土工合成材料大型可視化拉拔試驗設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種土工合成材料大型可視化拉拔試驗設(shè)備，包括放置試樣的試驗箱、豎向加載系統(tǒng)和水平加載系統(tǒng)，所述的試驗箱中設(shè)有填料，所述的豎向加載系統(tǒng)安裝在試驗箱的上方，所述的水平加載系統(tǒng)包括水平載荷施加裝置和拉拔夾具，所述的拉拔夾具通過伸縮桿與水平載荷施加裝置連接，在水平載荷施加裝置和拉拔夾具之間安裝有位移傳感器Ⅰ，所述的試驗箱上設(shè)有鋼化玻璃，所述的鋼化玻璃前面安裝有用于拍攝并記錄試驗箱中試樣變化過程的數(shù)碼攝錄裝置，所述的試驗箱設(shè)有通孔的一側(cè)安裝有位移傳感器Ⅱ，拉拔時，試驗箱中試樣的一端與拉拔夾具連接，另一端與位移傳感器Ⅱ連接。本發(fā)明減少了試驗過程中數(shù)據(jù)讀取、記錄和處理時產(chǎn)生的誤差，使得數(shù)據(jù)更加精確。
【專利說明】土工合成材料大型可視化拉拔試驗設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種拉拔試驗設(shè)備，特別是一種土工合成材料大型可視化拉拔試驗設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]目前所公開的拉拔試驗設(shè)備在拉拔試驗過程中只測量加筋材料的前端位移，沒有對加筋材料的中部和末端位移進行測量，使得在試驗過程中存在較大的誤差，同時，實時量測筋材的中部及末端位移，有助于研究筋材受力的全過程及筋土作用機制；現(xiàn)階段拉拔試驗設(shè)備尺寸一般都相對較小，拉拔試驗受到室內(nèi)模型尺寸效應(yīng)的限制，關(guān)于筋土界面相互作用的研究不可避免的受到邊界效應(yīng)的影響；另一方面，現(xiàn)有試驗設(shè)備進行試驗僅能夠得到筋土界面相互作用過程的宏觀力學(xué)響應(yīng)，而無法探明筋土作用過程中界面砂土細(xì)觀組構(gòu)的演化規(guī)律，從而也無法從顆粒介質(zhì)層面揭示筋土界面相互作用的細(xì)觀力學(xué)本質(zhì)，限制了加筋技術(shù)的發(fā)展和細(xì)觀變形機理的深入研究。此外，試驗數(shù)據(jù)的讀取、記錄和處理，也存在著許多缺陷，容易產(chǎn)生認(rèn)為誤差，無法獲得精確的試驗結(jié)果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:針對現(xiàn)階段拉拔試驗設(shè)備的不足，提供一種試驗箱可視化、拉拔實驗過程中誤差小、試驗數(shù)據(jù)精確的土工合成材料大型可視化拉拔試驗設(shè)備。
[0004]解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是:一種土工合成材料大型可視化拉拔試驗設(shè)備，包括放置試樣的試驗箱、豎向加載系統(tǒng)和水平加載系統(tǒng)，所述的試驗箱中設(shè)有填料，所述的豎向加載系統(tǒng)安裝在試驗箱的上方，該豎向加載系統(tǒng)包括液壓伺服千斤頂、反力框架和液壓板，所述的水平加載系統(tǒng)包括水平載荷施加裝置和拉拔夾具，所述的拉拔夾具通過伸縮桿與水平載荷施加裝置連接，在水平載荷施加裝置和拉拔夾具之間安裝有位移傳感器I，所述的試驗箱靠近拉拔夾具的端面上設(shè)有供試驗箱中試樣伸出的出口，該試驗箱遠(yuǎn)離拉拔夾具的端面上設(shè)有通孔，該通孔的位置與試驗箱中試樣的位置相對應(yīng)，所述的試驗箱未開設(shè)有出口和通孔的端面上設(shè)有鋼化玻璃，所述的鋼化玻璃前面安裝有用于拍攝并記錄試驗箱中試樣變化過程的數(shù)碼攝錄裝置，所述的試驗箱設(shè)有通孔的一側(cè)安裝有位移傳感器II，拉拔時，試驗箱中試樣的一端與拉拔夾具連接，另一端與位移傳感器II連接。
