CN114018706B - 用同一装置开展轮胎加筋土地基承载力和拉拔试验的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为用同一装置开展轮胎加筋土地基承载力和拉拔试验的方法，所述装置包括模型箱系统；模型箱系统包含由矩形钢板、底板及多个槽钢可拆卸拼接的试验箱，通过槽钢、矩形钢板以及底板的组装和拆卸实现对模型箱内部尺寸的调整，试验箱的上表面由竖向方向荷载施加系统的可伸缩加载板覆盖；所述水平方向拉拔系统通过钢丝拉线、夹具、链杆与待测试的废旧轮胎固定在一起，钢丝拉线绑定废旧轮胎后引出的整股部分和链杆始终在同一直线上，且二者位于夹具的轴线上；该方法包括废旧轮胎拉拔试验和废旧轮胎加筋土地基承载力试验。该方法既能完成地基承载力实验又能进行拉拔试验，能将轮胎结构整体拔出，且箱体结构能够适用多种轮胎尺寸，适应性强。

Description

用同一装置开展轮胎加筋土地基承载力和拉拔试验的方法
技术领域
本发明涉及土木工程和地质工程试验技术领域，特别涉及可开展轮胎加筋土地基承载力及轮胎拉拔试验的用同一装置开展轮胎加筋土地基承载力和拉拔试验的方法。
背景技术
近年来，我国每年产生的废旧轮胎数量多年位居世界第一，且年报废量逐年剧增。大量废轮胎堆积不仅占用土地，严重污染自然环境，危害居民健康，对其处理不当会带来严重的环境问题。如何科学、环保、安全、经济地高效回收利用废旧轮胎是亟待解决的重大现实问题。由于具有良好的耐久性、环向抗拉性和胎面摩阻性等特点，废旧轮胎已被应用于加固岩土边坡、挡土墙、路堤和软弱地基等加筋土工程。废旧轮胎加筋土工程已成为解决废旧轮胎回收利用世界性难题的新方案。筋-土界面力学行为是加筋土工程的核心机理之一。拉拔试验则是测定其被拉物体与周围材料界面参数的重要试验，因此，为掌握废旧轮胎加筋土的加固机理和性能，废旧轮胎与土界面力学特性的测定是至关重要的。
通常地，为最大限度发挥废旧轮胎对岩土的加固效益，废旧轮胎加筋土是将轮胎水平地排列埋入地下土层中。因此，可以认为废旧轮胎的拉拔试验是一个立体试验，然而当前有关废旧轮胎拉拔试验仪器的专利及文献大都是采用轮胎条或者轮胎片。事实上，废旧轮胎是一个整体，埋入土体后既有水平界面也有竖直界面，因此单纯的采用水力方向的轮胎条或者轮胎片进行拉拔试验势必无法反映整个废旧轮胎与土体的力学特性。此外，现行的加筋土相关技术规范(如《公路土工合成材料应用技术规范(JTG/T D32-2012)》、《公路路基设计规范(JTG D30-2015)》和《铁路路基设计规范(TB 10001-2016)》等)尚无废旧轮胎整体拉拔测试的相关条文规定。考虑到，采用废旧轮胎进行土体改良，其改良后的地基承载力则是至关重要的改良指标。埋入土体的轮胎既有可能是单层埋入，也有可能是多层埋入。当前有关废旧轮胎地基承载力的测试装置大都只能进行单类型的试验。如文献《李俊鹏.废旧轮胎加筋建筑垃圾土地基力学性能研究[D].湖北工业大学,2020.》，使用该仪器只能单纯的进行废旧轮胎加筋土地基承载力的单类型试验，并且该仪器过于庞大，试验步骤亦较为繁琐。因此，如何设计一种试验装置既能进行轮胎整体的拉拔试验也能进行轮胎加筋土地基承载力的测试，最大限度的提高设备利用率，节约成本，同时还能突破试验仪器对轮胎尺寸的限制显得尤为迫切。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是：用同一装置开展轮胎加筋土地基承载力和拉拔试验的方法，该方法既能完成地基承载力实验又能进行拉拔试验，能将轮胎结构整体拔出，且箱体结构能够适用多种轮胎尺寸，适应性强。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：提供一种用同一装置开展轮胎加筋土地基承载力和拉拔试验的方法，所述装置包括竖直方向荷载施加系统、水平方向拉拔系统、模型箱系统和数据采集系统；其特征在于，所述模型箱系统包含由矩形钢板、底板及多个槽钢可拆卸拼接的试验箱，多个槽钢组成试验箱的左右侧壁，且多个槽钢之间也是可拆卸连接，通过槽钢、矩形钢板以及底板的组装和拆卸实现对模型箱内部尺寸的调整，试验箱的上表面由竖向方向荷载施加系统的可伸缩加载板覆盖；所述水平方向拉拔系统通过钢丝拉线、夹具、链杆与待测试的废旧轮胎固定在一起，钢丝拉线绑定废旧轮胎后引出的整股部分和链杆始终在同一直线上，且二者位于夹具的轴线上；该方法包括废旧轮胎拉拔试验和废旧轮胎加筋土地基承载力试验，具体步骤是：
