用於測量土粘著力的儀器的製作方法

2023-06-09 16:47:16 3

專利名稱：用於測量土粘著力的儀器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於測量土粘著力的儀器。
技術背景
土的粘著性(膠粘性)是土的固體組成部分通過結合水膜與過渡類型水與外部物體之間的相互作用。結合水膜與過渡類型水，一方面和土顆粒作用，另一方面與外部物體接觸，於是就產生了一個應力，它們之間的作用力是複合型的，並且這個作用比較接近於粘結力(附著力)，這個力被稱作粘著力。由於這個力的存在，使得大型的交通或者運輸工具在野外裸露土地地面上作業時將耗費多餘的動力，從而影響其工作效率，並消耗多餘的動力資源。尤其是在軍事方面，大型的戰鬥和運輸機械在土地面行進過程中，車輪與地面之間的粘著力影響運輸機械行進速度，消耗多餘的能源。因此，需要對土的粘著性進行研究。近年，在國家倡導節能減排、保護資源環境的框架下，研究普通民用以及軍事交通運輸工具及車輛(不同材料-鋼材或橡膠)與土地面之間的粘著力是科技人員、工程技術人員亟待解決的技術問題。
另外，大氣降水和地下水位的變化會使地基中土的含水量產生變化，與此同時建築物底板(或樁基混凝土樁壁)與土之間的粘著力也會發生變化。因此需要對混凝土(外部物體)與地基土之間產生的粘著力進行研究，使工程建築物穩定可靠，保護國家和人民財產免受損失。發明內容
鑑於上述，本發明的目的旨在提供一種用於測量土粘著力的儀器。通過壓力傳遞系統，採取不同的壓力梯度使不同材料的測試頭與土樣品充分接觸。然後拉動測試頭，在測試頭與土樣品脫離瞬間，記錄拉力值。此拉力值為不同材料與土樣品之間的粘著力。
本發明的目的是這樣實現的
一種用於測量土粘著力的儀器，是由鋼架、液壓與測力系統、伸縮杆、不同材料可更換式測試頭、可裝卸式樣品盒、油壓閥、手輪、調壓系統、底板構成。鋼架頂部和液壓與測力系統連接，液壓與測力系統下端通過伸縮杆與不同材料可更換式測試頭連接，調壓系統和液壓與測力系統通過鋼架中的銅質管路相連接，可裝卸式樣品盒底部凹陷槽推進調壓系統外殼上部的凸臺中，可裝卸式樣品盒固定在調壓系統外殼上方，外殼的一側有油壓閥和手輪，調壓系統固定在底板上。
本發明的優點和有益效果是
1.不同材料可更換式測試頭為金屬(鋼質、鐵質、鋁質)、橡膠、混凝土等不同材料製成。測試頭可以更換，可滿足對不同材料與土之間粘著力的測試需要。
2.本發明能夠很好的模擬交通工具以及工程建設中不同材料與土體接觸所產生的粘著效應，並能準確的測量出不同材料與土之間粘著力，解決了土與不同介質材料的粘著力測試問題，為民用及軍事運輸工具的減少能耗、提高工程建築質量提供試驗數據和技術指導。
3、該發明具有操作簡單，測量周期短，節省能源等優點。