[0005]本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是:所述的拉拔夾具為滑動夾具，該滑動夾具包括夾板和滑動支座，所述的夾板通過支架安裝在滑動支座上，所述的夾板由移動夾板和2塊固定夾板組成，所述的移動夾板安裝在2塊固定夾板之間，該移動夾板與其上方的固定夾板之間通過彈簧螺栓安裝有彈簧。
[0006]所述的試驗箱靠近拉拔夾具的端面由固定板和移動板組成，所述固定板固定安裝在試驗箱上，所述的移動板通過螺栓可拆卸安裝在固定板的上方，該移動板和固定板之間的可調(diào)節(jié)高度間隙為供試驗箱中試樣伸出的出口。
[0007]所述的試驗箱的底端安裝有滑動底座，所述的滑動底座底端安裝有定向滑輪。
[0008]拉拔時，所述的位移傳感器II通過穿過通孔的鋼絞線分別與試驗箱中試樣的端部和中部相連接。
[0009]所述的試驗箱的內(nèi)徑尺寸為:長=600mm,寬=400mm,高=500mm。
[0010]所述的鋼化玻璃的尺寸為:長=400mm,高=200mm。
[0011]所述的水平載荷施加裝置為推拉電動機。
[0012]所述的土工合成材料大型可視化拉拔試驗設(shè)備還包括控制臺，該控制臺中設(shè)有集成電板和控制面板，所述的水平載荷施加裝置和位移傳感器I均安裝在控制臺中。
[0013]所述的土工合成材料大型可視化拉拔試驗設(shè)備還包括用于放置試驗箱、豎向加載系統(tǒng)和水平加載系統(tǒng)的承重臺，所述的承重臺的底端設(shè)有腳支座。
[0014]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明之土工合成材料大型可視化拉拔試驗設(shè)備與現(xiàn)有的拉拔試驗設(shè)備相比，具有以下有益效果:
1.拉拔試驗過程中試樣的中部和末端位移測量:
本發(fā)明中在水平載荷施加裝置和拉拔夾具之間安裝有位移傳感器I，試驗箱遠(yuǎn)離拉拔夾具的一側(cè)安裝有位移傳感器II，拉拔時，試驗箱中試樣(即加筋材料)的一端(即前端)與拉拔夾具連接，另一端(即末端)與位移傳感器II連接。所述的位移傳感器I用以測量拉拔試驗過程中加筋材料的前端的位移，所述的位移傳感器II用以測量拉拔試驗過程中加筋材料的中部及末端的位移，通過加筋材料前端位移、中部位移和末端位移的相互對比分析，一方面可以盡量減少試驗記錄過程中的誤差，使得后續(xù)的計算結(jié)果更加貼合實際，另一方，有助于分析拉拔過程中筋材的各部位受力特征及其變形規(guī)律，從而深入研究筋土相互作用機制。
[0015]2.拉拔試驗箱的可視化:
本發(fā)明中的試驗箱在未開設(shè)有供試驗箱內(nèi)土工合成材料伸出的出口和供鋼絞線穿過的通孔的前端面(即觀察端)上設(shè)有鋼化玻璃，所述的鋼化玻璃前面安裝有用于拍攝并記錄試驗箱中試樣變化過程的數(shù)碼攝錄裝置，通過試驗箱觀察端上的鋼化玻璃實現(xiàn)拉拔試驗過程中試驗箱中的筋土界面的可視化，利用顯微數(shù)碼攝錄技術(shù)，采用高清數(shù)碼和體視顯微鏡對鋼化玻璃區(qū)域內(nèi)筋土界面土體顆粒進行實時攝錄，由數(shù)字圖像細(xì)觀結(jié)構(gòu)分析軟件統(tǒng)計得到筋土荷載傳遞過程中顆粒配位數(shù)、粒間接觸法向、顆粒長軸定向、局部孔隙率等主要細(xì)觀組構(gòu)參量的變化規(guī)律；獲取加筋粗粒土拉拔試驗過程中筋土界面附近土體顆粒的位移場和應(yīng)變場變化，研究分析筋土界面土體顆粒的運動規(guī)律。
