基于三轴剪力仪测试土体抗拉强度的试验装置的制作方法

1.本实用新型属于土工试验设备技术领域，具体为基于三轴剪力仪测试土体抗拉强度的试验装置。


背景技术：

2.在岩土工程所遇到的基础环境中，除了少量饱和土外，绝大多数的土体为非饱和土。土体由非饱和状态向饱和状态的过渡，主要是非饱和土中的孔隙逐渐填充水的过程。水分的充填过程是影响非饱和土力学性质改变的主要原因。一般认为岩土工程问题都与土体的压缩变形和剪切破坏有关，认为土的抗拉强度很小或者或几乎视为零，但非饱和土吸力的存在，影响颗粒间的联结强度，进而表现出对抗拉强度的影响。在实际工程建设中，土体承受拉应力是不可回避的，例如土体经受干缩变形或不均匀沉降而发生张拉破坏，边坡坡顶产生张拉裂缝等现象。土体的抗拉强度与抗剪强度存在一定的关系，土体在失水、承载、变形等条件下，常导致张拉裂隙的发育，张拉裂隙的存在会严重地削弱土体的工程力学性质，对道路工程、边坡工程、地基工程以及水利工程等都会产生较大的不良影响。
3.目前测试土抗拉强度的试验方法主要有2种，即直接拉伸试验和间接拉伸试验。土工试验的直接拉伸方法主要是在三轴试验的基础上，保持周围压力不变，逐渐减小轴向压力，使试样轴向伸长实现土体的拉伸效果。间接拉伸试验主要是将土工试样制成土梁试样，采用土梁试样在底面两端简支，上部顶面逐级施加荷载，以实现土梁试样下侧处于拉应力状态，并根据弹性理论计算土工试样的抗拉强度。其中间接拉伸试验方法操作较为简单，使用较多。目前，利用间接方法测试土工试样的抗拉强度，常能想到的方法就是研发一种专用设备，很少有人在原有设备的基础上进行改进，使试验设备能够进行最大化的利用。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种基于三轴剪力仪测试土体抗拉强度的试验装置，在已有三轴剪力仪的基础上进行改进，利用原三轴剪力仪的测量系统，可以对土工试样的抗拉强度进行简单而精确的量测。
5.本实用新型所采用的技术方案是：基于三轴剪力仪测试土体抗拉强度的试验装置，包括竖直固定在三轴剪力仪基础底座上的一对加载立柱，加载立柱的上部固定连接有加载横梁，加载横梁下部连接有应力量测系统，正对应力量测系统的下方设置有土工抗拉试样装置，土工抗拉试样装置通过土工抗拉试样底座固定在基础底座上；土工抗拉试样底座下方设置有加载底座，加载底座下部连接有加载电机，三轴剪力仪上的加载电机带动加载底座产生加载位移。
6.本实用新型的特点还在于，
7.土工抗拉试样装置包括连接在应力量测系统下方的加载压辊，土工抗拉试样底座上部连接加载拉辊，待测土工试样放置在在加载拉辊上，土工抗拉试样底座中部安装毫米级刻度尺和拉辊调整通道，加载拉辊能够在拉辊调整通道中进行位置调整，并通过拉辊固
定螺栓进行固定；加载压辊与土工抗拉试样底座之间的连接拉杆上还设置有变形量测系统。
8.待测土工试样通过压辊圆柱和拉辊圆柱完成土工试样的抗拉强度测试；压辊圆柱连接在加载压辊下端、与待测土工试样上表面相接触，拉辊圆柱固定连接在加载拉辊上、与与待测土工试样下表面相接触。
9.加载压辊通过连接螺栓与应力量测系统端部进行固定连接。
10.应力量测系统和变形量测系统共同作用测试土工试样的抗拉强度，应力量测系统用于测量加载的应力，变形量测系统用于测量加载过程中待测土工试样的位移。
11.本实用新型的有益效果：
12.本实用新型的基于三轴剪力仪测试土体抗拉强度的试验装置，基于已有三轴剪力仪新增测试土体抗拉强度的试验装置，结构简单，易于实施，在已有三轴剪力仪的基础上进行改进，利用原三轴剪力仪的测量系统，可以对土工试样的抗拉强度进行简单而精确的量测；加载拉辊能够在土工抗拉试样底座进行位置调整，以适应大小不同试样的抗拉强度测试。
附图说明
13.图1是本实用新型的基于三轴剪力仪测试土体抗拉强度试验装置的结构示意图；
14.图2是本实用新型的基于三轴剪力仪测试土体抗拉强度试验装置的土工抗拉试样底座和加载压辊的结构示意图。
15.图中，1.三轴剪力仪，2.土工抗拉试样装置，3.变形量测系统，4.加载立柱，5.加载横梁，6.应力量测系统，7.加载电机，8.加载底座，9.土工抗拉试样底座，10.加载拉辊，11.待测土工试样，12.加载压辊，13.连接螺栓，14.压辊圆柱，15.拉辊圆柱，16.毫米刻度尺，17.拉辊调整通道，18.拉辊固定螺栓。