一、废旧轮胎拉拔试验步骤
S1，根据轮胎的形状参数、个数及排列组合方式、埋深确定试验箱的尺寸、可伸缩加载板大小、槽钢(15)的位置和数量，即确定试验箱内部空间的大小；
S2，确定填料(19)类型、压实度、含水率，根据试验箱内部空间的大小和填料的密度称取相应质量的填料(19)；
S3，确定试验箱内填料的总层数，将填料(19)由下至上分层填筑并夯实，每夯实一层则检测该层的三相指标，三相指标为密度、含水率和颗粒比重，每层填料(19)的三相指标变化在设定的指标变化阈值范围内时，则认为箱内填料(19)性质均匀，否则应具体分析差异产生的原因，调整后重新填筑并再次检测；
S4，设定埋设轮胎位置的层数，在该埋设轮胎位置的层数，轮胎埋设位置所牵出的钢丝拉线应与夹具位于同一水平面内，压实至设定层数后铺设已经缠绕好钢丝拉线(10)的废旧轮胎(14)，将钢丝拉线(10)的另一端贴合至槽钢(15)的内壁附近，继续将剩余层数填料(19)分层压实，在进行最后一层夯实时，顶层填料(19)进行错印满夯至顶面平整，用塑料布进行封装，静置24h；
S5，将塑料布移除并将可伸缩加载板(18)放置在填料(19)顶面，采用推车或者叉车将模型箱系统放置在反力架(1)内，调整箱体位置，保证竖直方向荷载施加系统的压头(4)位于可伸缩加载板(18)的正上方；
S6，启动竖直方向荷载施加系统，并将所有位移数据和应力数据清零，使压头(4)接触可伸缩加载板(18)的顶端，采用应力控制方式施加预定上覆荷载，同时测量竖向位移S，当竖向位移S基本保持不变时再进行步骤S7；
S7.移除与废旧轮胎(14)水平位置相近的单个槽钢(15)，此时步骤S4中与槽钢贴合的钢丝拉线(10)露出，将钢丝拉线(10)拽出试验箱连接至夹具(9)并用紧固件将其扎牢；随后将链杆(11)与夹具(9)连接起来；
S8.启动水平方向拉拔系统，并将所有位移数据和应力数据清零，通过夹具(9)将废旧轮胎(10)抽出，测量抽出过程中相应的应力应变数据并存储；
S9.试验完成后先将拉拔力卸载，随后再将竖向应力卸载，移出模型箱体系统，清理箱体中废旧轮胎(14)和填料(19)，完成对该废旧轮胎的拉拔试验；
二、废旧轮胎加筋土地基承载力试验步骤
A1，重复S1～S3；
A2，设定埋设轮胎位置的层数，压实至设定层数后铺设废旧轮胎(14)，继续将剩余层数填料(19)分层压实，在进行最后一层夯实时，顶层填料(19)进行错印满夯至顶面平整，用塑料布进行封装，静置24h；
A3，将塑料布移除并将可伸缩加载板(18)放置在填料(19)顶面，采用推车或者叉车将模型箱系统放置在反力架(1)内，调整箱体位置，保证竖直方向荷载施加系统的压头(4)位于可伸缩加载板(18)的正上方；
A4，启动竖直方向荷载施加系统，并将所有位移数据和应力数据清零，使压头(4)接触可伸缩加载板(18)的顶端，采用应力控制方式进行垂直荷载σ的分级施加，同时测量竖向位移S和垂直应力σ；
A5，试验完成后，通过竖直方向荷载施加系统的伺服电机使垂直应力卸载，移出模型箱体系统，清理箱体中废旧轮胎(14)和填料(19)，完成对废旧轮胎加筋土地基承载力试验。
试验箱的组装方式为：先将底板置于水平地面，随后通过槽钢翼板上的螺孔固定一层槽钢在底板上，然后选用一块矩形钢板16，根据确定的试验箱内部空间大小，选择矩形钢板上的某竖排螺孔与槽钢腹板侧壁的连接孔连接，紧接着按照顺序一层一层将槽钢与槽钢连接、槽钢与矩形钢板连接，最后将另一侧的矩形钢板与槽钢腹板侧壁的连接孔连接，同侧的所有槽钢在同一水平位置上构成试验箱的左右侧壁。
