一種土工拉壓強度試驗一體的製造方法

2023-10-06 19:49:09

一種土工拉壓強度試驗一體的製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種土工拉壓強度試驗一體機，它包含控制臺，該控制臺的一側設有相應的驅動輪和控制裝置，所述控制臺上端面的兩側鏡像安裝有固定杆，該固定杆的上端之間設有定位杆，所述的定位杆與固定杆之間通過螺栓旋接固定，所述定位杆的中部設有鎖定螺母，所述鎖定螺母的螺孔內設有與其旋接配合的絲杆，該絲杆的下端穿過定位杆與S型拉壓應力感應器相連，所述S型拉壓應力感應器的底部安裝有上萬能頂座，所述控制臺的上端面設有位移測量臺。本實用新型可研究速率對土體抗拉、抗壓強度的影響；在直接拉伸試驗中，可精確測定土體的變形量，同時利用重力傳感器可測量試驗過程中重力的變化；對試驗中變化迅速肉眼無法觀察的數據進行採集。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及土工試驗機械加工製造領域，具體涉及一種土工拉壓強度試驗一 體機。 一種土工拉壓強度試驗一體機

【背景技術】
[0002] 近幾年來隨著我國經濟的快速發展，公路、機場、高土石壩修建的蓬勃興起，人們 對這些建築物或構築物的抗拉和抗裂能力提出了較高的要求，這樣對土的抗拉特性深入的 研究已成為解決工程實際問題的一個熱點。
[0003] 1、單軸拉伸試驗
[0004] 單軸拉伸試驗是測定土體抗拉強度最直接的試驗方法，通常是採用特殊的夾具或 膠結材料固定住試樣的兩端後直接對試樣施加軸向拉力，在無側限拉力條件下測試土樣的 抗拉強度。有別於傳統的材料（例如巖石、混凝土、金屬類材料）抗拉強度實驗，由於土體 的抗拉強度值較低，對實驗儀器的精度和穩定性要求更高。目前，單軸拉伸試驗發展尚未成 熟，沒有標準的實驗儀器和實驗規範，按試樣的放置方式可分為立式和臥式拉伸法；按試樣 形狀又有等截面矩形、等截面圓形、"8"字形模試樣等；按端部固定方法又分為機械夾具、化 學試劑粘結、凍結端部法以及打孔固定法等。
[0005] 1951年，Haefel首先採用凍結端頭的方法做了飽和粘性土的直接拉伸試驗，拉開 了研究土體抗拉強度的序幕。但此次設備較為簡陋，粗略的應用了拉伸原理。隨後眾多的 學者，如Tchbotarioff和Dephicippe，Hasegawa和Ikeuti，等也開始土體抗拉強度的研究， 試驗儀器和方法在研究過程中不斷得到改善。
[0006] 根據所得文獻，國內最早使用單軸拉伸方法測量土體抗拉強度的是1973年清華 大學水利系工程地質及土力學教研組用化學試劑粘結試件端部的方法，以等截面矩形試件 對紅粘土進行抗拉特性測定。這是國內首次肯定用粘結試件端部來進行粘性土抗拉試驗的 可行性，但對於較大抗拉強度的土是否可行還未確定。
[0007] 1983年，武漢水利電力學院的鈕澤明和陸士強利用改裝後的三軸拉伸儀對等截面 圓柱試樣進行端部化學試劑粘結的單軸抗拉試驗，但採用砝碼逐級施加荷載，無法保證破 裂荷載即為極限荷載。
[0008] 1995年，李廣信等在原先垂向拉伸儀的基礎上研製了一套簡單的單向水平拉伸試 驗裝置（圖1)，荷載同樣通過砝碼逐級施加，試樣為等截面長方體，兩端使用化學粘合劑粘 合，水平放置於密排滾珠上以消除土體自重和摩擦力對其抗拉強度的影響，此方法除了無 法保證破裂荷載即為極限荷載之外，理論上無法消除土體自重以及摩擦力的影響。
