CN113567234A - 一种用于土工织物侧限拉伸的夹具装置及实施方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于土工织物侧限拉伸的夹具装置及实施方法。包括上部夹持装置、下部夹持装置、直线滑动滑块、光滑杆和快速夹；上部夹持装置和下部夹持装置上下对称布置，光滑杆穿过上部夹持装置和直线滑动滑块后固定于下部夹持装置中，上部夹持装置和下部夹持装置之间布置有直线滑动滑块，快速夹固定于直线滑动滑块上，土工织物的上下两侧分别固定于上部夹持装置和下部夹持装置中，土工织物的左右两侧分别固定于各自的快速夹上。本发明可以实现土工织物在平面内单向伸长变形，同时对侧向位移进行限制，减少了织物在单向拉伸试验中因颈缩带来的误差，获得了更准确的材料力学性能参数，提高了实验数据的准确性，有效指导土工织物的生产工艺。

Description

一种用于土工织物侧限拉伸的夹具装置及实施方法
技术领域
本发明属于土工织物力学性能测试技术领域的一种夹具，具体涉及一种用于土工织物侧限拉伸的夹具装置及实施方法。土工织物在平面拉伸实验时对其侧向位移进行限制的固定夹具。本发明还涉及使用上述拉伸夹具对土工织物进行侧限拉伸的方法，可减小单向拉伸时织物颈缩带来的实验误差，同时保持织物的平面拉伸状态。
背景技术
作为新型反滤材料，土工织物在工程建设中得到了越来越广泛的应用，生产工艺要求日益提高。实际工况中，土工织物因受拉产生变形，导致反滤性能失效，土体发生淤堵或渗漏。《土工合成材料测试规程》(SL235-2012)中常采用等效孔径反映土工织物的反滤性能，因此受拉状态下孔径参数的确定在土工织物反滤设计中具有重要意义。目前主要通过单向拉伸实验确定上述参数。现通用的单向拉伸实验是将土工织物上下两侧采用夹具夹持并进行张拉，土工织物处于单向受拉状态，但缺点在于未考虑织物的颈缩变形带来的孔径误差。随着拉伸进行，土工织物侧向变形增大，尤其是无纺织物的颈缩现象明显，拉伸过程中因无纺织物颈缩变形产生的孔径与颈缩变形受限制的织物孔径相比，误差可达40％。因此发明一种夹具及实施方法，限制土工织物的侧向变形，同时在拉伸方向上产生平面伸长变形，减小了因织物颈缩带来的实验误差，获得了更精准的孔径参数，有效指导织物的生产工艺。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种用于土工织物侧限拉伸的夹具装置及实施方法，可保证土工织物单向拉伸过程中土工织物的横向距离始终保持不变，即保持土工织物左右两侧之间的距离不变；随着织物拉伸，已安装快速夹的直线滑动滑块相对杆在拉伸方向上滑动，土工织物在处于侧向位移限制的情况下，沿拉伸方向伸长变形，减少织物因颈缩带来的实验误差。
本发明所采用的技术方案是：
一、用于土工织物侧限拉伸的夹具装置
本发明包括上部夹持装置、下部夹持装置、直线滑动滑块、光滑杆和快速夹；所述上部夹持装置和下部夹持装置上下对称地装夹于拉力机上，光滑杆穿过上部夹持装置和直线滑动滑块后固定于下部夹持装置中，上部夹持装置和下部夹持装置的两侧之间均布置有直线滑动滑块，快速夹通过螺栓固定安装于直线滑动滑块的侧面上，保证快速夹与直线滑动滑块之间无相对位移，土工织物的上下两侧分别固定于上部夹持装置和下部夹持装置中，土工织物的左右两侧分别固定于各自的快速夹上。
上部夹持装置和下部夹持装置的左右两侧均设有预开孔，且上部夹持装置上的预开孔的中心与下部夹持装置上对应的预开孔的中心在同一竖直轴线上，每根光滑杆竖直向下分别穿过各自的上部夹持装置两侧的预开孔、上部夹持装置和下部夹持装置两侧之间的直线滑动滑块以及下部夹持装置两侧的预开孔后通过螺栓固定于下部夹持装置中。
