设计比较简单，操作不够方便，对试验结果的精确程度保证措施不足等问题，大部分试验设备只能量测拉拔夹具处的水平位移，无法实现试验过程中对土工合成材料中应力、应变发展过程的细致研究和对筋-土界面的可视观测。很多直剪设备采用将土工合成材料粘在钢板或木块上的方式对其进行固定，为了使直剪试验环境更加接近实际工程，直剪试验过程中下剪切盒也应按规定压实度填入填料，并且下剪切盒应比上剪切盒长出不小于规范要求的尺寸，目前大都通过更换试验箱以实现直剪、拉拔两用的目的，这会导致试验仪器不能一体化，并且更换试验箱是一个比较费时、费力的过程。往试验箱内部填土时，通常通过控制每层填土的质量及击实后高度来控制压实度，压实过程很难保证压实度均匀。目前，筋-土之间的相互作用机理尚未彻底探明，发明更好的试验仪器和方法对其进行研究，以此指导实际应用具有一定的实际意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有试验仪器的不足，提出一种土工合成材料直剪、拉拔两用试验机，实现试验过程可视化，采集试验中土工合成材料多点位移，操作简单，试验准确程度容易控制。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：
本发明的土工合成材料直剪、拉拔两用试验机，其特征在于包括试验台，设置在此试验台底部的试验台支座，设置在所述试验台上的滑道，与此滑道滑动连接的试验箱，设置在此试验箱上的竖向加载系统、水平拉拔系统和击实设备，
所述的试验箱包括上箱和下箱，设置在所述下箱底部的滑轮，设置在所述上箱和下箱拉拔方向上一侧侧壁之间的可调整高度的窄缝，设置在所述上箱和下箱平行与拉拔方向上一侧壁的观察用钢化玻璃，设置在所述下箱的连接件，
所述的滑轮与所述的滑道滑动连接，
所述的水平拉拔系统包括设置在所述试验箱一侧的拉压电机，与此拉压电机输出端相连接的拉力传感器，与此拉力传感器相连接的夹具，与此夹具相连接的土工合成材料，设置在所述试验箱另一侧的传感器支架上的数个位移传感器Ⅱ，此数个位移传感器Ⅱ通过钢绞丝与所述的土工合成材料上的测点相连接，
所述的竖向加载系统包括设置在所述试验箱正上方的液压千斤顶，与此液压千斤顶相连接的竖向反力架和水平加压板，设置在所述液压千斤顶前端的位移传感器Ⅰ，
所述的击实设备包括击实支架，设置在此击实支架上的击实锤，设置在所述击实支架底端的U型插槽，此U型插槽插接在所述的试验箱上。
所述的上箱和下箱的四个角均焊接有套筒，所述的上箱和下箱通过插入所述套筒内的插杆固定连接。
所述的可调整高度的窄缝由设置在所述试验台支座上的上箱支架和设置在上箱和下箱连接处的调高螺栓来调整窄缝的高度。
所述的上箱比下箱高，高出的部分的箱壁比其他部分的箱壁薄，在此壁面厚度变化处设置刮板。
在所述的试验箱内设置上下抽动的插板，此插板头部设有刷毛，用来调整窄缝的缝高。
所述的观察用钢化玻璃的高度不小于200mm。
所述的试验箱内径尺寸长度大于等于500mm，宽度大于等于300mm，高度大于等于300mm。
本发明的优点：
（1）本发明的土工合成材料直剪、拉拔两用试验机，上箱长度可调，实现了直剪、拉拔试验箱的一体化，转换方便省时，降低造价，节省空间；试验设备在尺寸方面较目前大部分试验设备都大，可以很好的满足相关规范要求，并且尽量减小了尺寸效应的影响；
（2）本发明的土工合成材料直剪、拉拔两用试验机，试验过程数据采集的精细化和丰富化，通过所设的拉、压力传感器以及多个位移传感器，实现了对整个试验过程中所关注的主要因素进行详细的量测与记录；通过试验箱留有玻璃视窗，采用工业体视显微镜对筋-土界面及一定范围内的填土颗粒在试验过程中的变化进行连续拍摄，可通过数字图像处理软件进行处理，得到局部孔隙率、配位数、颗粒长轴定向等细观参数演化过程，实现对整个试验过程的宏-细观分析；
