CN111855388A - 一种膨胀土边坡灌木根茎的原位拉拔试验装置 - Google Patents

Abstract

一种膨胀土边坡灌木根茎的原位拉拔试验装置，包括固定底架、支撑架、拉拔部件和夹具；固定底架包括呈框状结构的底架主体和第一横梁；支撑架包括竖立固定连接在第一横梁上的中心立杆，其顶部开有滑轮槽；拉拔部件包括应力位移测量模块、滑轮结构、拉绳和伺服电机，拉绳的一端与伺服电机相连；应力位移测量模块包括测量滑块和应力传感器，拉绳的另一端与应力位移测量模块的上端相连，中心立杆靠近测量滑块的一侧设置有滑槽，滑槽旁设置有位移刻度线；应力位移测量模块的下端与夹具相连。本发明提供了一种膨胀土边坡灌木根茎的原位拉拔试验装置，结构简单，操作方便快捷，制造成本低廉，能够快速准确地测量灌木根茎的拉拔力和拉拔位移。

Description

一种膨胀土边坡灌木根茎的原位拉拔试验装置

技术领域

本发明属于测量装置技术领域，具体涉及一种膨胀土边坡灌木根茎的原位拉拔试验装置。

背景技术

膨胀土是一种含有较多蒙脱石、高岭石等亲水性矿物成分的一种特殊黏性土体，由于这些成分的存在，膨胀土表现出了特殊的工程性质。在干湿交替环境下，工程性质表现为土体体积发生明显胀缩，强度急剧衰减，对公路、铁路等浅表层的轻型结构危害十分严重。生态防护是治理膨胀土灾害的一种重要方法，灌木是膨胀土边坡生态防护的主力植被，灌木根系强大，能够固定表层土体，防止其发生滑动，且灌木自身的蒸腾作用保证边坡内部水分处于一个相对平衡的状态。灌木植被的原位拉拔试验数据是生态防护设计中所必需的参数，根据原位植物拉拔试验值来评价植被结构对边坡稳定性的贡献度。

现有的原位拉拔试验仍然采用皮尺和弹簧测力计等装置，难以测量得到真实的拉拔力和位移数据，测量效率和精度比较低下，不足以满足膨胀土边坡现场原位测试的迫切需求，因此需要设计一种膨胀土边坡灌木根茎的原位拉拔试验装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种膨胀土边坡灌木根茎的原位拉拔试验装置，以解决背景技术中提出的现有的原位拉拔试验仍然采用皮尺和弹簧测力计等装置，难以测量得到真实的拉拔力和位移数据，测量效率和精度比较低下，不足以满足膨胀土边坡现场原位测试的迫切需求的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种膨胀土边坡灌木根茎的原位拉拔试验装置，包括用于将整个原位拉拔试验装置固定在边坡上的固定底架、架设在固定底架上的支撑架、拉拔部件和用于夹取被测植物的夹具；所述固定底架包括呈框状结构的底架主体和设置在底架主体中部且两端固定连接在底架主体上的第一横梁；所述支撑架包括中心立杆，中心立杆竖立固定连接在第一横梁上，中心立杆的顶部开有滑轮槽；所述拉拔部件包括应力位移测量模块、滑轮结构、拉绳和伺服电机，所述滑轮结构架设在滑轮槽上，拉绳设在滑轮结构上，拉绳的一端与伺服电机相连；应力位移测量模块包括测量滑块和位于测量滑块上的应力传感器，拉绳的另一端与应力位移测量模块的上端相连，所述中心立杆靠近测量滑块的一侧设置有竖向的滑槽，在中心立杆的滑槽旁设置有位移刻度线；应力位移测量模块的下端与夹具相连。

