CN209911124U

CN209911124U - 一种土体现场拉拔试验装置

Info

Publication number: CN209911124U
Application number: CN201920489761.6U
Authority: CN
Inventors: 熊雨; 邓华锋; 齐豫; 李涛
Original assignee: China Three Gorges University CTGU
Current assignee: China Three Gorges University CTGU
Priority date: 2019-04-11
Filing date: 2019-04-11
Publication date: 2020-01-07
Anticipated expiration: 2029-04-11

Abstract

一种土体现场拉拔试验装置，包括拉拔仪，所述拉拔仪包括中部桩体，中部桩体顶部设置连接杆件，中部桩体内部设置电动液压推杆装置，所述电动液压推杆装置包括驱动装置、液压推杆，驱动装置连接多个液压推杆，每一个液压推杆端部连接一个锥形端头，锥形端头连接土体切割片。所述中部桩体内部设置隔板，隔板位于电动液压推杆装置上部，隔板上布置有位移传感器。所述连接杆件上面布设荷载传感器。本实用新型提供一种土体现场拉拔试验装置，通过测试拉拔仪从土体被拔出时的拉力和实际受拉破坏面积，即可计算土体的抗拉强度；同时，根据土体抗拉强度和抗剪强度良好的相关关系，也可以推算土体的抗剪强度。

Description

一种土体现场拉拔试验装置

技术领域

本实用新型属于岩土工程领域，具体涉及一种土体现场拉拔试验装置。

背景技术

土的抗拉、抗剪强度是土的主要力学性质之一，土体的破坏通常是抗拉破坏、剪切破坏，如边坡滑坡时，坡顶部分的岩土体一般受拉破坏，产生拉裂缝，而坡体中下部一般受剪破坏，产生剪切裂缝。因此，正确的测定土的抗拉强度、抗剪强度在工程上具有重要的意义。

土体的力学试验方法有多种，总体而言，土体的现场抗拉试验方法很少，相关的土体的抗拉试验方法主要为室内试验，典型的如单轴拉伸试验、三轴拉伸试验、土梁弯曲试验。其中单轴拉伸试验使用的装置一般为应变控制式的三轴仪，通过对圆柱形或长方形的试样逐级施加轴向拉力，使试样达到断裂破坏，测得单轴抗拉强度。相比而言，土体的现场抗剪强度测试方法很多，例如：土体现场直剪试验、三轴剪切试验、十字板剪切试验等等。

其中，现场直剪试验使用的装置一般为应变控制式的直剪仪，通过在现场对几个试样 (不少于3个)施加不同的法向荷载，待其固结稳定后再施加水平剪力使其破坏，同时记录下几个样式破坏时的剪切应力，绘制出剪应力与法向应力的关系曲线，既而得出土体在特定破坏面上的抗剪强度参数。现场直剪试验过程较复杂，试验成本也较高。十字板剪切试验一般采用的装置是十字板剪切仪，是一种通过对插入地基土中的规定形状和尺寸的十字板头施加扭矩，通过换算、评定地基土不排水抗剪强度的现场试验。十字板剪切试验虽然被认为是一种较为有效的、可靠的现场测试方法，与钻探取样室内试验和室内、现场直剪试验相比，土体扰动较小，而且试验简便，但是对于不均匀土层，特别是夹有薄层粉细砂或粉土的软粘性土，十字板剪切试验结果会有较大的误差。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种土体现场拉拔试验装置，通过测试拉拔仪从土体被拔出时的拉力和实际受拉破坏面积，即可计算土体的抗拉强度；同时，根据土体抗拉强度和抗剪强度良好的相关关系，也可以推算土体的抗剪强度。

一种土体现场拉拔试验装置，包括拉拔仪，所述拉拔仪包括中部桩体，中部桩体顶部设置连接杆件，中部桩体内部设置电动液压推杆装置，所述电动液压推杆装置包括驱动装置、液压推杆，驱动装置连接多个液压推杆，每一个液压推杆端部连接一个锥形端头，锥形端头连接土体切割片。