[0009] 2001年，党進謙等在直剪儀的基礎上成功研發了應變控制臥式單軸土工拉伸儀 (圖2)，在此基礎上研究了黃土的抗拉特性。根據試樣形狀採用不同夾具，有由兩塊活動夾 板、兩塊固定夾板和承拉板組成的立方體夾具以及形狀為空心圓柱體的夾具。測力系統由 彈黃（或應力環）和百分表組成，根據手輪轉數和彈賛的變形量，計算試樣在拉伸過程的伸 長量和軸向拉力。該法操作方便，結果明確，試驗可重複性強，但也存在一定不足，如手輪轉 速受人為因素影響較大，立方體夾具安裝不當易出現偏心拉伸，無法消除重力的影響，夾具 對兩側土體產生一定程度的破壞等。
[0010] 2005年，Tamrakar等研製了一種新型的臥式單軸土工拉伸儀，對類似於"8"字形 截而（圖3)，高5cm的試樣施加荷載，進行拉伸試驗，研究了不同前期固結壓力下無側限抗 壓強度與抗拉強度的關係。該儀器發明了新的制樣和測試模具，分為左右兩個圓盒子，右邊 的盒子固定於平臺上，而左邊的盒可自行移動，在其下方、平臺之上安裝有線性滑動軸，減 少摩擦影響。採用該模具直接制樣，簡單方便，且消除了普通夾具的摩擦力影響以及化學粘 劑的不穩定性。這是一個極其可行的方法，然而，由於採用的特殊形狀的試樣，試驗中儀器 施加的宏觀拉力和破壞處的局部應力的關係有待更嚴謹的推導，且該形狀的試樣的製作中 受到較大限制，對土的種類要求高。
[0011] 2006年，張輝和朱俊高設計了一套能進行土體單軸拉伸試驗的夾具，安裝於萬能 試驗機上，採用應力控制或應變控制來對圓柱形試樣進加荷，該儀器能進行連續均勻加載 試驗，採用電子採集數據，精確省力。但在試驗過程中，夾具與試樣之間容易產生微小的滑 動，因此該夾具較適用於測量抗拉強度而不宜用於研究變形。
[0012] 2、徑向壓裂試驗
[0013] 徑向壓裂試驗又稱巴西劈裂法，最初用於測試混凝土和巖石等脆性材料的抗拉強 度，後來被用於測試土樣的抗拉強度，並可採用不同的試樣形狀進行試驗。
[0014] 3、軸向壓裂試驗
[0015] 軸向壓裂試驗也稱為雙衝壓試驗，試驗過程是在圓柱狀試樣上下兩端通過圓柱形 剛性衝壓短柱襯塾施加相反的軸向荷載，直至試驗沿軸向劈裂再根據材料理想塑性的假 設，計算其抗拉強度。
[0016] 4、土體無側限單軸抗壓強度
[0017] 土無側限抗壓強度簡稱無側限強度。是指土在無側限條件下，抵抗軸向壓力的極 限強度。其值等於土破壞時的垂直極限壓力，一般用無側限壓力儀來測定。
[0018] 綜上所述現有技術中存在以下缺陷：
[0019] (1)、單軸拉伸試驗中對土體兩端沒有合理的固定裝置，易產生微小滑動，試驗重 復率低；
[0020] (2)、徑向壓裂試驗、軸向壓裂試驗中沒有規範的模具；
[0021] (3)、由於土體為彈塑性模型，重力在直接拉伸試驗過程中起一定作用，而現有儀 器無法測量直接拉伸試驗過程中重力的變化對土體抗拉強度的影響；
[0022] (4)、現有裝置無法實現土體的單軸拉伸試驗，徑向壓裂試驗，軸向壓裂試驗和土 體無側限單軸抗壓強度的試驗一體化。 實用新型內容
[0023] 本實用新型目的是提供一種土工拉壓強度試驗一體機，它能有效地解決【背景技術】 中所存在的問題。