在一种具体的实施方式中，所述夹具包括两个夹具外壳组件，所述夹具外壳组件在轴向方向呈半圆环形，两个夹具外壳组件拼合后呈圆环形柱体结构，所述夹具外壳组件的径向方向上设有用于为夹取片径向滑行提供空间的滑行槽和用于为夹取片上连接的导线穿过夹具外壳组件而与外部电源相连的导线槽，滑行槽和导线槽相连通并在径向方向上贯通夹具外壳组件，所述夹取片为电磁铁结构，当两个夹具外壳组件拼合后两个分别设置在不同夹具外壳组件滑行槽内的所述夹取片因电磁吸合后其内侧的半圆柱孔吸合形成圆柱形通孔，圆柱形通孔用于夹取被测植物，圆柱形通孔的孔壁即夹取片的夹持面，当夹取片上连接的导线通电时，两个所述夹取片产生磁性互相吸引，当夹取片上连接的导线停止通电时，两个所述夹取片自动松开；夹取片与夹持面相对的方向上连接有复位弹簧用于夹取片的复位。

在一种具体的实施方式中，所述夹具还包括固定连接在夹具外壳组件顶部的Y形金属杆，Y形金属杆通过拉绳与应力位移测量模块的下端相连；所述夹具外壳组件的材料为永磁金属材料，使得两个夹具外壳组件能自动吸合；所述夹具外壳组件上设置有凸块凹槽配合结构，用于在竖直方向的拉拔过程中使两个夹具外壳组件之间拼合更紧密。

在一种具体的实施方式中，所述夹具外壳组件在轴向方向不同高度位置设有两个以上滑行槽和导线槽，滑行槽内均设置有连接有导线的夹取片，且轴向方向不同高度位置的夹取片所围成的圆柱形通孔的半径不同；夹取片在滑行槽上均留有后退空间；在轴向方向不同高度位置的滑行槽的后退空间的距离不同。

在一种具体的实施方式中，所述圆柱形通孔即用于夹取被测植物的夹持面表面经过了糙化处理。

在一种具体的实施方式中，所述夹具与伺服电机共用一套电源系统，两者开关同步，试验开始时，伺服电机提供拉拔动力，夹具也自动完成夹取；试验结束后，断开伺服电机电源，夹具也自动得到放松。

在一种具体的实施方式中，所述测量滑块上设有滑动连接部与滑槽连接，使得测量滑块只能沿滑槽上下运动。

在一种具体的实施方式中，所述固定底架还包括斜向脚锥和电机支撑梁；所述底架主体为四边形框结构，所述底架主体的下方固定连接有多个能调节长度的斜向脚锥用于将原位拉拔试验装置稳定固定在边坡上；底架主体上还设置有用于支撑伺服电机的电机支撑梁。

在一种具体的实施方式中，所述支撑架还包括两根侧立杆、第二横梁和斜支撑杆，所述两根侧立杆分别竖立固定连接在第一横梁的两端上，第二横梁设置在装置顶部用于连接中心立杆和侧立杆，斜支撑杆的两端分别固定连接在侧立杆和底架主体上，使得斜支撑杆、侧立杆和底架主体的一部分形成稳定的直角三角形结构。

相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种膨胀土边坡灌木根茎的原位拉拔试验装置，结构简单，操作方便快捷，制造成本低廉，能够快速准确地测量灌木根茎的拉拔力和拉拔位移。

本发明实现了半自动化夹取灌木根茎，同时测量拉拔力和拉拔位移的功能，克服了原有原位测试方法测量精度和效率低下的问题，大大提高了试验效率，方便了试验操作，并提升了边坡灌木根茎原位测试的安全性。

使用可调节长度的斜向脚锥能够适应不用坡率的边坡结构，由于膨胀土边坡土质的特点，坡面土体结构疏松，采用四边形的框架结构能够最大限度保证拉拔结构的稳定。采用滑轮装置配合伺服电机，能够实现线性连续加载，测量数据相比于间断式加载更加准确。设计应力位移测量模块，实现了同时测量应力和位移且保证了数据精度，提高了测量效率，节约了设备成本。采用本发明中的夹具能够实现半自动化夹取和放松，本发明中的夹具内部布置了滑形槽，滑槽深度与相对应的夹取片的夹取范围相匹配，为滑槽内部的夹取片留出了恰当的后退空间，满足了大直径灌木根茎的夹取，同时也不影响外部磁性圆柱形组件的闭合。由于灌木根茎较为粗大，当植被根部被拔出时，会出现较大的应力突变，土体拉拔装置之间通过拉绳此类柔性装置连接，在应力发生突变时，起到了保护试验装置的作用。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明一种实施例的结构示意图；