当废旧轮胎尺寸、排列方式发生变化时，改变槽钢的数量或/和槽钢与两个矩形钢板相接位置，调整试验箱内部尺寸，在使用同一个试验装置下，适应不同尺寸废旧轮胎加筋土地基承载力和拉拔试验的测试。
步骤S6中所述基本不变是指垂直位移S在1个小时内的变化量不大于总位移量的1％，认为垂直位移基本保持不变。
步骤A4中，每进行一级荷载施加后，每间隔15min读取一次竖向位移，当连续2h内，每小时的沉降量小于0.1mm，则认为加载稳定，进行下一级荷载的施加；直到加载过程中竖直方向荷载施加系统无法继续稳定加载即认为加载结束。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明属于土木工程及地质工程试验技术领域，设计一种装置进行两种不同类型的室内试验，该装置包括竖直方向荷载施加系统、水平方向拉拔系统、模型箱系统和数据采集系统。本装置结构简单，使用方便、安全，试验精度高，克服了传统模型箱功能单一的缺陷，满足了轮胎加筋土地基承载力测试和轮胎拉拔试验的开展要求；突破了传统模型箱对废旧轮胎的尺寸限制，达到了对不同形状参数(胎面高度、轮胎直径以及剖面形态等)和组合模式(上下堆叠和水平排列等)废旧轮胎试验目的。促进废旧轮胎在岩土工程中的应用，有利于解决废旧轮胎的回收利用难题，也为现行加筋土技术规范提供有益补充。形状参数一般是指：轮胎的高度、直径以及轮胎剖面形态(圆形居多；还有多变形轮胎，如三角形，以及排列堆叠后形成的横截面形态)。值得注意的是：当轮胎的尺寸较小的时候，通常所需要的模型箱的尺寸就会相应减小，本申请模型箱为可调整内部结构的组合形式，能够根据形状参数做出模型箱尺寸大小的改变，最大程度地减少原料的浪费、降低试验投入成本。
本发明用一个试验箱能实现不同尺寸轮胎的两种试验测试，尤其也适用于小型轮胎以及不同堆叠和排列方式下的测试，根据轮胎的层数等可以设置填土的高度，填土压实后能够将轮胎整体拉出，完成拉拔试验，扩大了试验装置的适用性，避免了设计上的浪费。
附图说明
图1为本发明可开展轮胎加筋土地基承载力及轮胎拉拔试验的装置的整体结构示意图；
图2为图1中A-A剖面的结构示意图；
图3为矩形钢板的结构示意图；
图4为槽钢的结构示意图；
图5为夹具的结构示意图；
图6为底板的结构示意图；
图7为紧固件(膨胀螺栓)示意图；
图8为可伸缩加载板结构示意图。
图9废旧轮胎拉拔试验步骤。
图10废旧轮胎加筋土地基承载力试验步骤。
图11拉拔试验中的拉拔力-位移曲线。
图12地基承载力的荷载-位移曲线。
图中，1反力架、2伺服电机Ⅰ、3作动器、4压头、5位移传感器Ⅰ、6应力传感器Ⅰ、7伺服电机Ⅱ、8变速箱、9夹具、10钢丝拉线、11链杆、12位移传感器Ⅱ、13应力传感器Ⅱ、14废旧轮胎、15槽钢、16矩形钢板、17底板、18可伸缩加载板、19填料、20螺孔、21连接孔、22第一螺孔单元、23固定孔、24第二螺孔单元、25电脑控制器、26数据存储器、27圆孔、28紧固件(膨胀螺栓)。
具体实施方式
下面结合实施例及附图进一步解释本发明，但并不以此作为对本申请保护范围的限定。
本发明用同一装置开展轮胎加筋土地基承载力和拉拔试验的方法，采用一种试验装置进行轮胎加筋土地基承载力试验测试及轮胎拉拔试验，该装置包括竖直方向荷载施加系统、水平方向拉拔系统、模型箱系统和数据采集系统。
竖直方向荷载施加系统主要包括伺服电机、作动器和压头，主要用于进行加筋土地基承载力的测试及模拟埋深的设置；
水平方向拉拔系统主要包括伺服电机、变速箱以及夹具等，主要用于筋材拉拔试验的开展；
模型箱系统主要包含可拆卸且带孔的槽钢和矩形钢板及底板、筋材和填料，通过槽钢、矩形钢板以及底板的组装和拆卸实现不同类型室内试验箱体尺寸的调节；
数据采集系统主要包含电脑控制器和数据存储器等，主要用于采集试验过程中的应力、位移以及相关传感器所产生的数据信息。
所述的竖直方向荷载施加系统包括反力架(1)、伺服电机Ⅰ(2)、作动器(3)、压头(4)、位移传感器Ⅰ(5)和应力传感器Ⅰ(6)，所述作动器(3)安装在反力架(1)顶部的内侧，所述压头(4)位于作动器(3)的内部，通过作动器(3)中活塞的往复运动实现压头(4)伸缩，进而实现竖直方向荷载的输出和卸载；伺服电机Ⅰ用于提供竖直方向的加载力，伺服电机Ⅰ通过位移传感器I和应力传感器I所反馈的数据进而控制压头的伸缩。