[0024] 為了解決【背景技術】中所存在的問題，它包含控制臺1，該控制臺1的一側設有相應 的驅動輪和控制裝置，所述控制臺1上端面的兩側鏡像安裝有固定杆2,該固定杆2的上端 之間設有定位杆3,所述的定位杆3與固定杆2之間通過螺栓旋接固定，所述定位杆3的中 部設有鎖定螺母4,所述鎖定螺母4的螺孔內設有與其旋接配合的絲杆5,該絲杆5的下端 穿過定位杆3與S型拉壓應力感應器6相連，所述S型拉壓應力感應器6的底部安裝有上 萬能頂座7,所述控制臺1的上端面設有位移測量臺8,該位移測量臺8的上端面安裝有重 力傳感器9,所述重力傳感器9的上端面安裝有下萬能底座10,所述的S型拉壓應力感應器 6和重力傳感器9的數據輸出端通過導線與數顯儀11相連。
[0025] 當進行拉伸試驗時，所述的上萬能頂座7和下萬能底座10上鏡像安裝有夾具12， 所述控制臺1 一側的固定杆2上夾持有夾架13,該夾架13的另一端固定有百分表14,所述 的夾具12整體為中空的管狀結構，其內壁上滾壓有防滑螺紋，所述夾具12的底部鏡像焊接 有安裝底座15,所述夾具12的一側軸向設置有開口，該開口處的兩側分別焊接有固定螺母 16,兩個固定螺母16之間通過螺栓17旋接連接。
[0026] 當進行徑向壓裂試驗時，所述的上萬能頂座7和下萬能底座10上鏡像安裝有壓裂 模具18,所述的壓裂模具18整體為圓盤狀結構，其與試件接觸的一側徑向開設有槽19,該 槽19內放置有徑向壓裂試驗劈裂條23,該徑向壓裂試驗劈裂條23的外側面延伸出模具18 的端面。
[0027] 當進行軸向壓裂試驗時，所述的上萬能頂座7和下萬能底座10上鏡像安裝有襯墊 20,所述的襯墊20為圓柱形結構，其一端向外垂直延伸出與上萬能頂座7或下萬能底座10 相對接的固定腳21。
[0028] 當進行無側限單軸抗壓試驗時，所述的上萬能頂座7和下萬能底座10上鏡像安裝 有無側限單軸抗壓模具24,所述的整體為圓盤狀結構，其與試件接觸的一側徑向開設有槽 25,該槽25內放置有無側限單軸抗壓試驗劈裂條22,該無側限單軸抗壓試驗劈裂條22的外 側面與無側限單軸抗壓模具24的端面齊平。
[0029] 由於採用了以上技術方案，本實用新型具有以下有益效果：1、可研究速率對土體 抗拉、抗壓強度的影響；2、在直接拉伸試驗中，可精確測定土體的變形量，同時利用重力傳 感器可測量試驗過程中重力的變化；3、對試驗中變化迅速肉眼無法觀察的數據進行採集； 4、在徑向壓裂試驗（巴西劈裂法）、軸向壓裂試驗和單軸無側限抗壓試驗中兩類傳感器可 對比取均值，同時通過一臺儀器不同的方法對土體的抗拉強度進行測定，減少了不同儀器 間廣生的誤差，提商了精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030] 為了更清楚地說明本實用新型，下面將結合附圖對實施例作簡單的介紹。
[0031] 圖1是本實用新型的結構示意圖；
[0032] 圖2是本實用新型中實施例2的結構示意圖；
[0033] 圖3是實施例2中夾具的結構示意圖；
[0034] 圖4是本實用新型中實施例3的結構示意圖；
[0035] 圖5是實施例3中壓裂模具的結構示意圖；
[0036] 圖6是本實用新型中實施例4的結構示意圖；
[0037] 圖7是實施例4中襯墊的結構示意圖；
[0038] 圖8是本實用新型中實施例5的結構示意圖；
[0039] 圖9是本實施例5中壓裂模具的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0040] 為了使本實用新型實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下 面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整 地描述。