[0016]3.拉拔試驗箱尺寸的大型化:
本發(fā)明中試驗箱內(nèi)徑尺寸為600mmX 400mmX 500mm (長X寬X高),該試驗箱的尺寸比一般試驗箱的大，因此相較于一般拉拔試驗箱試驗過程中受到尺寸效應(yīng)的影響更小，試驗所得的結(jié)果更貼合實際。這是由于在拉拔試驗過程中由于上覆應(yīng)力的加載與土體顆粒間的應(yīng)力傳遞作用，與現(xiàn)場實際加筋情況相比，小尺寸試驗箱加筋土體更容易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，同時會有一部分的應(yīng)力被試樣與拉拔試驗箱間的側(cè)壁摩擦力所抵消，使得試驗結(jié)果不可避免的受到尺寸效應(yīng)影響，在拉拔試驗中使用體積更大的拉拔試驗箱時，可以有效增大筋土界面的接觸面積從而削弱尺寸效應(yīng)對拉拔試驗的影響，得到更好的試驗結(jié)果。
[0017]4.數(shù)據(jù)采集自動化:
現(xiàn)公開的拉拔設(shè)備大多還是采用人工讀數(shù)記錄結(jié)果的方法，這種方法不僅費時費力，而且在讀數(shù)的過程中很容易產(chǎn)生誤差，試驗越繁雜這種現(xiàn)象越明顯。而且試驗過程中出現(xiàn)偏差，試驗結(jié)果不理想時，數(shù)據(jù)的反饋也不及時。本發(fā)明還包括控制臺，該控制臺中設(shè)有集成電板和控制面板，在拉拔試驗過程中可通過集成電板實現(xiàn)了試驗數(shù)據(jù)采集的自動化，可以將試驗結(jié)果實時反映在控制臺的液晶面板上，并可以通過將控制臺與個人計算機聯(lián)接來進行數(shù)據(jù)分析和后處理，不僅使得試驗的結(jié)果一目了然，還可以實時監(jiān)控試驗的進展并及時發(fā)現(xiàn)問題，提高試驗的效率。此外，還可以通過控制臺的可輸入式控制面板對試驗中各參數(shù)進行精確的設(shè)置，進一步減少試驗過程中的人為誤差。
[0018]下面，結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明之土工合成材料大型可視化拉拔試驗設(shè)備的技術(shù)特征作進一步的說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1:本發(fā)明之土工合成材料大型可視化拉拔試驗設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2:本發(fā)明中拉拔夾具的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3:本發(fā)明中試驗箱的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4:圖1的俯視圖(去掉豎向加載系統(tǒng))。
[0023]在上述附圖中，各標(biāo)號說明如下:
1-試驗箱，11-鋼化玻璃，12-固定板，13-移動板，14-滑動底座，15-定向滑輪，16-供試驗箱中試樣伸出的出口，2-拉拔夾具，21-夾板，211-移動夾板，212-固定夾板，22-滑動支座，23-支架，24-彈簧螺栓，25-彈簧，26-螺栓，3-伸縮桿，4-位移傳感器II，5-鋼絞線，6-控制臺，7-承重臺，71-腳支座，8-液壓伺服千斤頂，9-反力框架，10-液壓板，17-試樣。

【具體實施方式】