所述的水平方向拉拔系统包括伺服电机Ⅱ(7)、变速箱(8)、夹具(9)、钢丝拉线(10)、链杆(11)、位移传感器Ⅱ(12)和应力传感器Ⅱ(13)，所述夹具(9)(参见图5)整体为梯形和矩形组合的板状结构，在矩形区域内沿同一直线开设若干圆孔27，所有圆孔的圆心连线垂直于拉拔方向，且圆孔的轴线沿夹具厚度方向，圆孔为通孔形式，梯形的长底边与矩形区域连接为一体，梯形的短底边中心侧面设置有用于与链杆11固定在一起的安装孔；
所述钢丝拉线(10)的一端与废旧轮胎(14)相连且另一端通过若干圆孔与夹具(9)连接，具体连接方式是：钢丝拉线从中间的圆孔进去，然后将钢丝拉线10分成股数相当的两部分，每一部分分别从中间圆孔向左、右两侧的其他圆孔依次穿过，在最末端圆孔位置用紧固件28插入，达到固定的目的。紧固件可以是膨胀螺栓。本发明中钢丝拉线的整股部分和链杆11始终在同一直线上，且二者位于夹具的轴线上，保证钢丝拉线能拉住轮胎的正中心，避免扭矩出现，提高钢丝拉线的利用率，由整股按照分股方式进行连接，在某一股发生断开时也不会影响整个拉拔试验的进行。所述链杆(11)一端与夹具(9)连接，另一端与变速箱(8)连接；通过变速箱(8)内部的牙盘转动进而带动链杆(11)的运动，链杆只限制与其链接的刚片沿链杆两铰连接方向上的运动，一个链杆相当于一个约束，从而实现对废旧轮胎(14)水平方向拉拔力的施加；
变速箱8与伺服电机II电连接，且二者之间安装有位移传感器Ⅱ(12)和应力传感器Ⅱ(13)，采集水平方向的位移和受力，受伺服电机II的控制。
本发明中另一种可行的方式：夹具上所述若干圆孔的圆心连线也可平行于拉拔方向进行设置，此时若干圆孔和整股的钢丝拉线、链杆均在同一个直线上，钢丝拉线为整股方式依次穿入若干圆孔。
所述的模型箱系统包括若干个槽钢(15)、两个矩形钢板(16)、一个底板(17)、废旧轮胎(14)、可伸缩加载板(18)以及填料(19)，若干个槽钢(15)、两个矩形钢板(16)和一个底板(17)可拆卸连接在一起形成矩形框架结构；每个槽钢15(参见图4)的结构均相同，包括翼板和腹板，所述翼板沿长度方向开设多排螺孔(20)，所有槽钢上的所有翼板的螺孔的开设位置均相同；所述槽钢(15)的腹板侧壁面对称开设若干个连接孔(21)，即槽钢腹板的前后侧均开有多个连接孔；
两个矩形钢板的结构相同，所述矩形钢板16(参见图3)靠近其边缘的区域对称开设有多列第一螺孔单元22，本实施例中一个矩形钢板上共开设有8竖排第一螺孔单元22，所述矩形钢板每一竖排的第一螺孔单元中螺孔的数量、形状和尺寸与单侧槽钢的数量、槽钢(15)的腹板侧壁面的连接孔21的数量有关，第一螺孔单元中对应一个槽钢腹板侧壁面的一侧所有连接孔为一组，该组螺孔恰好能连接一个槽钢；
所述底板17(参见图6)整体为矩形结构，在矩形结构的边缘四周开设有若干固定孔(23)，通过固定孔将底板安装在地面上，进而将整个模型箱系统固定在地面上，起到支撑连接的作用；在固定孔的底板区域内的左右对称开设有8竖排第二螺孔单元(24)，相邻两竖排第二螺孔单元与一个槽钢的翼板固定，每个第二螺孔单元中螺孔的数量与槽钢中单个翼板沿长度方向开设的单排螺孔(20)的数量、位置及形状尺寸一致；
上述的槽钢(15)、矩形钢板(16)和底板(17)能组合形成试验箱，所述废旧轮胎(14)埋入填料(19)中并整体位于试验箱内部，所述可伸缩加载板(18)则与填料(19)顶部紧密贴合；可伸缩加载板(18)的大小可以进行调整，主要是在横向方向(也就是整个装置的长度方向)，可伸缩加载板由两部分通过在横向插接的方式构成，调节其横向长度，多个槽钢依次通过翼板上的螺孔连接形成一个矩形侧面，位于最下方的槽钢翼板上的螺孔与相应位置上底板上的第二螺孔单元固定在一起，通过调整单侧槽钢的数量能够调整试验箱的高度，通过调整槽钢前后方向与矩形钢板固定的位置能够调整试验箱长度方向的尺寸，槽钢的长度决定了试验箱的宽度尺寸，单个槽钢的高度不小于待试验轮胎的最大高度。