具体实施方式
16.下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
17.如图1所示，本实用新型的一种基于三轴剪力仪测试土体抗拉强度的试验装置，包括竖直固定在三轴剪力仪1基础底座上的一对加载立柱4，加载立柱4的上部固定连接有加载横梁5，加载横梁5下部连接有应力量测系统6，正对应力量测系统6的下方设置有土工抗拉试样装置2，土工抗拉试样装置2通过土工抗拉试样底座9固定在基础底座上；土工抗拉试样底座9下方设置有加载底座8，加载底座8下部连接有加载电机7，三轴剪力仪1上的加载电机7带动加载底座8产生加载位移。
18.如图2所示，土工抗拉试样装置2包括连接在应力量测系统6下方的加载压辊12，土工抗拉试样底座9上部连接加载拉辊10，待测土工试样11放置在在加载拉辊10上，土工抗拉试样底座9中部安装毫米级刻度尺16和拉辊调整通道17，加载拉辊10能够在拉辊调整通道17中进行位置调整，并通过拉辊固定螺栓18进行固定；加载压辊12与土工抗拉试样底座9之
间的连接拉杆上还设置有变形量测系统3。
19.待测土工试样11通过压辊圆柱14和拉辊圆柱15完成土工试样的抗拉强度测试；压辊圆柱14连接在加载压辊12下端、与待测土工试样11上表面相接触，拉辊圆柱15固定连接在加载拉辊10上、与待测土工试样11下表面相接触。
20.加载压辊12通过连接螺栓13与应力量测系统6端部进行固定连接。
21.应力量测系统6和变形量测系统3共同作用测试土工试样的抗拉强度。
22.本实用新型的一种基于三轴剪力仪测试土体抗拉强度的试验装置，具体使用步骤如下：
23.步骤1：测量待测土工试样11的宽度b和高度h；
24.步骤2：将压辊圆柱14和加载压辊12通过连接螺栓13固定在三轴剪力仪1的应力量测系统6端部；
25.步骤3：将土工抗拉试样底座9放置在三轴剪力仪1的加载底座8上；
26.步骤4：将三轴剪力仪1的变形量测系统3与土工抗拉试样底座9接触，并调零；
27.步骤5：将待测土工试样11放置在土工抗拉试样底座9上固定的拉辊圆柱15上；
28.步骤6：运行三轴剪力仪1，升高加载底座8并带动土工抗拉试样底座9和其上待测土工试样11与压辊圆柱14接触，将应力量测系统6回零；
29.步骤7：利用毫米刻度尺16记录两个拉辊圆柱15间的距离l(即两个加载拉辊10中心点的之间的距离)；
30.步骤8：设置三轴剪力仪1的加载速率，加载电机7开始运行加载，土工抗拉试样底座9带动待测土工试样11向上运动，应力量测系统6中的压力表测量应力f；变形量测系统3用于测量待测土工试样11的高度变化(位移s)的数据；设置待测土工试样11刚刚接触到压辊圆柱14时的位置为初始位置；电机不断加载，获得不同位移s下对应的应力f；
31.步骤9：将测得的力f、宽度b和高度h带入公式fcf＝1.5fl/(bh2)，即可求得待测土工试样11的抗拉强度fcf。
32.下面结合实施例对该技术方案进行进一步说明。
33.实施例：利用该装置测量灰土试样的抗拉强度：
34.测量灰土试样的宽度b＝41.08mm，高度h＝39.9mm，两个拉辊圆柱15间的距离l＝142mm。将压辊圆柱和加载压辊通过连接螺栓固定在三轴剪力仪应力量测系统上，将灰土试样底座放置在三轴剪力仪的加载底座上，再将灰土试样放置于土工抗拉试样底座的加载拉辊上，通过三轴剪力仪提升试样和加载底座，使试样与压辊圆柱接触，调整变形量测系统和应力量测系统归零，开启三轴剪力仪进行加载，并记录变形量测系统位移表和应力量测系统应力表读数，应力表读数乘以应力量测系统弹性系数，可计算试验荷载f，读取位移表读数d。利用公式f
cf
＝1.5fl/(bh2)即可计算灰土试样的抗拉强度，如下表1为不同荷载f和位移s下的土体抗拉强度：
35.表1试验数据
[0036][0037]
由上表可以看出，在施加载荷f超过217.16n时，灰土试样发生断裂，根据公式计算相应的抗折强度为0.707mpa。
[0038]
因此，本实用新型的基于三轴剪力仪测试土体抗拉强度的试验装置，结构简单，易于实施，在已有三轴剪力仪的基础上进行改进，通过增加构件，可以对土工试样的抗拉强度进行简单而精确的量测。
[0039]
以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

