一種土工合成材料各向異性拉拔試驗(yàn)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于土工合成材料力學(xué)性能試驗(yàn)測試領(lǐng)域，涉及一種土工合成材料各向異 性拉拔試驗(yàn)系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種黃土溝壑區(qū)加筋土技術(shù)的土工合成材料各向異性拉 拔試驗(yàn)系統(tǒng)及其實(shí)施方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 土工合成材料是以人工合成的聚合物（如塑料、化纖、合成橡膠等）為原料，制成 各種類型的產(chǎn)品，置于土體內(nèi)部、表面或各種土體之間，發(fā)揮加強(qiáng)或保護(hù)土體的作用。主要 包括土工織物、土工格柵，土工膜、土工特種材料和土工復(fù)合材料，玻纖網(wǎng)，土工墊等類型。
[0003] 目前，《土工合成材料測試規(guī)程》(SL 235-2012)和《公路工程土工合成材料試驗(yàn)規(guī) 程》（JTG E50-2006)均提到了土工合成材料拉拔試驗(yàn)。但是，目前土工合成材料拉拔試驗(yàn) 過程中仍存在諸多問題：（1) 土工合成材料取樣時(shí)，樣品拉拔試驗(yàn)方向隨意性大，試驗(yàn)得到 的力學(xué)性能不一定具有代表性；（2) 土工合成材料取樣時(shí)，目前僅規(guī)定了土工合成材料取 樣范圍和取樣尺寸，而所取各樣品間可能存在不一致性；(3) 土工合成材料拉拔試驗(yàn)時(shí)，一 般僅做一個(gè)（或兩個(gè)）方向的試驗(yàn)，無法考慮土工合成材料的各向異性，拉拔試驗(yàn)所得出的 土工合成材料力學(xué)性能指標(biāo)不能真實(shí)的反映出工程實(shí)際中土工合成材料的實(shí)際力學(xué)性能。
[0004] 綜上所述，由于現(xiàn)行土工合成材料拉拔試驗(yàn)過程中存在諸如取樣、試驗(yàn)方法等問 題，其試驗(yàn)得到的土工合成材料力學(xué)性能指標(biāo)不能真實(shí)的反映出工程實(shí)際中土工合成材料 的實(shí)際力學(xué)性能。事實(shí)上，試驗(yàn)得到的土工合成材料力學(xué)性能指標(biāo)往往要優(yōu)于工程實(shí)際中 土工合成材料的實(shí)際力學(xué)性能，采用現(xiàn)行土工合成材料拉拔試驗(yàn)得到的土工合成材料力學(xué) 性能指標(biāo)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，其安全性能存在較大隱患，嚴(yán)重威脅著工程質(zhì)量和人民生命財(cái) 產(chǎn)安全。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中試驗(yàn)得到的土工合成材料力學(xué)性能指標(biāo)無法 真實(shí)反映工程實(shí)際的技術(shù)問題，進(jìn)而提供了一種充分考慮了土工合成材料力學(xué)性能的各向 異性、有效避免了現(xiàn)行規(guī)范中試驗(yàn)測試值與土工合成材料實(shí)際受力特性嚴(yán)重不符以及測試 過程精確可控的土工合成材料各向異性拉拔試驗(yàn)系統(tǒng)及方法。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] -種土工合成材料各向異性拉拔試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于：所述土工合成材料各向 異性拉拔試驗(yàn)系統(tǒng)包括試驗(yàn)臺(tái)架、下試驗(yàn)盒、上試驗(yàn)盒、拉拔加載裝置、導(dǎo)軌、刻度盤、豎向 加載裝置、位移傳感器、信號(hào)采集控制裝置以及用于夾持待進(jìn)行拉拔試驗(yàn)的土工合成材料 試樣的夾具；所述試驗(yàn)臺(tái)架的上表面設(shè)置有圓形的刻度盤、導(dǎo)軌以及下試驗(yàn)盒；所述導(dǎo)軌 與刻度盤同心設(shè)置；所述拉拔加載裝置設(shè)置在導(dǎo)軌上并在導(dǎo)軌上自如滑動(dòng)；所述拉拔加載 裝置上設(shè)置有用于測量夾具位移量的位移傳感器；所述豎向加載裝置、上試驗(yàn)盒、待進(jìn)行拉 拔試驗(yàn)的土工合成材料試樣以及下試驗(yàn)盒自上而下依次設(shè)置在試驗(yàn)臺(tái)架上并處于導(dǎo)軌與 刻度盤的圓心處；所述信號(hào)采集控制裝置分別與拉拔加載裝置、位移傳感器以及豎向加載 裝置相連。