所述的快速夹包括快速夹头和夹板，快速夹头固定于夹板的上表面上，快速夹头用于固定土工织物，夹板的底部固定于直线滑动滑块的侧面，土工织物平行于夹板放置。
所述的直线滑动滑块的数量根据待测的土工织物的长度确定，直线滑动滑块的数量和快速夹的数量相等。
通过调节所述的快速夹以实现土工织物左右两侧的固定，使得在拉伸过程中土工织物左右两侧之间的距离保持不变，随着土工织物被拉伸，直线滑动滑块和其上的快速夹均沿着土工织物被拉伸的方向在光滑杆上滑动。
土工织物的上侧固定于所述的上部夹持装置中，土工织物的下侧固定于下部夹持装置中，上部夹持装置顶部的中心和下部夹持装置底部的中心均设有凸块，上部夹持装置和下部夹持装置均通过各自的凸块分别固定于拉力机的上端和下端，拉力机还与计算机连接。
二、用于土工织物侧限拉伸的实施方法包括以下过程：
首先，将上部夹持装置和下部夹持装置通过各自的凸块分别固定于拉力机的上端和下端；根据待测的土工织物的长度调整直线滑动滑块的数量，然后，每根光滑杆竖直向下分别穿过各自的上部夹持装置两侧的预开孔、上部夹持装置和下部夹持装置两侧之间的直线滑动滑块以及下部夹持装置两侧的预开孔后固定于下部夹持装置中，将土工织物平行于夹板放置，保证侧限拉伸实验中土工织物处于平面拉伸状态且使土工织物两侧受力均匀；接着将土工织物的上侧通过上部夹持装置上的螺栓固定于上部夹持装置中，土工织物的下侧通过下部夹持装置上的螺栓固定于下部夹持装置中，土工织物的左右两侧通过快速夹头固定于各自的快速夹上，保证织物在实验过程中全程不产生滑移、脱落；最后，在计算机的拉伸软件中设置拉力机的拉伸速率，启动拉力机，保持上部夹持装置固定在拉力机的上端不动，竖直向下拉伸拉力机的下端，下部夹持装置在拉力机荷载的作用下按照设置的拉伸速率竖直向下移动，进而使得直线滑动滑块和其上的快速夹均沿着土工织物被拉伸的方向在光滑杆上滑动，通过拉伸软件中显示的拉力—伸长量曲线，记录试样的拉伸状态，运行拉力机直至试样破坏后停机。
本发明的土工织物侧限拉伸的夹具装置及实施方法可保证土工织物单向拉伸过程中织物的横向距离保持不变，同时，随着土工织物的拉伸，直线滑动滑块和快速夹随之移动，保证土工织物始终处于平面拉伸状态，减小了织物因颈缩带来的实验误差，提高了材料力学性能参数的准确性。
本发明的有益效果是：
本发明可通过拆卸或安装直线滑动滑块，以适合于不同土工织物试样的长度，同时光滑杆的对称布置保证了实验材料的对中性，提高了实验数据的精确性。
本发明可以实现土工织物在单向拉伸过程中织物的侧向变形受限制，并且随着土工织物的拉伸，直线滑动滑块和快速夹随之移动，保证土工织物始终处于平面拉伸状态。本发明减少了织物因颈缩变形带来的误差，获得了更准确的材料力学性能参数如等效孔径，知道孔径的变化规律后就能知道土工织物在工程中对孔径的要求，能够有效指导土工织物的生产工艺。
附图说明
图1为土工织物侧限拉伸夹具装置背面结构示意图；
图2为土工织物侧限拉伸夹具装置正面结构示意图；
图3为土工织物侧限拉伸夹具装置正视图；
图4为土工织物侧限拉伸夹具装置侧视图；
图5为土工织物侧限拉伸夹具装置俯视图；
图6为快速夹结构示意图；
图7为有纺织物单向拉伸与单向侧限拉伸中等效孔径O95变化趋势比较图；
图8为无纺织物单向拉伸与单向侧限拉伸中等效孔径O95变化趋势比较图。
