一種直接測(cè)試黃土抗拉強(qiáng)度的制樣的裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種直接測(cè)試黃土抗拉強(qiáng)度參數(shù)的制樣的裝置，尤其是一種可搭載在常規(guī)土工三軸儀和單軸拉伸儀器上的，可應(yīng)用于直接測(cè)量不同環(huán)境條件下黃土抗拉強(qiáng)度參數(shù)的土樣制作及其試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于土體的抗拉強(qiáng)度很低，在土工實(shí)踐中一般認(rèn)為土體并不具備抗拉的能力，因此在設(shè)計(jì)計(jì)算中常常忽略不計(jì)。但在黃土地區(qū)經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)在邊坡頂部頻頻出現(xiàn)的張拉裂縫，其對(duì)邊坡的穩(wěn)定性帶來(lái)潛在的巨大風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)在環(huán)境條件變化下的邊坡穩(wěn)定性演變機(jī)理和運(yùn)動(dòng)模式仍不十分清楚，因此，有必要對(duì)土體的抗拉強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行有效的測(cè)試和分析。
[0003]傳統(tǒng)測(cè)試土體抗拉強(qiáng)度依據(jù)對(duì)拉應(yīng)力測(cè)量方法的不同可分為直接法和間接法。直接法分為單軸拉伸和三軸拉伸。借助土工常規(guī)三軸儀器，可通過(guò)設(shè)置不同圍壓與軸壓比(壓力或者拉力)的方法來(lái)使土體進(jìn)行擠壓破壞，這種方法較為直接。但由于該方法所采用的是標(biāo)準(zhǔn)圓柱形土樣，在土樣端部、排水板和樣帽之間需采用粘合劑，這樣對(duì)試驗(yàn)精度和效果有較大的影響。而單軸拉伸法中，不論是臥式或者豎式的方法，采用標(biāo)準(zhǔn)圓柱形土樣則由于土樣在拉伸過(guò)程中橫截面面積發(fā)生變化而使測(cè)試結(jié)果中的應(yīng)力不斷進(jìn)行修正；若采用“啞鈴狀”的變截面土樣，由于土樣的尺寸效應(yīng)和制樣的影響，使得其制樣方法和結(jié)果選取并未寫(xiě)入規(guī)范中。間接法包括土梁彎曲試驗(yàn)、徑向壓裂試驗(yàn)和軸向壓裂試驗(yàn)。使用此種試驗(yàn)方法確定土體的抗拉強(qiáng)度時(shí)，其拉應(yīng)力需通過(guò)理論計(jì)算求出。這種間接求出拉應(yīng)力的方法受實(shí)驗(yàn)條件的限制而無(wú)法廣泛的適用于測(cè)量不同環(huán)境條件下的土體。
[0004]因此對(duì)于黃土體抗拉強(qiáng)度的測(cè)試方法仍需進(jìn)一步研究，尤其是制取可搭載在現(xiàn)有的三軸土工設(shè)備和單軸拉伸設(shè)備上的特殊代表性試樣，以便利用現(xiàn)有裝置進(jìn)行試驗(yàn)分析。因此對(duì)土樣的制樣及試驗(yàn)方法有以下幾點(diǎn)要求:1.原狀土制樣過(guò)程中盡量減少土體擾動(dòng)，保證其天然狀態(tài)。2.重塑土樣制備方法簡(jiǎn)便、標(biāo)準(zhǔn)化，物理力學(xué)參數(shù)方便、可控；3.所設(shè)計(jì)制取的土樣可與排水板和樣帽之間的人工粘結(jié)取消；4.可模擬復(fù)雜應(yīng)力水平、應(yīng)力路徑和應(yīng)力狀態(tài)的變化。5.試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)高效可靠。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于上述，本發(fā)明的目的在于提供一種簡(jiǎn)潔、易行的直接測(cè)量黃土抗拉強(qiáng)度參數(shù)的制樣裝置和方法。利用此裝置制取的黃土試樣，可有效的測(cè)量原狀和重塑土體在不同環(huán)境條件下的抗拉強(qiáng)度參數(shù)，可有效其提高試驗(yàn)系統(tǒng)的效率。同時(shí)，可為預(yù)防與治理邊坡失穩(wěn)引起的工程問(wèn)題提供參數(shù)支持。