所述数据采集系统包括电脑控制器(25)和数据存储器(26)，主要用于采集和存储位移传感器Ⅰ(5)、应力传感器Ⅰ(6)、位移传感器Ⅱ(12)和应力传感器Ⅱ(13)的相关数据以及控制试验的进行和结束。上述的电脑控制器(25)和数据存储器(26)、两个伺服电机均安装在一个平台上，方便操作控制。
本发明中竖直方向荷载传递方式主要是通过压头(4)将应力作用于可伸缩加载板(18)，进而达到对填料(19)均布垂直荷载的施加；
试验箱内部通常会铺设有塑料膜或均匀涂抹有润滑剂，用于减少填料(19)与槽钢(15)和矩形钢板(16)的摩擦；
所述钢丝拉线(10)通过缠绕等方式与废旧轮胎(14)相紧密连接。
所述试验箱内的废旧轮胎(14)可以是单个，也可以是多个，可以是水平铺设，也可以是竖向堆叠，多个时可通过钢丝拉线将其按照设定的规则连接形成一个整体，最后再连接夹具9。
所述钢丝拉线(10)的一端与夹具(9)连接后通过紧固件扎牢，防止试验过程中钢丝拉线(10)松动或者从夹具(9)中抽出。
所述填料(19)可以是土，也可以是建筑垃圾以及碎石土等材料。
所述反力架(1)的倒“U”型钢支架的数量为两个，呈十字交叉排列。
本发明还保护一种可开展轮胎加筋土地基承载力及轮胎拉拔试验的试验方法，该试验方法使用上述的装置，包括废旧轮胎拉拔试验和废旧轮胎加筋土地基承载力试验，具体步骤如下：
一、废旧轮胎拉拔试验步骤
S1，根据试验工况(如埋深轮胎的形状参数、个数及排列组合方式等，埋深主要涉及竖直荷载的大小)确定试验箱的尺寸、加载版(18)大小、槽钢(15)的位置和数量，即确定试验箱内部空间的大小；具体仪器组装顺序如下：
试验箱的组装方式为：先将底板置于水平地面，随后通过槽钢翼板上的螺孔固定一层槽钢在底板上，然后选用一块矩形钢板16，根据确定的试验箱内部空间大小，选择矩形钢板上的某竖排第一螺孔单元与槽钢腹板侧壁的连接孔连接，紧接着按照顺序一层一层将槽钢与槽钢连接、槽钢与上述矩形钢板连接，最后将另一侧的矩形钢板与槽钢腹板侧壁的连接孔连接，同侧的所有槽钢在同一水平位置上。
S2，确定填料(19)类型、压实度、含水率，根据试验箱内部空间的大小和填料的密度称取相应质量的填料(19)；
S3，确定试验箱内填料的总层数，将填料(19)由下至上分层填筑并夯实，每夯实一层则检测该层的三相指标(密度、含水率、颗粒比重)，每层填料(19)的三相指标变化不大(设定指标变化阈值范围，每层填料(19)的三相指标变化在设定的指标变化阈值范围内时，则认为变化不大，根据填料属性的不同，所设定的指标变化阈值范围不同)，可认为箱内填料(19)性质均匀，如检测到的指标出现较大差异，应具体分析差异产生的原因，调整后重新填筑并再次检测；
S4，设定埋设轮胎位置的层数，在该埋设轮胎位置的层数，轮胎埋设位置所牵出的钢丝拉线应与夹具位于同一水平面内，压实至设定层数后铺设已经缠绕好钢丝拉线(10)的废旧轮胎(14)，将钢丝拉线(10)的另一端贴合至槽钢(15)的内壁附近，继续将剩余层数填料(19)分层压实，在进行最后一层夯实时，其顶层填料(19)进行错印满夯至顶面平整，用塑料布进行封装，静置24h；
S5，将塑料布移除并将可伸缩加载板(18)放置在填料(19)顶面，采用推车或者叉车将模型箱系统放置在反力架(1)内，调整箱体位置，保证压头(4)位于模型箱系统的正上方；
S6，启动电脑控制器(25)，启动伺服电机Ⅰ(2)，并将所有位移数据和应力数据清零，使压头(4)接触可伸缩加载板(18)的顶端，采用应力控制方式施加预定上覆荷载，同时采用位移传感器Ⅰ(5)测量竖向位移S，当竖向位移S基本保持不变时再进行S7；本实施例中所述基本不变是指垂直位移S在1个小时内的变化量不大于总位移量的1％，认为垂直位移基本保持不变。
S7.移除与废旧轮胎(14)水平位置相近的槽钢(15)，此时步骤S4中与槽钢贴合的钢丝拉线(10)露出，将钢丝拉线(10)连接至夹具(9)并用紧固件将其扎牢；随后将链杆(11)与夹具(9)连接起来；