图中，1上部夹持装置、2下部夹持装置、3直线滑动滑块、4光滑杆、5快速夹、51快速夹头、52夹板、6螺栓。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1-图5所示，包括上部夹持装置1、下部夹持装置2、直线滑动滑块3、光滑杆4和快速夹5；所述上部夹持装置1和下部夹持装置2上下对称地夹装于拉力机上，图中拉力机未画出，光滑杆4穿过上部夹持装置1和直线滑动滑块3 后固定于下部夹持装置2中，上部夹持装置1和下部夹持装置2的两侧之间均布置有直线滑动滑块3，快速夹5通过螺栓固定安装于直线滑动滑块3的侧面上，保证快速夹5与直线滑动滑块3之间无相对位移，土工织物的上下两侧分别固定于上部夹持装置1和下部夹持装置2中，土工织物的左右两侧分别固定于各自的快速夹5上。
如图1和图3所示，上部夹持装置1和下部夹持装置2的左右两侧均设有预开孔，且上部夹持装置1上的预开孔的中心与下部夹持装置2上对应的预开孔的中心在同一竖直轴线上，每根光滑杆4竖直向下分别穿过各自的上部夹持装置1两侧的预开孔、上部夹持装置1和下部夹持装置2两侧之间的直线滑动滑块3以及下部夹持装置2两侧的预开孔后通过螺栓6固定于下部夹持装置2 中，确保了实验过程中试样处于平面拉伸状态。
如图2和图6所示，快速夹包括快速夹头51和夹板52，快速夹头51固定于夹板52的上表面上，快速夹头51用于固定土工织物，夹板52的底部固定于直线滑动滑块的侧面，土工织物平行于夹板52放置。
直线滑动滑块3的数量根据待测的土工织物的长度确定，直线滑动滑块3 的数量和快速夹5的数量相等。
通过快速夹5的特殊结构，保证在施加一定的力按下快速夹头51后可以将土工织物两侧固定于快速夹上，并使其在试验过程中全程不产生滑移和脱落。通过调节快速夹5以实现土工织物左右两侧的固定，使得在拉伸过程中土工织物左右两侧之间的距离保持不变，随着土工织物被拉伸，直线滑动滑块3和其上的快速夹5均沿着土工织物被拉伸的方向在光滑杆4上滑动。
土工织物的上侧固定于所述的上部夹持装置1中，土工织物的下侧固定于下部夹持装置2中，上部夹持装置1顶部的中心和下部夹持装置2底部的中心均设有凸块，上部夹持装置1和下部夹持装置2均通过各自的凸块分别固定于拉力机的上端和下端，拉力机还与计算机连接。
本发明的实施方法，其具体步骤如下：首先，将上部夹持装置1和下部夹持装置2通过各自的凸块分别固定于拉力机的上端和下端；根据待测的土工织物的长度调整直线滑动滑块3的数量，然后，每根光滑杆4竖直向下分别穿过各自的上部夹持装置1两侧的预开孔、上部夹持装置1和下部夹持装置2两侧之间的直线滑动滑块3以及下部夹持装置2两侧的预开孔后固定于下部夹持装置2中，将土工织物平行于夹板52放置，保证侧限拉伸实验中土工织物处于平面拉伸状态且使土工织物两侧受力均匀；接着将土工织物的上侧通过上部夹持装置1上的螺栓固定于上部夹持装置1中，土工织物的下侧通过下部夹持装置2 上的螺栓固定于下部夹持装置2中，土工织物的左右两侧通过快速夹头51固定于各自的快速夹5上，保证织物在实验过程中全程不产生滑移、脱落；最后，在计算机的拉伸软件中设置拉力机的拉伸速率，启动拉力机，保持上部夹持装置1固定在拉力机的上端不动，竖直向下拉伸拉力机的下端，下部夹持装置2 在拉力机荷载的作用下按照设置的拉伸速率竖直向下移动，进而使得直线滑动滑块3和其上的快速夹5均沿着土工织物被拉伸的方向在光滑杆4上滑动，通过拉伸软件中显示的拉力—伸长量曲线，记录试样的拉伸状态，运行拉力机直至试样破坏后停机。