[0024]一種土工合成材料大型可視化拉拔試驗設(shè)備，包括放置試樣的試驗箱1、豎向加載系統(tǒng)、水平加載系統(tǒng)、控制臺6和用于放置試驗箱1、控制臺6、豎向加載系統(tǒng)和水平加載系統(tǒng)的承重臺7，所述的控制臺6中設(shè)有集成電板和控制面板，所述的承重臺的底端設(shè)有腳支座71。所述的試驗箱I的內(nèi)徑尺寸為:長=600-700mm，寬=400-500mm，高=500-600mm。所述的試驗箱I的底端安裝有滑動底座14，所述的滑動底座14底端安裝有定向滑輪15。所述的試驗箱I中設(shè)有填料，所述的填料可為碎石、砂土、粘性土等土工填料，所述的豎向加載系統(tǒng)安裝在試驗箱的上方，該豎向加載系統(tǒng)通過液壓伺服閥來調(diào)控豎向荷載的加載，通過調(diào)節(jié)配套的高精度油壓表來實現(xiàn)指定上覆應(yīng)力的施加。該豎向加載系統(tǒng)包括液壓伺服千斤頂、反力框架和液壓板，所述的液壓千斤頂安裝在反力框架上，所述的液壓板安裝在液壓千斤頂?shù)募虞d端。
[0025]所述的水平加載系統(tǒng)包括水平載荷施加裝置和拉拔夾具2，所述的水平載荷施加裝置為推拉電動機或拉拔千斤頂，所述的拉拔夾具2為滑動夾具，該滑動夾具包括夾板21和滑動支座22 (該滑動支座可減少拉拔時拉拔夾具與承重臺之間的摩擦，從而減少誤差)，所述的夾板21通過支架23安裝在滑動支座22上，所述的夾板21由移動夾板211和2塊固定夾板212組成，所述的2塊固定夾板212由下至上固定安裝在連接板上，所述的移動夾板211安裝在2塊固定夾板212之間，該移動夾板211與其上方的固定夾板之間通過彈簧螺栓24安裝有彈簧25，所述的彈簧螺栓24上安裝有螺栓26。所述的拉拔夾具2通過伸縮桿3與推拉電動機連接，在推拉電動機和拉拔夾具2之間安裝有拉壓傳感器和位移傳感器I，所述的水平載荷施加裝置、拉壓傳感器和位移傳感器I均安裝在控制臺中。所述的位移傳感器I與伸縮桿3連接，該位移傳感器I測量伸縮桿3的移動位移，所述的試驗箱I靠近拉拔夾具2的端面上設(shè)有供試驗箱中試樣伸出的出口，即所述的試驗箱I靠近拉拔夾具的端面由固定板12和移動板13組成，所述固定板12固定安裝在試驗箱I上，所述的移動板13通過螺栓可拆卸安裝在試驗箱I上，且該移動板13安裝在固定板12的上方，所述的移動板13和固定板12之間形成的間隙即為供試驗箱I中試樣伸出的出口，可通過調(diào)節(jié)移動板13的上下位置以調(diào)節(jié)該移動板13與固定板12之間的距離，從而調(diào)節(jié)供試驗箱中試樣伸出的出口的大小，以供試樣(加筋材料)從試驗箱中可自由伸出進行加筋拉拔試驗。所述的試驗箱I遠(yuǎn)離拉拔夾具2的端面上設(shè)有通孔，該通孔的位置與試驗箱I中試樣的位置相對應(yīng)，所述的試驗箱I設(shè)有通孔的一側(cè)安裝有位移傳感器II 4，所述的試驗箱I未開設(shè)有出口和通孔的端面上設(shè)有雙層鋼化玻璃11，所述的鋼化玻璃11的尺寸為:長=400-500_，高=200-300mm。所述的鋼化玻璃11前面安裝有用于拍攝并記錄試驗箱中試樣變化過程的數(shù)碼攝錄裝置，所述的數(shù)碼顯微裝置為數(shù)碼顯微鏡及體視顯微鏡，拉拔時，試驗箱I中試樣的一端與拉拔夾具2連接，另一端通過穿過通孔的鋼絞線5與位移傳感器II 4連接。
[0026]工作原理:為了更好的研究拉拔試驗過程中筋土界面相互作用，本發(fā)明采用的拉拔試驗設(shè)備中添加了土工格柵中部及末端位移的測量，通過土工格柵的前端位移、中部及末端位移的相互對比分析，可以盡量減少試驗記錄過程中的誤差，使得后續(xù)的計算結(jié)果更加貼合實際。
[0027]根據(jù)《SL 235-2012 土工合成材料測試規(guī)程》和《JTG E50-2006公路工程土工合成材料試驗規(guī)程》中的界面拉拔摩擦強度公式為:
T1, ^.....(I)
■ 2LB)