技术特征：
1.基于三轴剪力仪测试土体抗拉强度的试验装置，其特征在于：包括竖直固定在三轴剪力仪（1）基础底座上的一对加载立柱（4），所述加载立柱（4）的上部固定连接有加载横梁（5），所述加载横梁（5）下部连接有应力量测系统（6），正对所述应力量测系统（6）的下方设置有土工抗拉试样装置（2），所述土工抗拉试样装置（2）通过土工抗拉试样底座（9）固定在基础底座上；所述土工抗拉试样底座（9）下方设置有加载底座（8），所述加载底座（8）下部连接有加载电机（7），所述三轴剪力仪（1）上的加载电机（7）带动加载底座（8）产生加载位移。2.根据权利要求1所述的基于三轴剪力仪测试土体抗拉强度的试验装置，其特征在于：所述土工抗拉试样装置（2）包括连接在应力量测系统（6）下方的加载压辊（12），所述土工抗拉试样底座（9）上部连接加载拉辊（10），待测土工试样（11）放置在加载拉辊（10）上，所述土工抗拉试样底座（9）中部安装毫米级刻度尺（16）和拉辊调整通道（17），加载拉辊（10）能够在拉辊调整通道（17）中进行位置调整，并通过拉辊固定螺栓（18）进行固定；所述加载压辊（12）与土工抗拉试样底座（9）之间的连接拉杆上还设置有变形量测系统（3）。3.根据权利要求2所述的基于三轴剪力仪测试土体抗拉强度的试验装置，其特征在于：所述待测土工试样（11）通过压辊圆柱（14）和拉辊圆柱（15）完成土工试样的抗拉强度测试；所述压辊圆柱（14）连接在加载压辊（12）下端、与待测土工试样（11）上表面相接触，所述拉辊圆柱（15）固定连接在加载拉辊（10）上、与待测土工试样（11）下表面相接触。4.根据权利要求2所述的基于三轴剪力仪测试土体抗拉强度的试验装置，其特征在于：所述加载压辊（12）通过连接螺栓（13）与应力量测系统（6）端部进行固定连接。5.根据权利要求2所述的基于三轴剪力仪测试土体抗拉强度的试验装置，其特征在于：所述应力量测系统（6）和变形量测系统（3）共同作用测试土工试样的抗拉强度，所述应力量测系统（6）用于测量加载的应力，所述变形量测系统（3）用于测量加载过程中待测土工试样的位移。

技术总结
本实用新型公开了基于三轴剪力仪测试土体抗拉强度的试验装置，基于三轴剪力仪测试土体抗拉强度的试验装置，包括竖直固定在三轴剪力仪基础底座上的一对加载立柱，加载立柱的上部固定连接有加载横梁，加载横梁下部连接有应力量测系统，正对应力量测系统的下方设置有土工抗拉试样装置，土工抗拉试样装置通过土工抗拉试样底座固定在基础底座上；土工抗拉试样底座下方设置有加载底座，加载底座下部连接有加载电机，三轴剪力仪上的加载电机带动加载底座产生加载位移。本实用新型在已有三轴剪力仪的基础上进行改进，利用原三轴剪力仪的测量系统，可以对土工试样的抗拉强度进行简单而精确的量测，结构简单，易于实施。易于实施。易于实施。


技术研发人员：刘春龙 黄素娟 周传武
受保护的技术使用者：平阳县公路与运输管理中心
技术研发日：2023.03.15
技术公布日：2023/8/26