（3）本发明的土工合成材料直剪、拉拔两用试验机，操作难度降低，试验的整个过程数据采集，拍照记录都实现了自动化，试验过程中完全不用人工操作即可完成对数据的采集及记录；在试验操作方面，以往试验操作过程随机性大，很难保证操作精度；本发明通过试验仪器及配套设施的改进，使得试验过程容易保证精度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明试验箱的结构示意图。
图3为本发明击实设备的结构示意图。
图4为本发明刮土板的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。
如图1-4所示，本发明的土工合成材料直剪、拉拔两用试验机，其特征在于包括试验台2，设置在此试验台2底部的试验台支座1，设置在所述试验台2上的滑道16，与此滑道16滑动连接的试验箱7，设置在此试验箱7上的竖向加载系统、水平拉拔系统和击实设备，
所述的试验箱7包括上箱和下箱，设置在所述下箱底部的滑轮24，设置在所述上箱和下箱拉拔方向上一侧侧壁之间的可调整高度的窄缝21，设置在所述上箱和下箱平行与拉拔方向上一侧壁的观察用钢化玻璃18，设置在所述下箱的连接件20，
所述的滑轮24与所述的滑道16滑动连接，
所述的水平拉拔系统包括设置在所述试验箱7一侧的拉压电机3，与此拉压电机3输出端相连接的拉力传感器4，与此拉力传感器4相连接的夹具5，与此夹具5相连接的土工合成材料6，设置在所述试验箱7另一侧的传感器支架15上的数个位移传感器Ⅱ14，此数个位移传感器Ⅱ14通过钢绞丝11与所述的土工合成材料6上的测点相连接，可调整高度的窄缝21供土工合成材料6引出，
所述的竖向加载系统包括设置在所述试验箱7正上方的液压千斤顶10，与此液压千斤顶10相连接的竖向反力架12和水平加压板8，设置在所述液压千斤10顶前端的位移传感器Ⅰ9，方便更换直剪和拉拔试验各自的加压板，保证水平加压板8的水平，
所述的击实设备包括击实支架19，设置在此击实支架19上的击实锤27，设置在所述击实支架19底端的U型插槽17，此U型插槽17插接在所述的试验箱7上。
所述的上箱和下箱的四个角均焊接有套筒，所述的上箱和下箱通过插入所述套筒内的插杆23固定连接。
所述的可调整高度的窄缝21由设置在所述试验台支座1上的上箱支架13和设置在上箱和下箱连接处的调高螺栓22来调整窄缝21的高度，
所述的上箱比下箱高，高出的部分的箱壁比其他部分的箱壁薄，在此壁面厚度变化处26设置刮板25。上箱略比下箱高，高出部分的箱壁比其它箱壁薄，其是为了在进行填料击实过程中防止填料溢出及方便安装击实设备。壁面厚度变化处26的上边缘保证严格水平，配置刮板25，用以控制填料的上顶面水平，保证竖向荷载施加的均匀性。
在所述的试验箱7内设置上下抽动的插板，此插板头部设有刷毛，用来调整窄缝21的缝高，减少小颗粒从缝中流出。
所述的观察用钢化玻璃18的高度不小于200mm。
所述的试验箱7内径尺寸长度大于等于500mm，宽度大于等于300mm，高度大于等于300mm。
进一步技术的：所述的试验箱7，下箱尺寸为：500×300×150mm，上箱的最大尺寸与下箱相同，最小尺寸为：300×300×150mm，高度中间位置形成高为5mm的贯穿全宽的窄缝21。
通过观察用钢化玻璃18观测的细观观测系统由工业体视显微镜和高倍数码相机组成。
下面通过实施例进行详细说明：