[0006]本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0007]本發(fā)明提供了一種直接測(cè)試黃土抗拉強(qiáng)度的制樣的裝置，包括一個(gè)制取沙漏狀黃土試樣的裝置、一個(gè)測(cè)試試樣抗拉強(qiáng)度的土工三軸試驗(yàn)儀和一個(gè)土工單軸拉伸儀；其中:
[0008]所述制取沙漏狀黃土試樣的裝置，包括一個(gè)切土器支架，和分別設(shè)置在切土器支架框體內(nèi)頂部和底部的帶針的上托盤(pán)和帶針的下托盤(pán)，切土器支架的側(cè)壁設(shè)有帶插入式刀把的裝配式薄刀片；
[0009]所述測(cè)試試樣抗拉強(qiáng)度的土工三軸試驗(yàn)儀，包括內(nèi)置有沙漏狀土樣的壓力倉(cāng)，壓力倉(cāng)的頂部分別設(shè)有與壓力倉(cāng)貫通的注水孔和排氣孔，壓力倉(cāng)的頂部還設(shè)有軸向位移測(cè)量?jī)x，和與沙漏狀土樣相連的量力環(huán)；底部設(shè)有分別連通圍壓控制系統(tǒng)、排水系統(tǒng)和孔隙水壓力測(cè)量系統(tǒng)的通道；
[0010]所述土工單軸拉伸儀，包括一個(gè)能夠放置沙漏狀土樣的支撐平臺(tái)，與沙漏狀土樣一端相連的加載砝碼，以及平衡加載砝碼的平衡重；還包括與沙漏狀土樣另一端相連的固定端，與固定端相連并插入至沙漏狀土樣中的應(yīng)力應(yīng)變傳感器。
[0011]進(jìn)一步地，所述制取沙漏狀黃土試樣的裝置中，切土器支架由若干根連接在上下轉(zhuǎn)盤(pán)的立桿構(gòu)成，若干個(gè)裝配式薄刀片沿其中一根立桿上下水平布置。
[0012]進(jìn)一步地，沿立桿上下若干水平布置的裝配式薄刀片端部在立桿內(nèi)側(cè)呈弧形分布，中部裝配式薄刀片的長(zhǎng)度大于其兩側(cè)刀片的長(zhǎng)度，且依次漸縮，中部裝配式薄刀片帶有帶插入式刀把。
[0013]進(jìn)一步地，所述帶針的上托盤(pán)上方設(shè)有土樣旋轉(zhuǎn)搖把。
[0014]進(jìn)一步地，所述土工三軸試驗(yàn)儀中，壓力倉(cāng)中填充有液體，排水系統(tǒng)通過(guò)壓力倉(cāng)底部通道連通管線至沙漏狀土樣模具中。
[0015]相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種直接測(cè)試黃土抗拉強(qiáng)度的制樣的方法，包括下述步驟:
[0016]1)首先依照常規(guī)方法制作出不同要求高徑比的標(biāo)準(zhǔn)圓柱體土工試樣；
[0017]2)制取“沙漏狀”黃土試樣:將標(biāo)準(zhǔn)圓柱體土工試樣設(shè)置在沙漏狀土樣模具中，并將其上下固定在可旋轉(zhuǎn)的帶針的托盤(pán)上，在切土器支架的立桿上，按照上下等距位置橫向設(shè)置一根薄刀片，依據(jù)設(shè)計(jì)要求將不同位置的刀片插入標(biāo)準(zhǔn)圓柱體土工試樣中，然后旋轉(zhuǎn)土樣托盤(pán)，由薄刀片旋轉(zhuǎn)一周；然后按照設(shè)計(jì)要求依次在立桿不同高度插入薄刀片，并調(diào)整插入標(biāo)準(zhǔn)圓柱體土工試樣深度，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；其次將標(biāo)準(zhǔn)圓柱體土工試樣削制成兩個(gè)圓臺(tái)倒扣相連呈沙漏狀結(jié)構(gòu)的沙漏狀土樣；