本发明中两根光滑杆4对称穿过预开孔，光滑杆4下端固定于下部夹持装置2，保证了试样的对中性，避免织物两侧受力不均匀；每根光滑杆4上穿过若干个已安装快速夹5的直线滑动滑块3，通过调节直线滑动滑块3的数量，以适应不同长度的试样；通过旋紧下部夹持装置2的螺栓6将光滑杆4下端固定于下部夹持装置2，同时确保了实验过程中试样处于平面拉伸状态；根据土工织物的宽度将其平行于夹板52放置，按下快速夹头51开关将其固定，确保土工织物无皱缩，进行侧限拉伸试验。
实施例1
选用宁波鸿环土工合成材料有限公司生产的有纺织物，出厂标定单位面积质量分别为250g/m2，据此将该织物命名为W250。
将待测试有纺织物按照《土工合成材料测试规程》(SL 235-2012)的要求，裁剪出31cm×20cm的条形试样。
根据试样的尺寸调整快速夹5和直线滑动滑块3的数量。
将待测试有纺织物试样的上、下两侧各预留5cm分别安装在上部夹持装置 1和下部夹持装置2中，并按照本发明将有纺织物左右两侧各预留3cm使用快速夹5固定。
将上部夹持装置1的顶部和下部夹持装置2的底部分别固定于拉力机的上端和下端。
在计算机软件中设置拉力机的拉伸速率，按照实施方法的具体步骤对有纺织物试样进行侧限单向拉伸。
等效孔径O95为最重要的特征孔径，意为织物中95％的孔径小于该孔径，《土工合成材料测试规程》(SL 235-2012)中常采用O95反映土工织物的反滤性能。分析有纺织物的等效孔径O95随着侧限单向拉应变增加的变化趋势，结果如图7 所示。
采用同种实验材料制备试样，控制其它实验条件相同，按照实施方法的具体步骤进行有纺织物的无侧限单向拉伸实验，分析有纺织物在不受侧向变形限制的条件下，其等效孔径O95在单向拉应变0到17％下的变化趋势，结果如图7 所示。
通过有纺织物实验数据的分析结果，侧限单向拉伸实验中，等效孔径O95 大于无侧限单向拉伸应变下的等效孔径，特别是在应变为8％时，颈缩作用下的等效孔径比侧向变形受限制的等效孔径减小了11％。
实施例2
选用宁波鸿环土工合成材料有限公司生产的无纺织物，出厂标定单位面积质量分别为200g/m2，据此将该织物命名为NW200。
将待测试无纺织物按照《土工合成材料测试规程》(SL 235-2012)的要求，裁剪出31cm×20cm的条形试样。
根据试样的尺寸调整快速夹(5)和直线滑动滑块(3)的数量。
将待测试无纺织物试样的上、下两侧各预留5cm安装在夹持装置中，并按照本发明将织物左右两侧各预留3cm使用快速夹(5)固定。
将上部夹持装置1的顶部和下部夹持装置2的底部分别固定于拉力机的上端和下端。
在计算机软件中设置拉力机的拉伸速率，按照实施方法的具体步骤对无纺织物试样进行侧限的单向拉伸。
使用环形板，将试样拉伸过程中0，3％，5％和10％应变下的试样固定，进行干筛试验。
分析无纺织物的等效孔径O95在侧限单向拉应变从0到10％时的变化趋势，结果如图8所示。
采用同种实验材料制备试样，控制其它实验条件相同，按照实施方法的具体步骤进行无纺织物的无侧限单向拉伸实验，分析无纺织物不受侧向变形限制的情况下，其等效孔径O95在0，3％，5％和10％应变下的变化趋势，结果如图 8所示。
通过无纺织物实验数据的分析结果，侧限单向拉伸实验中，等效孔径O95随拉应变增加而增大，无侧限单向拉伸应变下的等效孔径随拉应变增加而减小，当拉应变达到10％，颈缩作用下的等效孔径比侧向变形受限制的等效孔径减小了40％。