一种土工合成材料直剪、拉拔两用试验机，包括安装各种仪器的试验台2，水平拉拔系统，竖向加载系统，细观观测，图像采集系统，位移量测系统及其它附属设备，包括：刮土板25，填土击实设备，试验台2上的滑道16，上箱支架13及传感器支架15。所述的试验台2上设有供试验箱7滑动的滑道16，下箱底部设置滑轮24，可在滑道16上滑动，还设有固定并能调节上箱高度的支架。所述的试验箱7的内径尺寸为：上箱长大于等于500mm，宽大于等于300mm，高度大于等于150mm；下箱长大于等于300mm，宽大于等于300mm，高度大于等于150mm；其中壁面变薄前高度大于等于150mm，壁面变薄后的高度大于等于20mm，所述的试验箱7中填放土料，所述土料可为碎石、砂土、粘性土等土工填料。所述的上箱固定和调节高度的装置包括固定支架和上箱侧面设置的螺杆。通过在上箱侧壁设置的螺孔和螺杆配合上箱后侧壁调整上箱长度。
所述的竖向加载系统是指通过固定在试验台上的竖向反力架12上的液压千斤顶10，其前端安装位移传感器Ⅰ9，再与水平加压板8连接固定，用于对试验箱7中的土料施加均匀的竖向压力，水平加压板8的长宽稍小于箱的长宽，该系统能够保证整个试验过程中所施加的压力相同。
所述的水平拉拔系统包括拉压电机3或千斤顶，其前端与土工合成材料6的夹具5相连，夹具5可夹紧土工合成材料6，
所述的填土击实装置包括击实架19和击实锤27，击实架19和击实锤27的尺寸都应根据试验箱7的具体尺寸而定，击实架19可以通过其下部的U型插槽17插接在试验箱7的侧壁上，击实锤27上方的连杆应足够长，保证击实锤27落到试验箱7底部时，其不会从固定套筒中拔出，为保证密实度，击实锤27应具有足够的重量，击实架19上设置可在横梁上左右滑动的两根杆和前后滑动的两根杆。四根杆交叉处与固定击实锤27用的套筒滑动连接，所述的滑动连接指在击实锤套筒侧壁设置四个小套筒，击实架19上的四根杆从小套筒中穿过，并且它们之间的滑动连接方式可以由小套筒上的螺栓固定，击实时先击实靠近试验箱7侧壁的四周，之后在宽度的中间位置沿长度方向击实，这个过程可多次循环以达到压实度要求。
试验操作步骤简述如下：
拟定下试验箱7尺寸为：500×300×150mm（长×宽×高），上试验箱尺寸为：300×300×150mm（长×宽×高），其中上箱箱壁变薄之前高度也为150mm，击实锤尺寸为：100×150mm（长×宽），重5kg。
进行拉拔试验时：1.将试验箱7后部位移传感器Ⅱ14和支架取下，将试验箱7从竖向反力架下方滑到右侧，上下箱通过插杆23固定好；2.往下半箱中分层填入土料，严格控制每层填入的质量，整平，装上击实设备，将填料击实到预定高度来满足压实度的要求，击实过程中严格控制击实锤27高度和位置，先四周后中间，击实锤27高度通过第一层击实确定；3.当填土上表面稍高于窄缝21高后，把制备好的土工合成材料6平整铺在土面上，前端与夹具5相连，后端通过窄缝21穿出，通过钢绞丝11将待测点与位移传感器Ⅱ14相连，通过插板调整适当缝高；4.按照下箱土料填入方法分层填入上箱土料；5.将试验箱7推回竖向反力架下部并固定，按规定施加竖向压力，静置规定的时间，安装好位移传感器Ⅰ9，准备试验；6.调整拉拔装置按照预定拉拔速度进行拉拔试验。
进行直剪试验时，首先更换加压板，第1、2两步与拉拔试验相同；3.当土面略高于下箱顶面时，将土工合成材料6平铺于土面上，通过用胶粘或其它方式将其与下试验箱7固定好，以试验中土工合成材料6不产生褶皱和滑动为准，通过插板将窄缝21高调零，拔出上下箱固定插杆23，调整上箱长度，分层填入并击实上箱土料；4.将试验箱7推回预定位置，通过试验台2上的支架将上箱固定并调整其与下箱之间距离，不产生摩擦即可，施加竖向压力，将下箱与通过连接件20与拉压电机3连接；5.调整拉压电机3，按照预定剪切速度开始剪切试验。