S8.启动伺服电机Ⅱ(7)，并将所有位移数据和应力数据清零，启动变速箱(8)，带动夹具(9)将废旧轮胎(10)抽出，位移传感器Ⅱ(12)和应力传感器Ⅱ(13)测量相应的应力应变数据并存储至数据存储器(26)中；
S9.试验完成后先将拉拔力卸载，随后再将竖向应力卸载，从反力架(1)中移出模型箱体系统，清理箱体中废旧轮胎(14)和填料(19)。
二、废旧轮胎加筋土地基承载力试验步骤
A1，重复S1～S3；
A2，压实至设定层数后铺设废旧轮胎(14)，继续将剩余层数填料(19)分层压实，在进行最后一层夯实时，其顶层填料(19)进行错印满夯至顶面平整，用塑料布进行封装，静置24h；
A3，将塑料布移除并将可伸缩加载板(18)放置在填料(19)顶面，采用推车或者叉车将模型箱系统放置在反力架(1)内，调整箱体位置，保证压头(4)位于模型箱系统的正上方；
A4，启动电脑控制系统，启动伺服电机Ⅰ(2)，并将所有位移数据和应力数据清零，使压头(4)接触可伸缩加载板(18)的顶端，采用应力控制方式进行垂直荷载σ的分级施加，同时采用位移传感器Ⅰ(5)测量竖向位移S，应力传感器Ⅰ(6)测量垂直应σ；通常地，每进行一级荷载施加后，每间隔15min读取一次竖向位移，当连续2h内，每小时的沉降量小于0.1mm，则认为加载稳定，可进行下一级荷载的施加；直到加载过程中加载装置无法继续稳定加载即认为加载结束；
A5.试验完成后，通过伺服电机使垂直应力卸载，从反力架(1)中移出模型箱体系统，清理箱体中废旧轮胎(14)和填料(19)。
实施例1
本发明的废旧轮胎拉拔试验步骤如图9所示。
确定试验工况，组装试验箱并准备填料(涉及S1～S2)。埋深为1.5m，单个轮胎，轮胎形状参数为：胎面高度40mm，轮胎剖面形态为圆形，轮胎外径200mm，轮胎皮厚度15mm。试验箱内部尺寸为长×宽×高为600mm×500mm×220mm。调整可伸缩加载板有效的长×宽×高为550mm×400mm×10mm。槽钢数量为8个(左右各为4个)。填料的类型选用砂土，含水率为0％，密度为1.9g/cm3，填料在箱体内的压实度为65％。将底板置于水平地面上，随后通过槽钢翼板上的螺孔固定一层槽钢在底板上，然后选用一块矩形钢板，选择合适竖排的第一螺孔单元，将选定的矩形钢板的第一螺孔单元与槽钢腹板侧壁的连接孔连接，紧接着按照顺序剩余三层槽钢与上述矩形钢板连接，最后将另一侧的矩形钢板与槽钢腹板侧壁的连接孔连接
试样填装(涉及S3～S4)。采用分层装填形式装入砂土。每层的厚度为50mm。装填好第一层砂土后，将废旧轮胎埋入，注意保证将钢丝拉线置于槽钢的内壁附近。随后，继续装入砂土，直到砂土的深度达到200mm即可停止。最后进行填土顶面夯平，用塑料布封装后静置24h。
试验箱摆放及位置微调(涉及S5)。将塑料布移除并将可伸缩加载板放置在砂土顶面，采用推车或者叉车将模型箱系统放置在反力架内，调整箱体位置，保证压头位于模型箱系统的正上方。
竖直荷载施加(涉及S6-S7)。启动电脑控制器，启动伺服电机Ⅰ，并将所有位移数据和应力数据清零，使压头接触可伸缩加载板的顶端，采用应力控制方式逐级施加竖直总荷载20KN(相当于埋深为1.5m所产生的总重力，每一级荷载为5KN)，同时采用位移传感器Ⅰ测量竖向位移S。在逐级施加荷载时，当竖向位移S连续5分钟小于0.05mm/min，即可进行下一级加载。当总垂直位移S在1个小时内的变化量不大于总位移量的1％，认为垂直位移基本保持不变。
水平拉拔试验进行(涉及S7-S8)。移除与废旧轮胎水平位置相近的槽钢，将钢丝拉线连接至夹具并用紧固件(膨胀螺栓)将其扎牢；随后将链杆与夹具连接起来。启动伺服电机Ⅱ，并将所有位移数据和应力数据清零，启动变速箱，按照水平加载速率为1mm/min进行拉拔试验，带动夹具直至废旧轮胎拉出破坏，停止试验。位移传感器Ⅱ和应力传感器Ⅱ测量相应的应力应变数据并存储至数据存储器中，所得试验结果见图11。
试验结束后材料清理和装置移除(涉及S9)。试验完成后先将拉拔力卸载，随后再将竖向应力卸载，从反力架中移出模型箱体系统，清理箱体中废旧轮胎和砂土。