[0041] 實施例1
[0042] 參看圖1，本【具體實施方式】是採用以下技術方案予以實現，它包含控制臺1，該控 制臺1的一側設有相應的驅動輪和控制裝置，所述控制臺1上端面的兩側鏡像安裝有固定 杆2,該固定杆2的上端之間設有定位杆3,所述的定位杆3與固定杆2之間通過螺栓旋接 固定，所述定位杆3的中部設有鎖定螺母4,所述鎖定螺母4的螺孔內設有與其旋接配合的 絲杆5,該絲杆5的下端穿過定位杆3與S型拉壓應力感應器6相連，所述S型拉壓應力感 應器6的底部安裝有上萬能頂座7,所述控制臺1的上端面設有位移測量臺8,該位移測量 臺8的上端面安裝有重力傳感器9,所述重力傳感器9的上端面安裝有下萬能底座10,所述 的S型拉壓應力感應器6和重力傳感器9的數據輸出端通過導線與數顯儀11相連。
[0043] 實施例2
[0044] 當進行拉伸試驗時，參看圖2-3,將實施例1中的上萬能頂座7和下萬能底座10上 鏡像安裝有夾具12,所述控制臺1 一側的固定杆2上夾持有夾架13,該夾架13的另一端固 定有百分表14,所述的夾具12整體為中空的管狀結構，其內壁上滾壓有防滑螺紋，所述夾 具12的底部鏡像焊接有安裝底座15,所述夾具12的一側軸向設置有開口，該開口處的兩側 分別焊接有固定螺母16,兩個固定螺母16之間通過螺栓17旋接連接。
[0045] (1)、制樣。
[0046] 將土樣製成圓柱狀，其尺寸為直徑61. 8mm，高度125mm ;
[0047] ⑵、土樣安裝。
[0048] a)、通過鎖定螺母4調整絲杆5,使上萬能頂座7和下萬能底座10的垂直距離達 到約15cm，滿足試驗高度要求，並使上萬能頂座7和下萬能底座10的中心點位於同一直線 上；
[0049] b)、利用上下夾具12將土樣夾緊，後用內六角螺絲將下端的夾具12安裝於下萬能 底座10,轉動驅動輪使試下萬能底座10上升，令上端的夾具12剛剛觸碰到上萬能頂座7時 停止，並用內六角螺絲固定上端的夾具12 ;
[0050] c)、將百分表14轉動並調整至合適量程；
[0051] (3)、測量、採集數據
[0052] 將兩個數顯儀清零，扳動下降按鈕使上萬能頂座7勻速下降，也可按試驗要求轉 動驅動輪調整下降速度，每隔30s記錄一次數據（兩個數顯儀和百分表），直至土樣拉裂破 壞。
[0053] 實施例3
[0054] 當進行徑向壓裂試驗時，參看圖4-5,所述的上萬能頂座7和下萬能底座10上鏡像 安裝有壓裂模具18,所述的壓裂模具18整體為圓盤狀結構，其與試件接觸的一側徑向開設 有槽19,該槽19內放置有徑向壓裂試驗劈裂條23,該徑向壓裂試驗劈裂條23的外側面延 伸出模具18的端面。
[0055] (1)、制樣。
[0056] 將土樣製成圓柱狀，尺寸為直徑61. 8mm，高度125mm或直徑39. 1mm，高度80mm，也 可按照試驗要求將土樣製成立方體；
[0057] (2)、土樣安裝。
[0058] a)、通過鎖定螺母4調整行程軌道，使上萬能頂座7和下萬能底座10的垂直距離 滿足試驗高度要求，並使上萬能頂座7和下萬能底座10的中心點位於同一直線上；
[0059] b)、將壓裂模具18分別固定於上萬能頂座7和下萬能底座10上，按試驗要求凹槽 內安裝不同規格的徑向壓裂試驗劈裂條23,並使上下徑向壓裂試驗劈裂條23位於同一平 面；