所述中部桩体内部设置隔板，隔板位于电动液压推杆装置上部，隔板上布置有位移传感器。所述连接杆件上面布设荷载传感器。

所述电动液压推杆装置包括：第一液压缸腔、第二液压缸腔；第一活塞、第二活塞；

驱动装置；液压管道；第一液压缸缸体、第二液压缸缸体；液压缸止口。

所述锥形端头顶部连接圆弧片，圆弧片前端设有刃口。

所述中部桩体前后左右设有具有一定宽度的矩形通孔。

所述中部桩体设置有检查门。

该装置包括拔起机构，所述拔起机构包括固定支架、套筒，固定支架横梁中部设置有带有转盘的拔起杆件，拔起杆件设有螺纹，固定支架横梁中部设有圆形通孔，圆形通孔设有与拔起杆件螺纹相匹配的螺纹口，拔起杆件的下部连接套筒，套筒用于将带有转盘的拔起杆件与连接杆件紧密连接，通过转动转盘将整个拉拔仪从土体拔起。

一种土体现场拉拔试验方法，通过机械方法或者重锤锤击，将拉拔仪打进试验土体，待进入试验所要求的深度时，架起拔起机构，将拉拔仪的连接杆件与拔起机构的拔起杆件采用套筒连接；开启开关一档，启动电动液压推杆装置，从中部桩体两侧伸出液压推杆，液压推杆带动锥形端头、圆弧片伸出，待圆弧片全部伸出后，按动开关二档，液压推杆停止伸出，再转动拔起杆件的上部的转盘，将整个拉拔仪拔起，同时再控制监测模块启动，开始测量，测量完成后，按动开关三档，液压推杆带动锥形端头、圆弧片收回。

本实用新型一种土体现场拉拔试验装置，技术效果如下：

1：本实用新型装置适用于任何土体，对于不均匀土层，有薄层粉细砂或粉土的软粘性土同样适用，解决了十字板剪切装置结果误差大的问题。

2：四个圆弧片完全伸出，形成水平的圆面，拔起时形成圆锥形的破坏面，即使对于难于取样的灵敏性高的粘性土，它也能够在现场基本保持天然应力状态下来进行拉拔试验。

3：本实用新型拉拔试验方法来现场测得土体的抗拉强度和抗剪强度，即通过现场拉拔试验来测得土体的抗剪强度；和室内试验相对比，现场试验更能够准确的反映出复杂地质条件下土体的物理力学性质，对实际工程施工设计提供更加可靠的参数。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型装置试验布置示意图。

图2为本实用新型装置的拉拔仪主视结构示意图；

图3为本实用新型装置的拉拔仪左视结构示意图；

图4为本实用新型装置的拉拔仪俯视结构示意图；

图5为本实用新型装置的拉拔仪整体结构示意图。

图6为本实用新型装置的电动液压推杆装置内部结构示意图；

图7为本实用新型装置的电动液压推杆装置俯视结构示意图。

图8为本实用新型装置拉拔后形成的破坏面示意图。

图9为本实用新型装置拉拔后形成的破坏面详图。

图10为本实用新型装置拉拔后形成的破坏面抽象几何模型图。

具体实施方式

如图1-图7所示，一种土体现场拉拔试验装置，包括拉拔仪，所述拉拔仪包括中部桩体，中部桩体顶部设置连接杆件1，中部桩体内部设置电动液压推杆装置，所述电动液压推杆装置包括驱动装置、液压推杆11，驱动装置连接四个液压推杆11，每一个液压推杆 11端部连接一个锥形端头17，锥形端头17连接土体切割片。

所述中部桩体内部设置隔板6，隔板6位于电动液压推杆装置上部，隔板6上布置有位移传感器4。隔板6上设置有电动液压推杆装置的电源线安全保护管道。隔板6采用钢板材料制成。

所述连接杆件1上面布设荷载传感器3；

所述锥形端头17、土体切割片、连接杆件1均采用高强钢材料制成。锥形端头17具有较大的刚度和强度，保证拉拔仪在深入土体时不因某些特殊情况而发生倾斜或端头变形。

所述位移传感器4和荷载传感器3构成监测模块。

位移传感器4采用的型号为MPS-3000mm拉绳位移传感器,位移传感器的本体安装在隔板6上，拉绳一端外接固定于支架21上，拉绳与位移传感器4的本体保持垂直，拉拔仪拔出过程中，拉绳端固定，位移传感器4的本体跟随拉拔仪上移。位移传感器4用于测量拉拔仪位置移动的距离。