实施例2
本发明的废旧轮胎加筋土地基承载力试验步骤如图10所示。
确定试验工况，组装试验箱并准备填料(涉及A1)。2个轮胎水平排列成长方形，轮胎形状参数为：胎面高度30mm，轮胎剖面形态为圆形，轮胎外径200mm，轮胎皮厚度10mm。试验箱内部尺寸为长×宽×高为1500mm×500mm×400mm。可伸缩加载板调整后尺寸为：长×宽×高为1300mm×400mm×20mm。槽钢数量为12个(左右各为6个)。填料的类型选用建筑垃圾，含水率为10％，密度为1.84g/cm3，填料在箱体内的压实度为80％。
试样填装(涉及A2)。采用分层装填形式装入建筑垃圾。每层的厚度为50mm。装填好第一层建筑垃圾后，将废旧轮胎连接起来随后再埋入，注意保证将钢丝拉线置于槽钢的内壁附近。随后，继续装入建筑垃圾，直到建筑垃圾的深度达到350mm即可停止。最后进行填土顶面夯平，用塑料布封装后静置24h。
试验箱摆放及位置微调(涉及A3)。将塑料布移除并将可伸缩加载板放置在砂土顶面，采用推车或者叉车将模型箱系统放置在反力架内，调整箱体位置，保证压头位于模型箱系统的正上方。
加筋土地基承载力试验(涉及A4)。启动电脑控制器，启动伺服电机Ⅰ，并将所有位移数据和应力数据清零，使压头接触可伸缩加载板的顶端，
采用应力控制方式进行垂直荷载σ分级施加，每一级荷载的大小为40N，同时采用位移传感器Ⅰ(5)测量竖向位移S，应力传感器Ⅰ(6)测量垂直应力σ；每进行一级荷载施加后，每间隔15min读取一次竖向位移，当连续2h内，每小时的沉降量小于0.1mm，则认为加载稳定，可进行下一级荷载的施加；直到加载过程中加载装置无法继续稳定加载即认为加载结束。所得试验结果见图12。
试验材料清理和装置移除(涉及A5)。试验完成竖向应力卸载，从反力架中移出模型箱体系统，清理箱体中废旧轮胎和建筑垃圾。
本发明试验装置强调可拆卸和可调节，根据轮胎大小和排列方式等的不同，自由变化箱体系统的内部空间，并且实现整个轮胎拉出箱体的目的，进而达到突破轮胎尺寸的限制，最大程度的扩展装置的适用性。本发明创新性地提出了用于整个废旧轮胎的加筋土地基承载力、拉拔的试验装置及方法，很大程度上填补了当前针对轮胎加筋土地基承载力试验方法和拉拔方法的空白，具有非常重要的参考意义和研究价值。
本发明试验方法中轮胎的埋深则直接影响竖直荷载的大小(即S6)。如果是小尺寸的轮胎，则会改变步骤S1中的模型箱的尺寸(槽钢的位置由俩侧往中间移动以及槽钢使用的数量)，以及填料的使用量，反之则会使模型箱尺寸增大以及填料的使用量增多。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (5)

1.一种用同一装置开展轮胎加筋土地基承载力和拉拔试验的方法，所述装置包括竖直方向荷载施加系统、水平方向拉拔系统、模型箱系统和数据采集系统；其特征在于，所述模型箱系统包含由矩形钢板、底板及多个槽钢可拆卸拼接的试验箱，多个槽钢组成试验箱的左右侧壁，且多个槽钢之间也是可拆卸连接，通过槽钢、矩形钢板以及底板的组装和拆卸实现对模型箱内部尺寸的调整，试验箱的上表面由竖向方向荷载施加系统的可伸缩加载板覆盖；所述水平方向拉拔系统通过钢丝拉线、夹具、链杆与待测试的废旧轮胎固定在一起，钢丝拉线绑定废旧轮胎后引出的整股部分和链杆始终在同一直线上，且二者位于夹具的轴线上；该方法包括废旧轮胎拉拔试验和废旧轮胎加筋土地基承载力试验，具体步骤是：
一、废旧轮胎拉拔试验步骤
S1，根据轮胎的形状参数、个数及排列组合方式、埋深确定试验箱的尺寸、可伸缩加载板大小、槽钢（15）的位置和数量，即确定试验箱内部空间的大小；
S2，确定填料（19）类型、压实度、含水率，根据试验箱内部空间的大小和填料的密度称取相应质量的填料（19）；
S3，确定试验箱内填料的总层数，将填料（19）由下至上分层填筑并夯实，每夯实一层则检测该层的三相指标，三相指标为密度、含水率和颗粒比重，每层填料（19）的三相指标变化在设定的指标变化阈值范围内时，则认为箱内填料（19）性质均匀，否则应具体分析差异产生的原因，调整后重新填筑并再次检测；