图2是本发明一种实施例的应力位移测量模块的结构示意图；

图3是本发明一种实施例的夹具的半边的结构示意图；

图4是本发明一种实施例的夹具的整体的结构示意图；

图5是本发明一种实施例的夹具的A-A截面的剖面图。

其中，1、固定底架；2、支撑架；3、拉拔部件；4、夹具；11、底架主体；12、第一横梁；13、斜向脚锥；14、电机支撑梁；21、中心立杆；22、侧立杆；23、第二横梁；24、斜支撑杆；211、滑轮槽；212、滑槽；213、位移刻度线；31、应力位移测量模块；32、拉绳；33、滑轮结构；34、伺服电机；311、测量滑块；312、应力传感器；41、夹具外壳组件；42、夹取片；43、Y形金属杆；44、复位弹簧；411、凸块凹槽配合结构；412、滑行槽；413、导线槽。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

本发明的一种膨胀土边坡灌木根茎的原位拉拔试验装置，包括用于将整个原位拉拔试验装置固定在边坡上的固定底架1、架设在固定底架1上的支撑架2、拉拔部件3和用于夹取被测植物的夹具4；所述固定底架1包括呈框状结构的底架主体11和设置在底架主体11中部且两端固定连接在底架主体11上的第一横梁12；所述支撑架2包括中心立杆21，中心立杆21竖立固定连接在第一横梁12上，中心立杆21的顶部开有滑轮槽211；所述拉拔部件3包括应力位移测量模块31、滑轮结构33、拉绳32和伺服电机34，所述滑轮结构33架设在滑轮槽211上，拉绳32设在滑轮结构33上，拉绳32的一端与伺服电机34相连；应力位移测量模块31包括测量滑块311和位于测量滑块上的应力传感器312，拉绳32的另一端与应力位移测量模块31的上端相连，所述中心立杆21靠近测量滑块311的一侧设置有竖向的滑槽212，在中心立杆21的滑槽212旁设置有位移刻度线213；应力位移测量模块31的下端与夹具4相连。

所述夹具4包括两个夹具外壳组件41，所述夹具外壳组件41在轴向方向呈半圆环形，两个夹具外壳组件41拼合后呈圆环形柱体结构，所述夹具外壳组件41的径向方向上设有用于为夹取片42径向滑行提供空间的滑行槽412和用于为夹取片42上连接的导线穿过夹具外壳组件41而与外部电源相连的导线槽413，滑行槽和导线槽相连通并在径向方向上贯通夹具外壳组件41，所述夹取片42为电磁铁结构，当两个夹具外壳组件41拼合后两个分别设置在不同夹具外壳组件41滑行槽内的所述夹取片42因电磁吸合后其内侧的半圆柱孔吸合形成圆柱形通孔，圆柱形通孔用于夹取被测植物，圆柱形通孔的孔壁即夹取片42的夹持面，当夹取片42上连接的导线通电时，两个所述夹取片42产生磁性互相吸引，当夹取片42上连接的导线停止通电时，两个所述夹取片42自动松开；夹取片42与夹持面相对的方向上连接有复位弹簧44用于夹取片42的复位。

所述夹具4还包括固定连接在夹具外壳组件41顶部的Y形金属杆43，Y形金属杆43通过拉绳与应力位移测量模块31的下端相连；所述夹具外壳组件41的材料为永磁金属材料，使得两个夹具外壳组件41能自动吸合；所述夹具外壳组件41上设置有凸块凹槽配合结构411，用于在竖直方向的拉拔过程中使两个夹具外壳组件41之间拼合更紧密。

