一种用于测试土体强度特性试验装置-凯发k8天生赢家

1.本发明涉及岩土力学强度测试技术领域，尤其涉及一种用于测试土体强度特性试验装置。


背景技术：

2.岩土工程中的边坡工程和道路工程，遇到滑坡和地基土失稳等问题，主要表现为剪切破坏。然而，没有考虑土体拉应力作用下发生张拉破坏。而边坡失稳在边坡后缘发生张拉破坏，抗拉强度是研究土体张拉破坏特性的基础，是描述土体力学性质的重要指标，而声波测试是用来测试土体强度，能准确测出土体的强度参数在边坡工程中具有重要意义。
3.对于岩土边坡工程当中，主要运用直剪试验和三轴剪切实验测试土体的强度。近年来，很多专家学者发现在边坡工程当中，不仅是剪切破坏，而且在边坡后缘会发生拉剪破坏。目前抗拉强度逐渐考虑到边坡工程实践中并且得到了广泛应用。边坡工程考虑的因素很多，例如：受土体的类型和结构、干密度及含水率的影响。在一定区域内土的质地和结构不会发生太大的变化，而在天然情况下，受降雨和蒸发等因素的影响较大，土体的含水率变化很大，土的强度也随之改变。湿度控制能够有效的解决土体含水率的问题，当然干湿度交替作用下对土体的开裂问题也可以得到控制，并能够分析其力学特性。室内试验是一种直观、可靠的测试方法，通过控制试验状态来获取不同条件下土体的强度和抗拉强度参数，从而分析土体在不同状态下的强度特性和稳定状态。在非饱和土中含水率影响着土的力学性质，当然对土的抗拉强度的影响更大，因此保证土样在试验过程中的含水率不变是十分重要的。在制样可以控制含水率，但实际工程当中受到的环境因素很多，也不能保证土体的含水率不变，因此在普通的抗拉仪器测试过程中会导致数据不精确、效果不理想。因此亟需一种可控制土体的含水率(湿度)，保证在抗拉试验和声波测试中含水率不变的实验装置。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种用于测试土体强度特性试验装置，以解决上述现有技术存在的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种用于测试土体强度特性试验装置，包括：
6.载物台；
7.设置于所述载物台上的密闭箱和拉伸动力系统；所述密闭箱内设置有拉伸模具，所述拉伸模具为分体式对称结构，所述拉伸模具通过螺栓连接成型，所述拉伸动力系统用于为所述拉伸模具提供拉伸动力；
8.干湿度控制器；所述干湿度控制器与所述密闭箱连通，所述干湿度控制器用于控制所述拉伸模具内土样的含水率；
9.数据采集系统；所述数据采集系统包括声波数据采集单元和抗拉数据采集单元，所述声波数据采集单元安装在所述拉伸模具上，所述声波数据采集单元用于对所述拉伸模具内的土样进行声波测试，所述抗拉数据采集单元设置于所述拉伸模具与所述拉伸动力系
统之间，所述抗拉数据采集单元用于进行拉力数据采集。
10.优选的，所述拉伸模具与所述载物台之间设置有滑轮固定台，所述滑轮固定台的顶面为阶梯结构，所述滑轮固定台上设置有包裹式滑轮；所述拉伸模具远离所述拉伸动力系统的一端与所述滑轮固定台固定连接，所述拉伸模具的另一端通过所述包裹式滑轮与所述滑轮固定台滑动配合。
11.优选的，所述干湿度控制器上设置有干湿气调节阀、干湿气速率表和排风扇，所述干湿度控制器内部设置有制湿器，所述干湿度控制器与所述密闭箱之间设置有湿气进气管和干气进气管，所述湿气进气管一端与所述制湿器连通，所述湿气进气管另一端与所述密闭箱连通，所述湿气进气管上安装有湿气控制阀，所述干气进气管两端分别与所述干湿度控制器、所述密闭箱连通，所述干气进气管上安装有干气控制阀。
12.优选的，所述抗拉数据采集单元包括应力和位移测量传感器，所述应力和位移测量传感器的两端分别通过连接器与所述拉伸模具、所述拉伸动力系统固定连接；所述滑轮固定台上设置有支撑拉力传感器垫片，所述支撑拉力传感器垫片用于对所述应力和位移测量传感器进行支撑；
13.所述抗拉数据采集单元还包括抗拉数据采集器，所述抗拉数据采集器与所述应力和位移测量传感器电性连接，所述抗拉数据采集器上设置有拉力调零按钮。
14.优选的，所述声波数据采集单元包括声波数据采集器，所述拉伸模具两端的均固定连接有声波探头，两所述声波探头均与所述声波数据采集器电性连接。