S4，设定埋设轮胎位置的层数，在该埋设轮胎位置的层数，轮胎埋设位置所牵出的钢丝拉线应与夹具位于同一水平面内，压实至设定层数后铺设已经缠绕好钢丝拉线（10）的废旧轮胎（14），将钢丝拉线（10）的另一端贴合至槽钢（15）的内壁附近，继续将剩余层数填料（19）分层压实，在进行最后一层夯实时，顶层填料（19）进行错印满夯至顶面平整，用塑料布进行封装，静置24h；
S5，将塑料布移除并将可伸缩加载板（18）放置在填料（19）顶面，采用推车或者叉车将模型箱系统放置在反力架（1）内，调整箱体位置，保证竖直方向荷载施加系统的压头（4）位于可伸缩加载板（18）的正上方；
S6，启动竖直方向荷载施加系统，并将所有位移数据和应力数据清零，使压头（4）接触可伸缩加载板（18）的顶端，采用应力控制方式施加预定上覆荷载，同时测量竖向位移S，当竖向位移S基本保持不变时再进行步骤S7；
S7，移除与废旧轮胎（14）水平位置相近的单个槽钢（15），此时步骤S4中与槽钢贴合的钢丝拉线（10）露出，将钢丝拉线（10）拽出试验箱连接至夹具（9）并用紧固件将其扎牢；随后将链杆（11）与夹具（9）连接起来;
S8，启动水平方向拉拔系统，并将所有位移数据和应力数据清零，通过夹具（9）将废旧轮胎（14）抽出，测量抽出过程中相应的应力应变数据并存储；
S9，试验完成后先将拉拔力卸载，随后再将竖向应力卸载，移出模型箱体系统，清理箱体中废旧轮胎（14）和填料（19），完成对该废旧轮胎的拉拔试验；
二、废旧轮胎加筋土地基承载力试验步骤
A1，重复S1~S3；
A2，设定埋设轮胎位置的层数，压实至设定层数后铺设废旧轮胎（14），继续将剩余层数填料（19）分层压实，在进行最后一层夯实时，顶层填料（19）进行错印满夯至顶面平整，用塑料布进行封装，静置24h；
A3，将塑料布移除并将可伸缩加载板（18）放置在填料（19）顶面，采用推车或者叉车将模型箱系统放置在反力架（1）内，调整箱体位置，保证竖直方向荷载施加系统的压头（4）位于可伸缩加载板（18）的正上方；
A4，启动竖直方向荷载施加系统，并将所有位移数据和应力数据清零，使压头（4）接触可伸缩加载板（18）的顶端，采用应力控制方式进行垂直荷载σ的分级施加，同时测量竖向位移S和垂直应力σ；
A5，试验完成后，通过竖直方向荷载施加系统的伺服电机使垂直应力卸载，移出模型箱体系统，清理箱体中废旧轮胎（14）和填料（19），完成对废旧轮胎加筋土地基承载力试验。
2.根据权利要求1所述的用同一装置开展轮胎加筋土地基承载力和拉拔试验的方法，其特征在于，步骤A4中，每进行一级荷载施加后，每间隔15min读取一次竖向位移，当连续2h内，每小时的沉降量小于0.1mm，则认为加载稳定，进行下一级荷载的施加；直到加载过程中竖直方向荷载施加系统无法继续稳定加载即认为加载结束。
3.根据权利要求1所述的用同一装置开展轮胎加筋土地基承载力和拉拔试验的方法，其特征在于，步骤S6中所述基本不变是指垂直位移S在1个小时内的变化量不大于总位移量的1%，认为垂直位移基本保持不变。
4.根据权利要求1所述的用同一装置开展轮胎加筋土地基承载力和拉拔试验的方法，其特征在于，当废旧轮胎尺寸、排列方式发生变化时，改变槽钢的数量或/和槽钢与两个矩形钢板相接位置，调整试验箱内部尺寸，在使用同一个试验装置下，适应不同尺寸废旧轮胎加筋土地基承载力和拉拔试验的测试。
5.根据权利要求1所述的用同一装置开展轮胎加筋土地基承载力和拉拔试验的方法，其特征在于，试验箱的组装方式为：先将底板置于水平地面，随后通过槽钢翼板上的螺孔固定一层槽钢在底板上，然后选用一块矩形钢板（16），根据确定的试验箱内部空间大小，选择矩形钢板上的某竖排螺孔与槽钢腹板侧壁的连接孔连接，紧接着按照顺序一层一层将槽钢与槽钢连接、槽钢与矩形钢板连接，最后将另一侧的矩形钢板与槽钢腹板侧壁的连接孔连接，同侧的所有槽钢在同一水平位置上构成试验箱的左右侧壁。
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