所述夹具外壳组件41在轴向方向不同高度位置设有两个以上滑行槽412和导线槽413，滑行槽412内均设置有连接有导线的夹取片42，且轴向方向不同高度位置的夹取片42所围成的圆柱形通孔的半径不同；夹取片42在滑行槽412上均留有后退空间；在轴向方向不同高度位置的滑行槽的后退空间的距离不同。

所述圆柱形通孔即用于夹取被测植物的夹持面表面经过了糙化处理。

所述夹具4与伺服电机34共用一套电源系统，两者开关同步，试验开始时，伺服电机34提供拉拔动力，夹具4也自动完成夹取；试验结束后，断开伺服电机34电源，夹具4也自动得到放松。

所述测量滑块311上设有滑动连接部与滑槽212连接，使得测量滑块311只能沿滑槽212上下运动。

所述固定底架1还包括斜向脚锥13和电机支撑梁14；所述底架主体11为四边形框结构，所述底架主体11的下方固定连接有多个能调节长度的斜向脚锥13用于将原位拉拔试验装置稳定固定在边坡上；底架主体11上还设置有用于支撑伺服电机34的电机支撑梁14。

所述支撑架2还包括两根侧立杆22、第二横梁23和斜支撑杆24，所述两根侧立杆22分别竖立固定连接在第一横梁11的两端上，第二横梁23设置在装置顶部用于连接中心立杆21和侧立杆22，斜支撑杆24的两端分别固定连接在侧立杆22和底架主体11上，使得斜支撑杆24、侧立杆22和底架主体11的一部分形成稳定的直角三角形结构。

本发明的具体操作方法如下：

一、选取好测量位置，将固定底架放置在边坡坡面上，将固定底架的斜向角锥楔入坡体内部。

二、将夹具的夹具外壳组件及夹取片放置在灌木根茎的两侧，完成自动吸取闭合。

三、拉紧拉绳至微微紧绷状态，记录此时应力传感器和测量滑块的应力和位移数据，打开伺服电机开关，夹具也同时通电自动完成夹取，开始拉拔试验。

四、随着伺服电机的转动，观察应力数据，当数值出现下降趋势时，记录应力传感器的应力峰值和测量滑块的位移数据。

五、完成数据记录后，断开伺服电机电源，夹具也同时断电自动放松，手动打开闭合的夹具外壳组件及夹取片，完成单次原位拉拔试验。

六、取出固定底架，更换测量点位，重复前述操作。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种膨胀土边坡灌木根茎的原位拉拔试验装置，其特征在于，包括用于将整个原位拉拔试验装置固定在边坡上的固定底架(1)、架设在固定底架(1)上的支撑架(2)、拉拔部件(3)和用于夹取被测植物的夹具(4)；所述固定底架(1)包括呈框状结构的底架主体(11)和设置在底架主体(11)中部且两端固定连接在底架主体(11)上的第一横梁(12)；所述支撑架(2)包括中心立杆(21)，中心立杆(21)竖立固定连接在第一横梁(12)上，中心立杆(21)的顶部开有滑轮槽(211)；所述拉拔部件(3)包括应力位移测量模块(31)、滑轮结构(33)、拉绳(32)和伺服电机(34)，所述滑轮结构(33)架设在滑轮槽(211)上，拉绳(32)设在滑轮结构(33)上，拉绳(32)的一端与伺服电机(34)相连；应力位移测量模块(31)包括测量滑块(311)和位于测量滑块上的应力传感器(312)，拉绳(32)的另一端与应力位移测量模块(31)的上端相连，所述中心立杆(21)靠近测量滑块(311)的一侧设置有竖向的滑槽(212)，在中心立杆(21)的滑槽(212)旁设置有位移刻度线(213)；应力位移测量模块(31)的下端与夹具(4)相连。