[0060] C)、將土樣水平放於上下徑向壓裂試驗劈裂條23之間，同時土樣中心軸與上下徑 向壓裂試驗劈裂條23位於同一平面，轉動驅動輪使下萬能底座10上移，至土樣與上方的徑 向壓裂試驗劈裂條23恰好接觸為止；
[0061] ⑶、測量、採集數據
[0062] 將兩個數顯儀清零，扳動上升按鈕使下萬能底座10勻速上升，也可按試驗要求轉 動驅動輪調整上升速度，直至土樣拉裂破壞，記錄土樣破壞時兩個數顯儀的讀數。
[0063] 實施例4
[0064] 當進行軸向壓裂試驗時，參看圖6-7,所述的上萬能頂座7和下萬能底座10上鏡像 安裝有襯墊20,所述的襯墊20為圓柱形結構，其一端向外垂直延伸出與上萬能頂座7或下 萬能底座10相對接的固定腳21。
[0065] (1)、制樣。
[0066] 將土樣製成圓柱狀，尺寸為直徑61. 8mm，高度125mm或直徑39. 1mm，高度80mm ;
[0067] ⑵、土樣安裝。
[0068] a)、通過鎖定螺母4調整行程軌道，使上萬能頂座7和下萬能底座10的垂直距離 滿足試驗高度要求，並使上萬能頂座7和下萬能底座10的中心點位於同一直線上；
[0069] b)、按試驗要求安裝不同種類的襯墊20,並使上下襯墊20的中心點位於同一直線 上；
[0070] c)、將士樣垂直放於上端的襯墊20和下端的襯墊20之間，土樣中心軸與上端的襯 墊20和下端的襯墊20的中心點位於同一直線上，轉動驅動輪使下萬能底座10上移，至土 樣與上襯墊20恰好接觸為止；
[0071] (3)、測量、採集數據
[0072] 將兩個數顯儀清零，扳動上升按鈕使底座勻速上升，也可按試驗要求轉動驅動輪 調整上升速度，直至土樣壓裂破壞，記錄土樣破壞時兩個數顯儀的讀數。
[0073] 實施例5
[0074] 當進行無側限單軸抗壓試驗時，參看圖8-9,所述的上萬能頂座7和下萬能底座10 上鏡像安裝有無側限單軸抗壓模具24,所述的整體為圓盤狀結構，其與試件接觸的一側徑 向開設有槽25,該槽25內放置有無側限單軸抗壓試驗劈裂條22,該無側限單軸抗壓試驗劈 裂條22的外側面與無側限單軸抗壓模具24的端面齊平。
[0075] (1)、制樣。
[0076] 將土樣製成圓柱狀，尺寸為直徑61. 8mm，高度125mm或直徑39. 1mm，高度80mm ;
[0077] (2)、土樣安裝。
[0078] a)、通過鎖定螺母4調整行程軌道，使上萬能頂座7和下萬能底座10的垂直距離 滿足試驗高度要求，並使上萬能頂座7和下萬能底座10的中心點位於同一直線上；
[0079] b)、將壓裂模具18分別固定於上萬能頂座7和下萬能底座10上，並在槽19內放 置墊條，使壓裂模具18表面平整；
[0080] C)、將土樣垂直放於上下壓裂模具18之間，使土樣中心軸與壓裂模具18中心點位 於同一直線，轉動驅動輪使下萬能底座10上移，至土樣與上方的壓裂模具18恰好接觸為 止；
[0081] d)、將百分錶轉動至位移測量臺並調整至合適量程；
[0082] (3)、測量、採集數據
[0083] 將兩個數顯儀清零，扳動上升按鈕使底座勻速上升，也可按試驗要求轉動驅動輪 調整上升速度，每隔30s記錄一次數據（兩個數顯儀和百分表），直至土樣壓裂破壞。