显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于土工织物侧限拉伸的夹具装置，其特征在于：包括上部夹持装置(1)、下部夹持装置(2)、直线滑动滑块(3)、光滑杆(4)和快速夹(5)；所述上部夹持装置(1)和下部夹持装置(2)上下对称地装夹于拉力机上，光滑杆(4)穿过上部夹持装置(1)和直线滑动滑块(3)后固定于下部夹持装置(2)中，上部夹持装置(1)和下部夹持装置(2)的两侧之间均布置有直线滑动滑块(3)，快速夹(5)固定安装于直线滑动滑块(3)上，土工织物的上下两侧分别固定于上部夹持装置(1)和下部夹持装置(2)中，土工织物的左右两侧分别固定于各自的快速夹(5)上。
2.根据权利要求1所述的一种用于土工织物侧限拉伸的夹具装置，其特征在于：上部夹持装置(1)和下部夹持装置(2)的两侧均设有预开孔，且上部夹持装置(1)上的预开孔的中心与下部夹持装置(2)上对应的预开孔的中心在同一轴线上，每根光滑杆(4)竖直向下分别穿过各自的上部夹持装置(1)两侧的预开孔、上部夹持装置(1)和下部夹持装置(2)两侧之间的直线滑动滑块(3)以及下部夹持装置(2)两侧的预开孔后固定于下部夹持装置(2)中。
3.根据权利要求1所述的一种用于土工织物侧限拉伸的夹具装置，其特征在于：所述的快速夹(5)包括快速夹头(51)和夹板(52)，快速夹头(51)固定于夹板(52)上，快速夹头(51)用于固定土工织物，夹板(52)的底部固定于直线滑动滑块(3)的侧面。
4.根据权利要求1所述的一种用于土工织物侧限拉伸的夹具装置，其特征在于：所述的直线滑动滑块(3)的数量根据待测的土工织物的长度确定，直线滑动滑块(3)的数量和快速夹(5)的数量相等。
5.根据权利要求1所述的一种用于土工织物侧限拉伸的夹具装置，其特征在于：通过调节所述的快速夹(5)以实现土工织物左右两侧的固定，使得在拉伸过程中土工织物左右两侧之间的距离保持不变，随着土工织物被拉伸，直线滑动滑块(3)和其上的快速夹(5)均沿着土工织物被拉伸的方向在光滑杆(4)上滑动。
6.根据权利要求1所述的一种用于土工织物侧限拉伸的夹具装置，其特征在于：土工织物的上侧固定于所述的上部夹持装置(1)中，土工织物的下侧固定于下部夹持装置(2)中，上部夹持装置(1)顶部的中心和下部夹持装置(2)底部的中心均设有凸块，上部夹持装置(1)和下部夹持装置(2)均通过各自的凸块分别固定于拉力机的上端和下端，拉力机还与计算机连接。
7.一种用于土工织物侧限拉伸的实施方法，其特征在于，包括以下过程：首先，将上部夹持装置(1)和下部夹持装置(2)通过各自的凸块分别固定于拉力机的上端和下端；根据待测的土工织物的长度调整直线滑动滑块(3)的数量，然后，每根光滑杆(4)竖直向下分别穿过各自的上部夹持装置(1)两侧的预开孔、上部夹持装置(1)和下部夹持装置(2)两侧之间的直线滑动滑块(3)以及下部夹持装置(2)两侧的预开孔后固定于下部夹持装置(2)中，将土工织物平行于夹板(52)放置，接着将土工织物的上侧通过上部夹持装置(1)上的螺栓固定于上部夹持装置(1)中，土工织物的下侧通过下部夹持装置(2)上的螺栓固定于下部夹持装置(2)中，土工织物的左右两侧通过快速夹头(51)固定于各自的快速夹(5)上，最后，在计算机的拉伸软件中设置拉力机的拉伸速率，启动拉力机，保持上部夹持装置(1)固定在拉力机的上端不动，竖直向下拉伸拉力机的下端，下部夹持装置(2)在拉力机荷载的作用下按照设置的拉伸速率竖直向下移动，进而使得直线滑动滑块(3)和其上的快速夹(5)均沿着土工织物被拉伸的方向在光滑杆(4)上滑动，通过拉伸软件中显示的拉力—伸长量曲线，记录试样的拉伸状态，运行拉力机直至试样破坏后停机。
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