可知加筋材料的嵌入長度L對界面拉拔強度Γρ的數(shù)值有很大的影響。設(shè)加筋材料的初始嵌入長度為U、前端位移為L1、中部位移為L2、末端位移為L3。而現(xiàn)公布的拉拔試驗設(shè)備絕大多數(shù)是沒有中部位移和末端位移測量的，此時L的計算公式為:
L = L0 - L1(2)
而添加了末端位移測量后，嵌入長度L的計算公式為:
L = L0 - L3(3)
由于試驗中的加筋材料不是完全剛性材料而是彈塑性材料，加筋材料的前端位移與末端位移大小是不一致的，L3 ( L1對比(式2)和(式3)可易知沒有進行末端位移測量的拉拔試驗界面摩擦強度計算結(jié)果是偏大的，存在著誤差，而添加末端位移測量后試驗的計算結(jié)果更準(zhǔn)確。
[0028]此外，對比各工況各因素情況下加筋材料的中部位移和末端位移，總結(jié)歸納中部位移和末端位移的規(guī)律，探討拉拔試驗過程中加筋材料的變形演化規(guī)律。設(shè)前端累積變形為,中部累積變形為I,此時變形的計算公式為:I/, = I1.L,? M1 = L2 -15。
[0029]在做拉拔實驗時，將試樣放置在試驗箱中，所述的試樣為由土工合成材料制作而成的土工格柵或板塊，在試驗箱總填充粘土或土將試樣包裹住，試驗箱I中試樣的一端(前端)夾在拉拔夾具2的夾板上(即將螺栓26松開，將試樣的一端放置在移動夾板211和其下方的固定夾板212之間，再擰緊螺栓26)，通過位移傳感器I測量試樣的前端位移，該試樣的另一端(末端)和中部分別通過鋼絞線5與位移傳感器II 4連接(即將2根鋼絞線5的一端通過螺栓與位移傳感器II 4連接，另一端穿過通孔分別與試驗箱I中試樣的末端和中部連接以測量試樣的末端位移，所述的鋼絞線5與試樣位于同一水平面且繃直，在試驗開始前將末端位移清零，實現(xiàn)拉拔試驗的末端位移測量)，通過位移傳感器II 4測量試樣的末端位移和中部位移。在拉拔試驗開始前，可通過液晶控制面板設(shè)定各項試驗參數(shù)(法向壓力，加筋嵌入長度及寬度，拉拔位移等)，然后進行試驗實現(xiàn)拉拔試驗數(shù)據(jù)采集的自動化。拉拔過程中可利用鋼化玻璃前的高清數(shù)碼和顯微鏡對拉拔試驗箱前側(cè)鋼化玻璃區(qū)域內(nèi)筋土界面土體顆粒進行實時攝錄，然后利用相應(yīng)的圖像后處理軟件對攝錄圖像進行進一步的處理實現(xiàn)拉拔試驗的可視化。當(dāng)每一次拉拔試驗結(jié)束后，本發(fā)明中的拉拔試驗設(shè)備會立即通過與控制臺相連的打印機將當(dāng)前試驗的結(jié)果打印出來，包括當(dāng)前試驗的拉拔速度、試樣(格柵)前端位移、格柵末端位移及最大剪切力等試驗數(shù)據(jù)，并聯(lián)接個人計算機完成實驗數(shù)據(jù)的采集、分析和后處理。
【權(quán)利要求】
1.一種土工合成材料大型可視化拉拔試驗設(shè)備，包括放置試樣的試驗箱(I)、豎向加載系統(tǒng)和水平加載系統(tǒng)，所述的試驗箱(I)中設(shè)有填料，所述的豎向加載系統(tǒng)安裝在試驗箱的上方，該豎向加載系統(tǒng)包括液壓伺服千斤頂、反力框架和液壓板，其特征在于:所述的水平加載系統(tǒng)包括水平載荷施加裝置和拉拔夾具(2 )，所述的拉拔夾具(2 )通過伸縮桿(3 )與水平載荷施加裝置連接，在水平載荷施加裝置和拉拔夾具(2)之間安裝有位移傳感器I，所述的試驗箱(I)靠近拉拔夾具(2 )的端面上設(shè)有供試驗箱中試樣伸出的出口，該試驗箱(I)遠(yuǎn)離拉拔夾具(2)的端面上設(shè)有通孔，該通孔的位置與試驗箱(I)中試樣的位置相對應(yīng)，所述的試驗箱(I)未開設(shè)有出口和通孔的端面上設(shè)有鋼化玻璃(11 )，所述的鋼化玻璃(11)前面安裝有用于拍攝并記錄試驗箱中試樣變化過程的數(shù)碼攝錄裝置，所述的試驗箱(I)設(shè)有通孔的一側(cè)安裝有位移傳感器II (4),拉拔時,試驗箱(I)中試樣的一端與拉拔夾具(2)連接，另一端與位移傳感器II (4)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土工合成材料大型可視化拉拔試驗設(shè)備，其特征在于:所述的拉拔夾具(2)為滑動夾具，該滑動夾具包括夾板(21)和滑動支座(22)，所述的夾板通過支架(23)安裝在滑動支座(22)上，所述的夾板(21)由移動夾板(211)和(2)塊固定夾板(212 )組成，所述的移動夾板(211)安裝在(2 )塊固定夾板(212 )之間，該移動夾板(2 )(11)與其上方的固定夾板之間通過彈簧螺栓(24)安裝有彈簧(25)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土工合成材料大型可視化拉拔試驗設(shè)備，其特征在于:所述的試驗箱(I)靠近拉拔夾具的端面由固定板(12)和移動板(13)組成，所述固定板(12)固定安裝在試驗箱(I)上，所述的移動板(13)通過螺栓可拆卸安裝在固定板(12)的上方，該移動板(13)和固定板(12)之間的可調(diào)節(jié)高度間隙為供試驗箱(I)中試樣伸出的出口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的土工合成材料大型可視化拉拔試驗設(shè)備，其特征在于:所述的試驗箱(I)的底端安裝有滑動底座(14)，所述的滑動底座(14)底端安裝有定向滑輪(15)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土工合成材料大型可視化拉拔試驗設(shè)備,其特征在于:拉拔時，所述的位移傳感器II (4)通過穿過通孔的鋼絞線(5)分別與試驗箱(I)中試樣的端部和中部相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種土工合成材料大型可視化拉拔試驗設(shè)備，其特征在于:所述的試驗箱(I)的內(nèi)徑尺寸為:長=600mm,寬=400mm,高=500mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的土工合成材料大型可視化拉拔試驗設(shè)備，其特征在于:所述的鋼化玻璃(11)的尺寸為:長=400mm,高=200mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一權(quán)利要求所述的土工合成材料大型可視化拉拔試驗設(shè)備，其特征在于:所述的水平載荷施加裝置為推拉電動機。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的土工合成材料大型可視化拉拔試驗設(shè)備，其特征在于:所述的土工合成材料大型可視化拉拔試驗設(shè)備還包括控制臺(6)，該控制臺(6)中設(shè)有集成電板和控制面板，所述的水平載荷施加裝置和位移傳感器I均安裝在控制臺中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種土工合成材料大型可視化拉拔試驗設(shè)備，其特征在于:所述的土工合成材料大型可視化拉拔試驗設(shè)備還包括用于放置試驗箱、豎向加載系統(tǒng)和水平加載系統(tǒng)的承重臺(7)，所述的承重臺的底端設(shè)有腳支座(71)。
【文檔編號】G01N3/12GK104198276SQ201410420990
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月25日
【發(fā)明者】王家全, 施春虎, 周岳富 申請人:廣西科技大學(xué)