荷载传感器3采用的型号为ZEMIC中航电测H3-C3拉力传感器，拉力传感器3的上端与拔起机构的拔起杆件相连，拉力传感器3的下端与拉拔仪的连接杆件1相连。荷载传感器3用于测量拉拔仪从土体中被拔出时的拉力。

拔起试验开始前，启动监测模块，打开位移传感器4和荷载传感器3专用的数字信号转换模块，进行调零处理；拔起试验开始，匀速转动拔起杆件的上部的转盘23，拉拔仪向上移动，圆弧片24切割土体，带动上部土体上移，拉拔仪所受的拉力和移动的距离通过荷载传感器3与位移传感器4转换为电信号，通过数字信息采集处理模块，传输给PC机端，即得到所需的试验数据。

所述电动液压推杆装置包括：

第一液压缸腔9、第二液压缸腔7；

第一活塞12、第二活塞13；

驱动装置8,驱动装置8采用200W有刷直流电机DC24V。

液压管道10；

第一液压缸缸体14、第二液压缸缸体15；

液压缸止口16；

如图6所示，第一液压缸缸体14靠近外侧的一端设置第一活塞12，靠近第二液压缸缸体15的一端设置第二活塞13，第二活塞13上连接液压推杆11。第一液压缸腔9与第二液压缸腔7之间由液压缸止口16进行分隔，液压缸止口16与第一液压缸缸体14一体成形。

工作时，接通电源，开启开关一档，启动驱动装置8，电机发送，推动第一液压缸腔9中的液压油经过进出油口流入第二液压缸缸体15，再由液压缸止口16分别流入第一液压缸缸体14，液压油同时推动第二活塞13及液压推杆11，使各推杆向前、后、左、右四个方向同步移动，带动液压推杆11上部焊接的圆弧片24向外伸出；同时第一液压缸缸体 14的液压油经液压管道10流入第二液压缸腔7。待圆弧片24全部伸出后，按动开关二档，第一液压缸腔9下部进出油口关闭，液压油停止向下流动，液压推杆11停止伸出。

所述锥形端头17顶部连接圆弧片24，圆弧片24前端设有刃口，方便切割土体。

所述中部桩体前后左右设有具有一定宽度的矩形通孔20,矩形通孔20的长宽均大于圆弧片的弦长和厚度，用于圆弧片24的伸出与缩回。

所述中部桩体设置有检查门18，当内部电动液压推杆装置发生故障时，可以打开检查门18，进行安全故障排查。

该装置包括拔起机构，所述拔起机构包括固定支架21、套筒22，固定支架21横梁中部设置有带有转盘23的拔起杆件，拔起杆件设有螺纹，固定支架21横梁中部设有圆形通孔，圆形通孔设有与拔起杆件螺纹相匹配的螺纹口，拔起杆件的下部连接套筒22，套筒 22用于将带有转盘23的拔起杆件与连接杆件1紧密连接，通过转动转盘23将整个拉拔仪从土体拔起。

一种土体现场拉拔试验方法，通过机械方法或者重锤锤击，将拉拔仪打进试验土体，待进入试验所要求的深度时，架起拔起机构，将拉拔仪的连接杆件1与拔起机构的拔起杆件采用套筒22连接；开启开关一档，启动电动液压推杆装置，从中部桩体两侧伸出液压推杆11，液压推杆11带动锥形端头17、圆弧片24伸出，待圆弧片24全部伸出后，按动开关二档，液压推杆11停止伸出，再转动拔起杆件的上部的转盘23，将整个拉拔仪拔起，同时再控制监测模块启动，开始测量，测量完成后，按动开关三档，液压推杆11带动锥形端头17、圆弧片24收回。

操作步骤：

Step1：平整试验场地，清理试验场地上周围碎石及杂物，进行网格分区；

Step2：在地面上先采用手提式钻孔机人工钻孔，钻孔沿孔深方向与地面垂直打入土体，孔径略大于拉拔仪的直径，孔深为拉拔仪中部桩体身的1/5；

Step3：将拉拔仪放入钻孔中，采用重型锤锤击桩顶部分，中部桩体身进入深度按照设计要求确定；

Step4：测量好距离后将固定支架21打入土体，保证固定支架21的稳固后，使其横梁中部圆形通孔位于连接杆件1的上方，再安装带有转盘23的拔起杆件，转动转盘23让拔起杆件向下移动，与连接杆件1相接触，再旋转套筒22，将两个连接杆紧密相连。