[〇〇84] 最後應說明的是：以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制； 儘管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解， 其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等 同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術 方案的精神和範圍。
【權利要求】
1. 一種土工拉壓強度試驗一體機，它包含控制臺（1)，該控制臺（1)的一側設有相應的 驅動輪和控制裝置，其特徵在於所述控制臺（1)上端面的兩側鏡像安裝有固定杆（2)，該固 定杆（2)的上端之間設有定位杆（3)，所述的定位杆（3)與固定杆（2)之間通過螺栓旋接 固定，所述定位杆（3)的中部設有鎖定螺母（4)，所述鎖定螺母（4)的螺孔內設有與其旋接 配合的絲杆（5)，該絲杆（5)的下端穿過定位杆（3)與S型拉壓應力感應器（6)相連，所述 S型拉壓應力感應器（6)的底部安裝有上萬能頂座（7)，所述控制臺（1)的上端面設有位移 測量臺（8)，該位移測量臺（8)的上端面安裝有重力傳感器（9)，所述重力傳感器（9)的上 端面安裝有下萬能底座（10)，所述的S型拉壓應力感應器（6)和重力傳感器（9)的數據輸 出端通過導線與數顯儀（11)相連。
2. 根據權利要求1所述的一種土工拉壓強度試驗一體機，其特徵在於所述的上萬能頂 座（7)和下萬能底座（10)上鏡像安裝有夾具（12)，所述控制臺（1) 一側的固定杆（2)上夾 持有夾架（13)，該夾架（13)的另一端固定有百分表（14)，所述的夾具（12)整體為中空的 管狀結構，其內壁上滾壓有防滑螺紋，所述夾具（12)的底部鏡像焊接有安裝底座（15)，所 述夾具（12)的一側軸向設置有開口，該開口處的兩側分別焊接有固定螺母（16)，兩個固定 螺母（16)之間通過螺栓（17)旋接連接。
3. 根據權利要求1所述的一種土工拉壓強度試驗一體機，其特徵在於所述的上萬能頂 座（7)和下萬能底座（10)上鏡像安裝有壓裂模具（18)，所述的壓裂模具（18)整體為圓盤 狀結構，其與試件接觸的一側徑向開設有槽（19)，該槽（19)內放置有徑向壓裂試驗劈裂條 (23)，該徑向壓裂試驗劈裂條（23)的外側面延伸出模具（18)的端面。
4. 根據權利要求1所述的一種土工拉壓強度試驗一體機，其特徵在於所述的上萬能頂 座（7)和下萬能底座（10)上鏡像安裝有襯墊（20)，所述的襯墊（20)為圓柱形結構，其一端 向外垂直延伸出與上萬能頂座（7)或下萬能底座（10)相對接的固定腳（21)。
5. 根據權利要求1所述的一種土工拉壓強度試驗一體機，其特徵在於所述的上萬能頂 座（7)和下萬能底座（10)上鏡像安裝有無側限單軸抗壓模具（24)，所述的整體為圓盤狀結 構，其與試件接觸的一側徑向開設有槽（25)，該槽（25)內放置有無側限單軸抗壓試驗劈裂 條（22)，該無側限單軸抗壓試驗劈裂條（22)的外側面與無側限單軸抗壓模具（24)的端面 齊平。
【文檔編號】G01N3/06GK203881614SQ201420152378
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月1日 優先權日:2014年4月1日
【發明者】倪萬魁, 王衍匯, 倪梓軒, 石博溢, 武鵬, 袁志輝, 戴磊, 朱強偉, 李徵徵, 杜光波, 劉茹, 李煥煥 申請人:長安大學