2.根据权利要求1所述的膨胀土边坡灌木根茎的原位拉拔试验装置，其特征在于，所述夹具(4)包括两个夹具外壳组件(41)，所述夹具外壳组件(41)在轴向方向呈半圆环形，两个夹具外壳组件(41)拼合后呈圆环形柱体结构，所述夹具外壳组件(41)的径向方向上设有用于为夹取片(42)径向滑行提供空间的滑行槽(412)和用于为夹取片(42)上连接的导线穿过夹具外壳组件(41)而与外部电源相连的导线槽(413)，滑行槽和导线槽相连通并在径向方向上贯通夹具外壳组件(41)，所述夹取片(42)为电磁铁结构，当两个夹具外壳组件(41)拼合后两个分别设置在不同夹具外壳组件(41)滑行槽内的所述夹取片(42)因电磁吸合后其内侧的半圆柱孔吸合形成圆柱形通孔，圆柱形通孔用于夹取被测植物，圆柱形通孔的孔壁即夹取片(42)的夹持面，当夹取片(42)上连接的导线通电时，两个所述夹取片(42)产生磁性互相吸引，当夹取片(42)上连接的导线停止通电时，两个所述夹取片(42)自动松开；夹取片(42)与夹持面相对的方向上连接有复位弹簧(44)用于夹取片(42)的复位。

3.根据权利要求2所述的膨胀土边坡灌木根茎的原位拉拔试验装置，其特征在于，所述夹具(4)还包括固定连接在夹具外壳组件(41)顶部的Y形金属杆(43)，Y形金属杆(43)通过拉绳与应力位移测量模块(31)的下端相连；所述夹具外壳组件(41)的材料为永磁金属材料，使得两个夹具外壳组件(41)能自动吸合；所述夹具外壳组件(41)上设置有凸块凹槽配合结构(411)，用于在竖直方向的拉拔过程中使两个夹具外壳组件(41)之间拼合更紧密。

4.根据权利要求2所述的膨胀土边坡灌木根茎的原位拉拔试验装置，其特征在于，所述夹具外壳组件(41)在轴向方向不同高度位置设有两个以上滑行槽(412)和导线槽(413)，滑行槽(412)内均设置有连接有导线的夹取片(42)，且轴向方向不同高度位置的夹取片(42)所围成的圆柱形通孔的半径不同；夹取片(42)在滑行槽(412)上均留有后退空间；在轴向方向不同高度位置的滑行槽的后退空间的距离不同。

5.根据权利要求2所述的膨胀土边坡灌木根茎的原位拉拔试验装置，其特征在于，所述圆柱形通孔即用于夹取被测植物的夹持面表面经过了糙化处理。

6.根据权利要求2所述的膨胀土边坡灌木根茎的原位拉拔试验装置，其特征在于，所述夹具(4)与伺服电机(34)共用一套电源系统，两者开关同步，试验开始时，伺服电机(34)提供拉拔动力，夹具(4)也自动完成夹取；试验结束后，断开伺服电机(34)电源，夹具(4)也自动得到放松。

7.根据权利要求1所述的膨胀土边坡灌木根茎的原位拉拔试验装置，其特征在于，所述测量滑块(311)上设有滑动连接部与滑槽(212)连接，使得测量滑块(311)只能沿滑槽(212)上下运动。

8.根据权利要求1所述的膨胀土边坡灌木根茎的原位拉拔试验装置，其特征在于，所述固定底架(1)还包括斜向脚锥(13)和电机支撑梁(14)；所述底架主体(11)为四边形框结构，所述底架主体(11)的下方固定连接有多个能调节长度的斜向脚锥(13)用于将原位拉拔试验装置稳定固定在边坡上；底架主体(11)上还设置有用于支撑伺服电机(34)的电机支撑梁(14)。

9.根据权利要求8所述的膨胀土边坡灌木根茎的原位拉拔试验装置，其特征在于，所述支撑架(2)还包括两根侧立杆(22)、第二横梁(23)和斜支撑杆(24)，所述两根侧立杆(22)分别竖立固定连接在第一横梁(11)的两端上，第二横梁(23)设置在装置顶部用于连接中心立杆(21)和侧立杆(22)，斜支撑杆(24)的两端分别固定连接在侧立杆(22)和底架主体(11)上，使得斜支撑杆(24)、侧立杆(22)和底架主体(11)的一部分形成稳定的直角三角形结构。

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