CN205538628U - 一种测量细小直径材料与土体间粘结强度的拉拔试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种测量细小直径材料与土体间粘结强度的拉拔试验装置，其特征在于，包括容土单元、夹持单元和拉力控制单元，所述容土单元与拉力控制单元呈水平向固定在同一试验台上，所述夹持单元通过固定细小端口的拉绳来连接容土单元和拉力控制单元。本实用新型能够定量测量微小直径材料加筋土体粘结强度，具有操作简便、性能稳定、测量快速、结果可靠、适应范围广泛等优点。

Description

一种测量细小直径材料与土体间粘结强度的拉拔试验装置

技术领域

本实用新型属于地面土体形变监测技术领域，特别是涉及一种测量细小直径材料与土体间粘结强度的拉拔试验装置。

背景技术

随着我国经济的发展与基础设施建设步伐的加快，土体的加固与地质灾害的监测得到越来越多的重视。

纤维加筋技术作为一种新型的加筋土技术逐渐广泛应用于土木工程建设中。不同于传统的土工合成材料加筋土，纤维加筋土是按照一定比例将很细的纤维丝或纤维网与土料充分拌和形成的一种土工复合材料，由于纤维具有分散性好、易于拌和等优点，因此纤维加筋土吸引了国内外许多学者的兴趣，研究认为纤维对于土体的加固一部分来自于纤维与土体间的咬合力与摩擦力，那么纤维与土体间的粘结强度对纤维加筋土的效果有着直接的影响。

目前现有的地面变形监测技术，根据监测范围可划分为大范围监测技术和小范围监测技术两大类。分布式光纤技术集性能可靠、自动化程度高、观测精度高、数据量充足、监测效率高、施工简便和成本可控等优点于一体，十分适用于地面变形的监测。光纤与土体的粘结强度直接影响到光纤对于地面变形监测的精确程度。

纤维与光纤皆为小口径材料，传统拉拔试验领域中，国内外学者开发了许多拉拔试验方法和装置，提升了传统加筋土的理论研究水平，促进了传统加筋材料在岩土工程中的推广应用。但对于纤维加筋材料和光纤等小口径材料而言，目前国内外未见有相应的拉拔试验仪能够直接用于测量小口径材料和土体间的粘结强度。主要是因为存在以下技术难点：一是所述细小端口材料的直径非常小，一般小于0.1mm，传统拉拔试验仪器难以加持；二是细小端口材料与土体的界面作用力也非常小，传统的拉力传感器精度无法满足要求。

中国专利申请201510019602.6提出“测量混凝土与围岩粘接强度的拉拔实验装置及其计算方法”，该实用新型通过在混凝土中钻孔，插入市场上常见的螺旋杆并将之固定进行拉拔试验，操作简单便捷；锚杆拉拔仪与螺杆相连，锚杆拉拔仪上显示的最大数值即为喷射混凝土断裂时的拉力值，从而推测混凝土与围岩的粘结值。但该存在一下不足：该装置主要适用于口径较粗的混凝土材料与围岩之间的拉拔试验，无法满足小口径材料与土体粘结强度之间的测试。

中国专利申请201210301411.5提出“单根纤维加筋土拉拔试验仪”，该实用新型采用无级变速电机实现应变控制式加载，可获得完整的单根纤维拉拔曲线，且采用电子天平能感应微小拉力变化，能极大提高试验精度，满足单根纤维加筋土拉拔试验要求。但还存在以下明显不足：一是该装置单根纤维加筋土试件体积较小，光纤与土体的界面作用面也非常小，不能真实反映工程应用中纤维与土体间的作用力；没有详细公开纤维与施力装置之间的连接方式，难以加持纤维等小口径材料。

发明内容

本实用新型的目的是为克服现有技术所存在的不足而提供一种测量细小直径材料与土体间粘结强度的拉拔试验装置，本实用新型能够定量测量微小直径材料加筋土体粘结强度，具有操作简便、性能稳定、测量快速、结果可靠、适应范围广泛等优点。

根据本实用新型提出的一种测量细小直径材料与土体间粘结强度的拉拔试验装置，其特征在于，包括容土单元、夹持单元和拉力控制单元，所述容土单元与拉力控制单元呈水平向固定在同一试验台上，所述夹持单元通过固定细小端口的拉绳来连接容土单元和拉力控制单元。其中：所述容土单元包括钢板和方形容箱；所述方形容箱由五面钢板构成，所述方形容箱内设有可改变填土的范围、固定钢板间距的凹槽，所述方形容箱右侧面中部设有可供测试材料从土中穿出的小孔。所述夹持单元由两片轻质硬塑料片及两个螺丝组成；所述硬塑料片分为上夹片和下夹片，所述轻质硬塑料片上贴合有摩擦阻力较大的橡胶片；所述硬塑料片上设有可被螺丝拧紧的两个螺丝口。所述拉力控制单元包括电子拉力机和智能控制器；所述电子拉力机通过拉绳对夹持单元形成拉力；所述智能控制器包括带有测距数据卡的数据采集处理系统、工业计算机和操作按钮。