圖1是本發明的示意圖。
圖2是粘著力測試結果示意圖具體實施方式
本發明液壓與測力系統2中壓力表的取值範圍士5MPa，精確度為0. OlMPa0
下面，結合附圖1，對本發明的技術方案再作進一步的說明
如圖1所示，一種用於測量土粘著力的儀器，是由鋼架1、液壓與測力系統2、伸縮杆3、不同材料可更換式測試頭4、可裝卸式樣品盒5、油壓閥6、手輪7、調壓系統8和底板9 構成。鋼架1頂部和液壓與測力系統2連接，液壓與測力系統2下端通過伸縮杆3與不同材料可更換式測試頭4連接，調壓系統8和液壓與測力系統2通過鋼架1中的銅質管路相連接。不同材料可更換式測試頭4為金屬(鋼質、鐵質、鋁質)、橡膠、混凝土等不同材料製成。液壓與測力系統2裡面包括液壓系統與測力系統，液壓系統由液壓缸和活塞組成，測力系統包含壓力傳感器和壓力表。可裝卸式樣品盒5為不鏽鋼材料，將可裝卸式樣品盒5底部凹陷槽推進調壓系統8外殼上部的凸臺中，使可裝卸式樣品盒5固定在調壓系統8外殼上方，外殼的一側有油壓閥6和手輪7，調壓系統8固定在底板9上。手輪7順時或逆時針轉動時帶動液壓與測力系統2，從而伸縮杆3帶動不同材料可更換式測試頭4傳遞並測量上下不同方向的拉力和壓力，且應力的變化可從液壓與測力系統2壓力表中指示出來。
分別選擇重質粘土，輕質粘土，重質、輕質亞粘土，重質粉質土與輕質粉土作為測試粘著力的試驗土樣。試驗不同材料可更換式測試頭4採用鐵質材料，且與土樣品接觸面積為IOcm2，豎向荷載為IMPa。
下面，就按照以上所敘述實驗條件採用鐵質測試頭向下加壓方式和鐵質測試頭向上提拉方式分述如下
加壓方式關閉油壓閥6，使油路閉合，順時針轉動手輪7，帶動調壓系統8，油從調壓系統通過鋼架1中的銅質管路流入液壓與測力系統2液壓缸內，並帶動活塞，從而伸縮杆 3帶動鐵質測試頭向下方土樣施加壓力，加壓至需要壓力值時，固定好手輪7，等待所需時間後，打開油壓閥6，洩壓。
提拉方式關閉油壓閥6，使油路閉合，逆時針轉動手輪7，帶動液壓與測力系統2， 伸縮杆3帶動鐵質測試頭向上方對土樣施加拉力，拉至鐵質測試頭與土樣瞬時脫離時，記錄此時液壓與測力系統2中壓力表的值，打開油壓閥6，洩壓。粘著力的計算方式如下
F = P/S ........................... (1)
(1)式中F_粘著力；P-提拉力；S-鐵質測試頭與土樣品接觸面積。
在豎向荷載為IMPa，鐵質測試頭，與土樣品接觸面積為IOcm2時，各種土樣品最大粘著力值(Fmax)如下
重質粘土-Fmax = 0. 06MPa (約 0. 6kg)；
輕質粘土-Fmax = 0. 02MPa (約 0. 2kg)；
重質、輕質亞粘土-Fmax = 0. OlMPa (約 0. Ikg)；
重質粉質土-Fmax = 0. 005MPa (約 0. 05kg)；
輕質粉土-Fmax = 0. 002MPa (約 0. 02kg)。
因此，民用及軍事運輸工具和工程建築與土接觸時，接觸面積成級數增大，此時該值也會以級數增長。民用及軍事運輸工具在運行時，粘著力越大，民用及軍事運輸工具耗能就越大，起負面效果；相反在工程建築中，混凝土基礎與土壤之間的粘著力越大，工程建築的穩定性就越高，起正面效果。
如圖2所示，粘著力(F)隨含水量(W)的變化而變化，當土壤含水量很小時 ( Wn)，此時土壤的含水量較大，已沒有可塑性，處於流態，基本沒有粘著性，即粘著力基本為零。存在一個臨界含水量(W。)，此時粘著力 (F)為最大粘著力(Fmax)。
綜上所述，當土壤含水量Wtl < W < Wn時土壤具有粘著性，即具有粘著力，當含水量 W = Wc時，此時粘著力(F)為最大粘著力(Fmax)。當土壤含水量Wtl < W < W。時粘著力隨含水量增大而增大；當土壤含水量W。< W < Wn時粘著力隨含水量增大而減小。
權利要求
1. 一種用於測量土粘著力的儀器，是由鋼架(1)、液壓與測力系統O)、伸縮杆(3)、不同材料可更換式測試頭(4)、可裝卸式樣品盒( 、油壓閥(6)、手輪(7)、調壓系統(8)、底板 (9)構成，其特徵是鋼架(1)頂部與液壓與測力系統(2)連接，液壓與測力系統(2)下端通過伸縮杆(3)與不同材料可更換式測試頭(4)連接，調壓系統(8)與液壓與測力系統(2) 通過鋼架(1)中的銅質管路相連接，可裝卸式樣品盒( 底部凹陷槽推進調壓系統(8)外殼上部的凸臺中，可裝卸式樣品盒( 固定在調壓系統(8)外殼上方，外殼的一側有油壓閥 (6)和手輪(7)，調壓系統(8)固定在底板(9)上。
全文摘要
本發明涉及一種用於測量土粘著力的儀器，其結構特徵是鋼架頂部與液壓與測力系統連接，液壓與測力系統下端通過伸縮杆與不同材料可更換式測試頭連接，調壓系統與液壓與測力系統通過鋼架中的銅質管路相連接，可裝卸式樣品盒固定在調壓系統外殼上方，外殼的一側有油壓閥和手輪，調壓系統固定在底板上。本發明通過液壓與測力系統由伸縮杆帶動不同材料可更換式測試頭傳遞不同方向的拉力和壓力，可以測不同的材料與不同類型及狀態土之間的粘著力。為民用及軍事運輸工具的減少能耗、提高工程建築質量提供試驗數據和技術指導。
文檔編號G01N19/04GK102494994SQ20111035647
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月11日 優先權日2011年11月11日
發明者何瑞霞, 孫志忠, 張中瓊, 張澤, 鄭劍鋒, 馬巍 申請人:中國科學院寒區旱區環境與工程研究所