15.优选的，所述拉伸动力系统包括电机动力单元，所述电机动力单元上安装有电机运行开关、停止指示灯及运行指示灯，所述电机运行开关用于控制所述电机动力单元的启闭。
16.优选的，所述载物台的底端固定连接有载物台支撑杆。
17.优选的，所述拉伸模具的中部及两端均为矩形结构，且所述拉伸模具两端的宽度大于所述拉伸模具中部的宽度；所述拉伸模具的中部与所述拉伸模具的端部之间设置有弧形过渡结构。
18.与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
19.①
本发明制样简便。拉伸模具内用弧形连接减少了抗拉过程中土体应力集中，且底部用包裹式滚轮衔接，减少了实验中摩擦作用，使数据更真实可靠。
20.②
在拉伸模具的外部设置密闭箱，利用密闭箱和干湿度控制器可以对土体湿度(含水率)有着很好的控制。
21.③
通过设置声波数据采集单元，利用声波数据采集单元根据土样在拉伸时波的变化，可以反映其强度的变化规律。
22.④
装置构造简单，质量较轻且易拆卸，便于运输。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本发明用于测试土体强度特性试验装置的俯视示意图；
25.图2为本发明用于测试土体强度特性试验装置的正视示意图；
26.图3为本发明用于测试土体强度特性试验装置的侧视示意图；
27.其中：1、干湿气调节阀；2、干湿气速率表；3、湿气进气管；4、湿气控制阀；5、干气进气管；6、干气控制阀；7、密闭箱；8、抗拉模具；9、声波探头；10、滑轮固定台；11、载物台；12、竖向轴杆螺栓；13、包裹式滑轮；14、六角螺栓；15、声波数据采集器；16、连接器；17、支撑拉力传感器垫片；18、应力和位移测量传感器；19、抗拉数据采集器；20、拉力调零按钮；21、电机运行开关；22、停止指示灯；23、运行指示灯；24、电机动力单元；25、土样；26、载物台支撑杆；27、制湿器；28、排风扇。
具体实施方式
28.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
29.本发明提供一种用于测试土体强度特性试验装置，包括：
30.载物台11；
31.设置于载物台11上的密闭箱7和拉伸动力系统；密闭箱7内设置有拉伸模具，拉伸模具为分体式对称结构，拉伸模具通过六角螺栓14连接成型，拉伸动力系统用于为拉伸模具提供拉伸动力；
32.干湿度控制器；干湿度控制器与密闭箱7连通，干湿度控制器用于控制拉伸模具内土样25的含水率；
33.数据采集系统；数据采集系统包括声波数据采集单元和抗拉数据采集单元，声波数据采集单元安装在拉伸模具上，声波数据采集单元用于对拉伸模具内的土样25进行声波测试，分析其在抗拉过程中波的变化情况，得出土样25的强度变化规律；抗拉数据采集单元设置于拉伸模具与拉伸动力系统之间，抗拉数据采集单元用于进行拉力数据采集。
34.进一步的，拉伸模具与载物台11之间设置有滑轮固定台10，滑轮固定台10的顶面为阶梯结构，滑轮固定台10上设置有包裹式滑轮13；拉伸模具远离拉伸动力系统的一端与滑轮固定台10通过竖向轴杆螺栓12连接固定，拉伸模具的另一端通过包裹式滑轮13与滑轮固定台10滑动配合。
35.进一步的，干湿度控制器上设置有干湿气调节阀1、干湿气速率表2和排风扇28，干湿度控制器内部设置有制湿器27，干湿度控制器与密闭箱7之间设置有湿气进气管3和干气进气管5，湿气进气管3一端与制湿器27连通，湿气进气管3另一端与密闭箱7连通，湿气进气管3上安装有湿气控制阀4，干气进气管5两端分别与干湿度控制器、密闭箱7连通，干气进气管5上安装有干气控制阀6。
36.进一步的，抗拉数据采集单元包括应力和位移测量传感器18，应力和位移测量传感器18的两端分别通过连接器16与拉伸模具、拉伸动力系统固定连接；滑轮固定台10上设置有支撑拉力传感器垫片17，支撑拉力传感器垫片17用于对应力和位移测量传感器18进行支撑；
37.抗拉数据采集单元还包括抗拉数据采集器19，抗拉数据采集器19与应力和位移测量传感器18电性连接，抗拉数据采集器19上设置有拉力调零按钮20。