[0008] 作為優(yōu)選，本發(fā)明所提供的土工合成材料各向異性拉拔試驗(yàn)系統(tǒng)還包括固定支 座、反力架以及與反力架相連的反力桿；所述豎向加載裝置設(shè)置在反力架上；所述上試驗(yàn) 盒通過固定支座與反力桿相連。
[0009] 作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的導(dǎo)軌上設(shè)置有限位凹槽以及置于限位凹槽中的滑動(dòng)滾 珠；所述拉拔加載裝置通過滑動(dòng)滾珠與導(dǎo)軌連接并在導(dǎo)軌上自如滑動(dòng)。
[0010] 作為優(yōu)選，本發(fā)明所提供的土工合成材料各向異性拉拔試驗(yàn)系統(tǒng)還包括設(shè)置在豎 向加載裝置與上試驗(yàn)盒之間的承載板；所述豎向加載裝置通過承載板向上試驗(yàn)盒施加豎向 荷載。
[0011] 作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的承載板的直徑不小于190_，所述承載板的直徑與上試 驗(yàn)盒的內(nèi)徑之差在5~IOmm范圍內(nèi)。
[0012] 作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的下試驗(yàn)盒是半封閉的空心圓柱體；所述下試驗(yàn)盒的內(nèi) 徑不小于300mm，所述下試驗(yàn)盒的厚度不小于5mm，高度不小于50mm ;所述上試驗(yàn)盒是含有 內(nèi)切圓的正多邊形柱體；所述上試驗(yàn)盒的內(nèi)徑不小于200mm，所述上試驗(yàn)盒的壁厚最薄弱 處厚度不小于3mm，所述上試驗(yàn)盒的高度不小于100mm，所述上試驗(yàn)盒的外徑與下試驗(yàn)盒內(nèi) 徑之差不小于80mm。
[0013] 作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的正多邊形柱體是正五邊形柱體、正六邊形柱體、正七邊 形柱體或正八邊形柱體。
[0014] 作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的夾具夾持待進(jìn)行拉拔試驗(yàn)的土工合成材料試樣的寬度 不小于200mm。
[0015] 作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的拉拔加載裝置的拉拔速率是0. 05mm/min至50mm/min 之間。
[0016] -種基于如前所述的土工合成材料各向異性拉拔試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)土工合成材料進(jìn)行 各向異性拉拔試驗(yàn)的實(shí)施方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：
[0017] 1)裁取待進(jìn)行拉拔試驗(yàn)的土工合成材料試樣，所述待進(jìn)行拉拔試驗(yàn)的土工合成材 料試樣的橫截面呈圓形，所述待進(jìn)行拉拔試驗(yàn)的土工合成材料試樣的直徑與土工合成材料 各向異性拉拔試驗(yàn)系統(tǒng)的下試驗(yàn)盒的外徑相同；
[0018] 2)卸下土工合成材料各向異性拉拔試驗(yàn)系統(tǒng)的上試驗(yàn)盒和下試驗(yàn)盒，填筑試驗(yàn)土 樣，試驗(yàn)土樣在上試驗(yàn)盒中以及下試驗(yàn)盒中的壓實(shí)度與工程應(yīng)用中現(xiàn)場實(shí)際壓實(shí)度一致， 所述下試驗(yàn)盒中填筑試驗(yàn)土樣的高度與下試驗(yàn)盒的盒高相同，所述上試驗(yàn)盒中填筑試驗(yàn)土 樣的高度不小于50mm ;
[0019] 3)將待進(jìn)行拉拔試驗(yàn)的土工合成材料試樣鋪設(shè)于下試驗(yàn)盒內(nèi)部的試驗(yàn)土樣的上 表面上，待進(jìn)行拉拔試驗(yàn)的土工合成材料試樣保持平整、無折疊以及無褶皺；
[0020] 4)將下試驗(yàn)盒安裝至試驗(yàn)臺(tái)架上，通過刻度盤標(biāo)記0°處待進(jìn)行拉拔試驗(yàn)的土工 合成材料試樣位置；