本实用新型的实现原理：本实用新型由容土单元、夹持单元和拉力控制单元三部分组成。容土单元的方形容器内部用来装入土体试样，并在土试样内埋入光纤或土体加筋材料等待测材料；所述方形容器内有固定间距的凹槽，用于插入钢板以便调整填土的容量；使用时首先确定待测材料与土体的接触长度，之后根据所确定的长度选择合适凹槽插入钢板；将待测材料一端由夹持单元夹持；该夹持单元通过拉绳与电子拉力机连接；由工业计算机上逐级设置拉力，开启右侧仪器，拉动夹持单元和待测材料，从而进行待测材料与土体不同接触长度下的拉拔试验，确定待测材料在不同土体接触长度下的粘结力，确定待测材料的粘结强度以及评价待测材料与土的耦合性。

本实用新型与现有技术相比其显著优点在于：

一是本实用新型可通过将钢板插入不同的凹槽处，从而精准控制待测材料与土体的接触长度；二是本实用新型利用夹持单元可夹持直径微小的待测材料，从而测出其微小直径材料加筋土体的粘结强度；三是本实用新型可通过电子拉力机与工业计算机准确控制试验，提高试验的精度，可操作性较强，试验数据可靠；四是本实用新型的结构简单可靠，操作简便，成本低，适用范围广，可替代现有的传统产品，有效地用于测量微小直径材料加筋土体粘结强度。

附图说明

图1为本实用新型提出的一种测量细小直径材料与土体间粘结强度的拉拔试验装置的结构示意图。

图2为本实用新型提出的容土单元的结构示意图。

图3为本实用新型提出的夹持单元的结构示意图。

图4为本实用新型提出的电子拉力机的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细描述。

结合图1-4，本实用新型提出的一种测量细小直径材料与土体间粘结强度的拉拔试验装置，包括由方形容器(1)、凹槽(2-1)、小孔(2-2)、钢板(2-3)构成的容土单元；由上夹板(3-1)、下夹板(3-2)、螺丝(3-3)、螺丝孔(3-4)、橡胶片(3-5)构成的夹持单元(6)；由试验台(2)、钢尺(3)、支架(4)、工业计算机(5)、拉绳(4-1)、电子拉力机(7)和操作按钮(8)构成的拉力控制单元。其中，所述容土单元与拉力控制单元呈水平向固定在同一试验台(2)上，所述夹持单元(6)通过固定细小端口的拉绳(4)来连接容土单元和拉力控制单元。

本实用新型提出的一种测量微小直径材料加筋土体粘结强度的拉拔试验装置的进一步优选方案是：

所述容土单元包括钢板(2-3)和方形容箱(1)；所述方形容器(1)由五面钢板构成，所述方形容器(1)内设有可调整填土的容量、固定钢板(2-3)间距的凹槽(2-1)，所述方形容器(1)右侧面中部设有可供测试材料从土中穿出的小孔(2-2)。

所述夹持单元由两片轻质硬塑料片及两个螺丝组成；所述硬塑料片分为上夹片和下夹片，所述轻质硬塑料片上贴合有摩擦阻力较大的橡胶片；所述硬塑料片上设有可被螺丝拧紧的两个螺丝口。

所述拉力控制单元包括电子拉力机(7)和智能控制器；所述电子拉力机(7)通过拉绳(4)对夹持单元(6)形成拉力；所述智能控制器包括带有测距数据卡的数据采集处理系统、工业计算机和操作按钮(8)。

具体实施例。本实用新型提出的一种测量细小直径材料与土体间粘结强度的拉拔试验装置的主要部件设计参数和要求公开如下：

本实用新型提出的方形容器(1)由长宽均30cm五面玻璃板组成，每3cm设一凹槽(2-1)；试验台(2)为长3m宽0.8m的钢质长桌，其上水平布置钢尺(3)，钢尺(3)量程为1m，精度为1mm；支架(9)形状为“门”形、材质为不锈钢实心杆，该不锈钢实心杆直径30-45mm；电子拉力机(7)拉力量程50N、精度0.1N；拉绳(4)选择韧性好、直径为2-10mm的细钢丝绳；钢板(2-3)厚3mm-5mm，与之对应凹槽(2-1)宽为4-6mm；上夹片(3-1)与下夹片(3-2)均为长3cm宽2cm的轻质硬塑料；橡胶片(3-5)长为2.5cm宽为1.5cm；螺丝孔(3-4)直径为3mm，螺丝(3-3)尺寸与之对应。