两种试验在往试验箱7内填入土料前均匀在试验箱7侧壁上涂抹如凡士林等润滑剂，较少侧壁摩擦对实验结果的影响。
本发明的土工合成材料直剪、拉拔两用试验机，上箱长度可调，实现了直剪、拉拔试验箱的一体化，转换方便省时，降低造价，节省空间；试验设备在尺寸方面较目前大部分试验设备都大，可以很好的满足相关规范要求，并且尽量减小了尺寸效应的影响；试验过程数据采集的精细化和丰富化，通过所设的拉、压力传感器以及多个位移传感器，实现了对整个试验过程中所关注的主要因素进行详细的量测与记录；通过试验箱7留有玻璃视窗，采用工业体视显微镜对筋-土界面及一定范围内的填土颗粒在试验过程中的变化进行连续拍摄，可通过数字图像处理软件进行处理，得到局部孔隙率、配位数、颗粒长轴定向等细观参数演化过程，实现对整个试验过程的宏-细观分析；本发明操作难度降低，试验的整个过程数据采集，拍照记录都实现了自动化，试验过程中完全不用人工操作即可完成对数据的采集及记录；在试验操作方面，以往试验操作过程随机性大，很难保证操作精度；本发明通过试验仪器及配套设施的改进，使得试验过程容易保证精度。

Claims (7)

1.一种土工合成材料直剪、拉拔两用试验机，其特征在于包括试验台，设置在此试验台底部的试验台支座，设置在所述试验台上的滑道，与此滑道滑动连接的试验箱，设置在此试验箱上的竖向加载系统、水平拉拔系统和击实设备，
所述的试验箱包括上箱和下箱，设置在所述下箱底部的滑轮，设置在所述上箱和下箱拉拔方向上一侧侧壁之间的可调整高度的窄缝，设置在所述上箱和下箱平行与拉拔方向上一侧壁的观察用钢化玻璃，设置在所述下箱的连接件，
所述的滑轮与所述的滑道滑动连接，
所述的水平拉拔系统包括设置在所述试验箱一侧的拉压电机，与此拉压电机输出端相连接的拉力传感器，与此拉力传感器相连接的夹具，与此夹具相连接的土工合成材料，设置在所述试验箱另一侧的传感器支架上的数个位移传感器Ⅱ，此数个位移传感器Ⅱ通过钢绞丝与所述的土工合成材料上的测点相连接，
所述的竖向加载系统包括设置在所述试验箱正上方的液压千斤顶，与此液压千斤顶相连接的竖向反力架和水平加压板，设置在所述液压千斤顶前端的位移传感器Ⅰ，
所述的击实设备包括击实支架，设置在此击实支架上的击实锤，设置在所述击实支架底端的U型插槽，此U型插槽插接在所述的试验箱上。
2.根据权利要求1所述的土工合成材料直剪、拉拔两用试验机，其特征在于所述的上箱和下箱的四个角均焊接有套筒，所述的上箱和下箱通过插入所述套筒内的插杆固定连接。
3.根据权利要求1所述的土工合成材料直剪、拉拔两用试验机，其特征在于所述的可调整高度的窄缝由设置在所述试验台支座上的上箱支架和设置在上箱和下箱连接处的调高螺栓来调整窄缝的高度。
4.根据权利要求1所述的土工合成材料直剪、拉拔两用试验机，其特征在于所述的上箱比下箱高，高出的部分的箱壁比其他部分的箱壁薄，在此壁面厚度变化处设置刮板。
5.根据权利要求1所述的土工合成材料直剪、拉拔两用试验机，其特征在于在所述的试验箱内设置上下抽动的插板，此插板头部设有刷毛，用来调整窄缝的缝高。
6.根据权利要求1所述的土工合成材料直剪、拉拔两用试验机，其特征在于所述的观察用钢化玻璃的高度不小于200mm。
7.根据权利要求1所述的土工合成材料直剪、拉拔两用试验机，其特征在于所述的试验箱内径尺寸长度大于等于500mm，宽度大于等于300mm，高度大于等于300mm。
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