[0021] 5)安裝上試驗(yàn)盒，調(diào)節(jié)固定支座，通過固定支座約束上試驗(yàn)盒的水平位移；
[0022] 6)調(diào)節(jié)豎向加載裝置，對(duì)承載板施加豎向荷載，使承載板與試驗(yàn)土樣表面接觸良 好；
[0023] 7)調(diào)節(jié)拉拔加載裝置，拉拔加載裝置上夾具夾持待進(jìn)行拉拔試驗(yàn)的土工合成材料 試樣，夾持寬度不小于200mm ;
[0024] 8)通過豎向加載裝置施加25kPa堅(jiān)向荷載，加載固結(jié)時(shí)間不小于20min ;加載固結(jié) 完成后通過拉拔加載裝置施加0. 05-0.1 kPa水平荷載，使拉拔加載裝置和待進(jìn)行拉拔試驗(yàn) 的土工合成材料試樣各處受力繃緊，將位移傳感器讀數(shù)調(diào)整為零；
[0025] 9)通過拉拔加載裝置施加水平荷載，開始拉拔，測讀并記錄位移量和水平拉力； 拉拔速率按應(yīng)變控制加荷，拉拔速率在〇. 〇5mm/min至50mm/min之間；
[0026] 10)當(dāng)拉拔加載裝置施加的水平荷載出現(xiàn)峰值或試驗(yàn)進(jìn)行至水平荷載為穩(wěn)定值 時(shí)，試驗(yàn)完成；
[0027] 11)選用不同的待進(jìn)行拉拔試驗(yàn)的土工合成材料試樣，重復(fù)步驟2)~步驟10)，在 實(shí)施步驟4)時(shí)，根據(jù)所作標(biāo)記將待進(jìn)行拉拔試驗(yàn)的土工合成材料試樣放置在下試驗(yàn)盒相 同位置處，分別通過豎向加載裝置施加50kPa、100kPa、200kPa以及400kPa的豎向壓力下各 試驗(yàn)一塊待進(jìn)行拉拔試驗(yàn)的土工合成材料試樣，即完成待進(jìn)行拉拔試驗(yàn)的土工合成材料試 樣在0°時(shí)在不同豎向壓力下的拉拔試驗(yàn)；
[0028] 12)選用不同的待進(jìn)行拉拔試驗(yàn)的土工合成材料試樣，重復(fù)步驟2)~步驟11)，在 實(shí)施步驟4)時(shí)，根據(jù)所作標(biāo)記將待進(jìn)行拉拔試驗(yàn)的土工合成材料試樣放置在下試驗(yàn)盒相 同位置處，同時(shí)通過導(dǎo)軌將拉拔加載裝置至旋轉(zhuǎn)至22. 5°，分別在25kPa、50kPa、100kPa、 200kPa以及400kPa豎向壓力下各試驗(yàn)一塊待進(jìn)行拉拔試驗(yàn)的土工合成材料試樣，即完成 待進(jìn)行拉拔試驗(yàn)的土工合成材料試樣在22. 5°時(shí)在不同豎向壓力下的拉拔試驗(yàn)；
[0029] 13)判斷待進(jìn)行拉拔試驗(yàn)的土工合成材料試樣是90°對(duì)稱還是45°對(duì)稱；若 是90°對(duì)稱，重復(fù)步驟12)，同時(shí)在實(shí)施步驟4)時(shí)，通過導(dǎo)軌將拉拔加載裝置分別旋轉(zhuǎn)至 45°、67. 5°以及90°，即完成待進(jìn)行拉拔試驗(yàn)的土工合成材料試樣分別在45°、67. 5° 以及90°時(shí)在25kPa、50kPa、100kPa、200kPa以及400kPa豎向壓力下的拉拔試驗(yàn)；若是 45°對(duì)稱，重復(fù)步驟12)，在實(shí)施步驟4)時(shí)，通過導(dǎo)軌將拉拔加載裝置分別旋轉(zhuǎn)至45°，即 完成待進(jìn)行拉拔試驗(yàn)的土工合成材料試樣分別在45°時(shí)在25kPa、50kPa、100kPa、200kPa 以及400kPa豎向壓力下的拉拔試驗(yàn)；
[0030] 14)計(jì)算待進(jìn)行拉拔試驗(yàn)的土工合成材料試樣與試驗(yàn)土樣界面上的法向應(yīng)力〇、 剪應(yīng)力τ和拉拔摩擦系數(shù)f :
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種土工合成材料各向異性拉拔試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于：所述土工合成材料各向異 性拉拔試驗(yàn)系統(tǒng)包括試驗(yàn)臺(tái)架（16)、下試驗(yàn)盒（1)、上試驗(yàn)盒（2)、拉拔加載裝置（3)、導(dǎo)軌 (5)、刻度盤（6)、豎向加載裝置（7)、位移傳感器（11)、信號(hào)采集控制裝置（13)以及用于夾 持待進(jìn)