38.进一步的，声波数据采集单元包括声波数据采集器15，拉伸模具两端的均固定连接有声波探头9，两声波探头9均与声波数据采集器15电性连接。
39.进一步的，拉伸动力系统包括电机动力单元24，电机动力单元24上安装有电机运行开关21、停止指示灯22及运行指示灯23，电机运行开关21用于控制电机动力单元24的启闭。
40.进一步的，载物台11的底端固定连接有载物台支撑杆26。
41.进一步的，拉伸模具的中部及两端均为矩形结构，且拉伸模具两端的宽度大于拉伸模具中部的宽度；拉伸模具的中部与拉伸模具的端部之间设置有弧形过渡结构。
42.利用本发明提供的试验装置进行土样25抗拉强度和声波测试时，包括下列步骤：
43.①
制样过程
44.为了减小试验中应力集中问题，拉伸模具中间和两端呈矩形，在两者之间用弧形连接；根据拉伸模具尺寸进行计算其体积，结合土的干密度和含水率计算所需要的土的质量；用制定的模具放在拉伸模具上面，之后将拉伸模具放入千斤顶上进行压实成样；
45.②
装样过程
46.将制备好的土样25连同拉伸模具一起放到载物台11上的滑轮固定台10上，并将拉伸模具放在包裹式滑轮13上，用竖向轴杆螺栓12将拉伸模具固定在滑轮固定台10上；
47.③
安装应力和位移测量传感器18
48.将应力和位移测量传感器18安装在拉伸模具与连接器16之间，并在应力和位移测量传感器18底部放置支撑拉力传感器垫片17，防止应力和位移测量传感器18下滑导致与连接器16接触不良而影响试验效果；在应力和位移测量传感器18的右端用连接器16与电机动力单元24进行连接组合。
49.⑤
判稳
50.试验开始之前需要判断应力和位移测量传感器18是否接触良好，将电机动力单元24上的电机运行开关21向左开始运行，读出抗拉数据采集器19上的拉力示数，看其变化规律；若示数一直变化增加明显，则接触良好，将电机运行开关21向右退回进行复原；若示数变化增加不明显，需要对连接器16进行调节拧紧，继续重复2～3次，直到接触良好；
51.⑥
声波仪器安装
52.将声波探头9接入拉伸模具两端，并与土样25紧密接触，利用导线穿过密闭箱7与声波数据采集器15连接；
53.⑦
土样25干湿度控制
54.将干湿度控制器打开，通过湿气进气管3和干气进气管5分别向密闭箱7提供湿空气和干空气对土样25的含水率进行控制，达到目标含水率；
55.⑧
试验过程
56.实验开始后，相机开始录制抗拉数据采集器19上的拉力示数，轻轻松开固定模具的六角螺栓14，将电机运行开关21向左开始运行，记录拉力示数；在此过程中，利用声波数据采集单元根据土样25在拉伸时波的变化反映其强度的变化规律；当拉力示数稳定后可视为抗拉试验结束，将电机运行开关21向右运行进行复原；之后再进行一次测试，主要测试摩
擦力，当示数值不变时计为摩擦力，拔掉电源试验结束。
57.根据试样的尺寸，土样25的应力-应变按下式计算：
58.a、抗拉应力：
[0059][0060]
式中：σ
t
为拉伸应力(kpa)；
[0061]fn
拉为拉力(n)；
[0062]fμ
为摩擦力(n)；
[0063]
a为拉伸段横截面积(0.0016m2)。
[0064]
b、抗拉应变：
[0065][0066]
式中：ε为拉伸应变(％)；
[0067]
l为拉伸段长度(80mm)；
[0068]
t为试验加载时间(s)。
[0069]
抗拉试验过程中根据不同要求利用变速箱进行拉伸速率控制，一般每组采用一种相同的速率进行，可得到试样的拉伸应力与应变曲线强度指标。
[0070]
本发明解决了在抗拉试验和声波测试过程中，土样25含水率不可控制的问题。利用干湿度控制器调节密闭箱7内土样25的湿度，让土样25达到目标含水率，同时可以利用干湿度控制器对土体进行干湿循环作用，分析其抗拉强度特性和声波效应。解决了在工程中不同干湿度下土体的开裂问题，并且该试验装置能方便地拆装运输至现场进行试验，减少土样25运输成本以及运输过程中的土样25扰动问题。
[0071]
以上，仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。