Step5：接通电源，开启开关一档，启动电动液压推杆装置，液压推杆11从中部桩体身伸出，带动液压推杆11上部焊接的圆弧片24继续伸出，待圆弧片24全部伸出后，按动开关二档，液压推杆11停止伸出。

Step6：启动监测模块，记录人员观测位移传感器4和荷载传感器3监测的数据变化值，记录拉拔仪从试验土体被拔出时的拉力、拉拔仪的埋入深度，再统计破坏面的面积。根据拉拔仪从土体被拔出时的拉力和实际受拉破坏面积，即可计算土体的抗拉强度，计算公式为：

σ_f＝F/S (1)

式中：σ_f为土体的抗拉强度；F为拉拔仪从试验土体中被拔出时的拉力；S为破坏面的面积，破坏面为图9所示圆台的侧面，侧面积计算公式为：

其中，D、d、H如何取值如图9所示。

同时，根据土体抗拉强度和抗剪强度良好的相关关系，也可以推算土体的抗剪强度；其经验公式为：

τ_f＝AF+B (2)

式中：τ_f为剪切破坏面上的剪应力，即土的抗剪强度；F为拉拔仪从试验土体中被拔出时的拉力；A、B为拟合经验系数，不同土体的A、B不同，具体试验过程中，针对不同位置的土样，可在现场取原状土样，室内进行剪切试验和抗拉试验，基于室内试验结果拟合分析得到土样抗剪强度和抗拉强度的相关关系，即可得到公式(2)中的系数A、B。

Step7：旋转转盘23，转盘23转动带动拔起杆件转动，按照要求同时拔起拉拔仪；

Step8：为排除某些特殊因素导致的实验误差，在网格范围内多进行几次试验，重复上述步骤，对取得的多次数据进行综合分析。

Claims

1.一种土体现场拉拔试验装置，包括拉拔仪，其特征在于：所述拉拔仪包括中部桩体，中部桩体顶部设置连接杆件（1），中部桩体内部设置电动液压推杆装置，所述电动液压推杆装置包括驱动装置、液压推杆（11），驱动装置连接多个液压推杆（11），每一个液压推杆（11）端部连接一个锥形端头（17），锥形端头（17）连接土体切割片；

所述中部桩体内部设置隔板（6），隔板（6）位于电动液压推杆装置上部，隔板（6）上布置有位移传感器（4）；

所述连接杆件（1）上面布设荷载传感器（3）。

2.根据权利要求1所述一种土体现场拉拔试验装置，其特征在于：所述电动液压推杆装置包括：

第一液压缸腔（9）、第二液压缸腔（7）；

第一活塞（12）、第二活塞（13）；

驱动装置（8）；

液压管道（10）;

第一液压缸缸体（14）、第二液压缸缸体（15）；

液压缸止口（16）；

第一液压缸缸体（14）的一端设置第一活塞（12），第二液压缸缸体（15）的一端设置第二活塞（13），第二活塞（13）上连接液压推杆（11），第一液压缸腔（9）与第二液压缸腔（7）之间由液压缸止口（16）进行分隔，液压缸止口（16）与第一液压缸缸体（14）一体成形。

3.根据权利要求1所述一种土体现场拉拔试验装置，其特征在于：所述锥形端头（17）顶部连接圆弧片（24），圆弧片（24）前端设有刃口。

4.根据权利要求1所述一种土体现场拉拔试验装置，其特征在于：所述中部桩体前后左右设有具有一定宽度的矩形通孔（20）。

5.根据权利要求1所述一种土体现场拉拔试验装置，其特征在于：所述中部桩体设置有检查门（18）。

6.根据权利要求1所述一种土体现场拉拔试验装置，其特征在于：该装置包括拔起机构，所述拔起机构包括固定支架（21）、套筒（22），固定支架（21）横梁中部设置有带有转盘（23）的拔起杆件，拔起杆件设有螺纹，固定支架（21）横梁中部设有圆形通孔，圆形通孔设有与拔起杆件螺纹相匹配的螺纹口，拔起杆件的下部连接套筒（22），套筒（22）用于将带有转盘（23）的拔起杆件与连接杆件（1）紧密连接，通过转动转盘（23）将整个拉拔仪从土体拔起。