本实用新型在安装中，将方形容器(1)设置在试验台(2)一侧，钢板(2-3)按要求插入设定凹槽(2-1)，钢尺(3)水平放置；试验台(2)另一侧设置由支架(4)支起的与工业计算机(5)相连的电子拉力机(7)；下夹板(3-2)上贴合橡胶片(3-5)，与上夹板(3-1)通过螺丝(3-3)、螺丝孔(3-4)固定组成夹持单元，该夹持单元通过拉绳(4-1)与电子拉力机(7)连接；通过按动操作按钮(8)启动装置拉动埋设于土体中的细小直径的待测材料。

本实用新型提出的一种测量细小直径材料与土体间粘结强度的拉拔试验装置的测量标定方法，以光纤为检测装置，包括如下具体步骤：

步骤1，组装试验装置：先将方形容器(1)呈水平向放置于试验台(2)上的左端，水平立好钢尺(3)紧贴方形容器(1)的下方；电子拉力机(7)通过支架(4)固定在试验台(2)的右端，电子拉力机(7)与工业计算机(5)信号连接；下夹板(3-2)与橡胶片(3-5)贴合后与上夹板(3-1)通过螺丝(3-3)、螺丝孔(3-4)固定组成夹持单元(6)，夹持单元(6)通过拉绳(4-1)与电子拉力机(7)连接。

步骤2，检查试验装置状态：保持夹持单元(6)的夹片之间接触良好、拉绳(4-1)连接紧密，无打结；支架(4)稳定，电子拉力机(7)与拉绳(4-1)接触良好；电子拉力机(7)与工业计算机(5)运行正常。

步骤3，埋放测试土样与光纤：将测试土样填入方形容器(1)，按设定要求将钢板(2-3)插入凹槽(2-1)中，再将光纤埋入土样中，光纤一端通过小孔(2-2)拉出，由夹持单元(16)夹持；该夹持单元通过拉绳(4-1)与电子拉力机(7)连接，电子拉力机(7)通过数据线与工业计算机(5)连接，电子拉力机(7)将光纤拉直并记录其埋入长度与夹持处的刻度。

步骤4，测试试验：工业计算机(5)设置初始电子拉力机(7)拉力，按下操作按钮(8)启动电子拉力机(7)，20s后停止，记录光纤位移；然后按上述步骤逐级加力，直至位移发生突变，此时拉力即为光纤与土体的粘结强度；更改方形容器(1)钢板(2-3)放置凹槽(2-1)的位置，重复上述步骤，从而确定光纤在不同土体接触长度下的粘结强度。

步骤5，清理测试系统：在测试结束后，关闭工业计算机(5)，取出并清理方形容器(1)中的土样与光纤，拆分整理除此之外的其余的装置，以备再次测试。

本实用新型的具体实施方式中凡未涉到的说明属于本领域的公知技术，可参考公知技术加以实施。

本实用新型经反复试验验证，取得了满意的应用效果。

以上具体实施方式及实施例是对本发明提出的一种用于土体状态监测的智能测试装置技术思想的具体支持，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (4)

1.一种测量细小直径材料与土体间粘结强度的拉拔试验装置，其特征在于，包括容土单元、夹持单元(6)和拉力控制单元，所述容土单元与拉力控制单元呈水平向固定在同一试验台(2)上，所述夹持单元通过固定细小端口的拉绳来连接容土单元和拉力控制单元。

2.根据权利要求1所述的一种测量细小直径材料与土体间粘结强度的拉拔试验装置，其特征在于，所述容土单元包括钢板(2-3)和方形容器(1)；所述方形容器(1)由五面钢板(2-3)构成，所述方形容器(1)内设有可调整填土的容量、固定钢板(2-3)间距的凹槽(2-1)，所述方形容器右侧面中部设有可供测试材料从土中穿出的小孔(2-2)。

3.根据权利要求1所述的一种测量细小直径材料与土体间粘结强度的拉拔试验装置，其特征在于，所述夹持单元(6)由两片轻质硬塑料片及两个螺丝组成；所述硬塑料片分为上夹片(3-1)和下夹片(3-2)，所述轻质硬塑料片上贴合有摩擦阻力较大的橡胶片(3-5)；所述硬塑料片上设有可被螺丝(3-3)拧紧的两个螺丝口(3-4)。

4.根据权利要求1所述的一种测量细小直径材料与土体间粘结强度的拉拔试验装置，其特征在于，所述拉力控制单元包括电子拉力机(7)和智能控制器；所述电子拉力机(7)通过拉绳对夹持单元形成拉力；所述智能控制器包括带有测距数据卡的数据采集处理系统、工业计算机(5)和操作按钮(8)。