[0018]3)將預(yù)制好的沙漏狀土樣包裹上定制的橡皮膜，安裝在土工三軸試驗(yàn)儀上，然后對(duì)土工三軸試驗(yàn)儀的壓力倉(cāng)進(jìn)行注水，將水壓逐步按試驗(yàn)要求調(diào)至試驗(yàn)所設(shè)計(jì)的張拉應(yīng)力，并將測(cè)量應(yīng)力應(yīng)變傳感器掛載在沙漏狀土樣上，直至沙漏狀土樣從中部張拉破壞，圍壓控制系統(tǒng)記錄應(yīng)力應(yīng)變傳感器測(cè)試的沙漏狀土樣張拉變化數(shù)據(jù)；
[0019]4)將預(yù)制好的沙漏狀土樣套裝在金屬模具中，水平放置在土工單軸拉伸儀上，在沙漏狀土樣一端施以加載砝碼，并將測(cè)量應(yīng)力應(yīng)變傳感器掛載在土樣上，記錄應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0021]1.本發(fā)明充分利用常規(guī)土工制樣設(shè)備，并對(duì)其部分構(gòu)件進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，使得能較為方便和高效的根據(jù)試驗(yàn)要求進(jìn)行改裝。
[0022]2.可依據(jù)土質(zhì)種類的不同和試驗(yàn)要求的不同，通過(guò)計(jì)算變更“沙漏狀”土樣中部直徑同頂部直徑之比，減小試樣尺寸效應(yīng)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。
[0023]3.“沙漏狀” 土樣在中部發(fā)生拉伸破壞，可將拉剪破壞狀態(tài)控制至純拉伸破壞，規(guī)避了土樣受剪切破壞的可能。
[0024]4.取消了土樣和樣帽以及透水板之間的人工膠結(jié)，規(guī)避了由于粘結(jié)材料而影響的試驗(yàn)偏差。
[0025]5.透水板上下無(wú)粘結(jié)材料，可充分發(fā)揮透水板的作用，進(jìn)而模擬不同排水工況下的試驗(yàn)。
[0026]6.由于該制樣方法及試驗(yàn)條件要求并不十分苛刻，可便捷的應(yīng)用與野外現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為本發(fā)明制取沙漏狀黃土試樣的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明土工三軸試驗(yàn)儀示意圖；
[0029]圖3為本發(fā)明土工單軸拉伸儀示意圖；
[0030]圖4(a)_4(d)為本發(fā)明制樣步驟示意圖。
[0031]圖中:1、土樣旋轉(zhuǎn)搖把；2、帶針的上托盤(pán)；3、帶針的下托盤(pán)；4、切土器支架；5、插入式刀把；6、裝配式薄刀片；7、標(biāo)準(zhǔn)圓柱體土工試樣；8、量力環(huán)；9、注水孔；10、排氣孔；
11、傳力桿；12、壓力倉(cāng)；13、圍壓控制系統(tǒng)；14、排水系統(tǒng)；15、孔隙水壓力測(cè)量系統(tǒng)；16、軸向位移測(cè)量?jī)x；17、沙漏狀土樣；18、加載砝碼；19、平衡重；20、滑輪及支架；21、拉桿；22、應(yīng)力應(yīng)變傳感器；23、支撐平臺(tái)；24、沙漏狀金屬模具；25、固定端。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下邊結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明做任何限制的依據(jù)。
[0033]如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明直接測(cè)試黃土抗拉強(qiáng)度的制樣的裝置，包括一個(gè)制取沙漏狀黃土試樣的裝置、一個(gè)測(cè)試試樣抗拉強(qiáng)度的土工三軸試驗(yàn)儀和一個(gè)土工單軸拉伸儀；其中:
[0034]如圖1所示，制取沙漏狀黃土試樣的裝置，包括一個(gè)切土器支架4，和分別設(shè)置在切土器支架4框體內(nèi)頂部和底部的帶針的上托盤(pán)2和帶針的下托盤(pán)3，切土器支架4由若干根連接在上下轉(zhuǎn)盤(pán)的立桿構(gòu)成，若干個(gè)裝配式薄刀片6沿其中一根立桿上下水平布置。沿立桿上下若干水平布置的裝配式薄刀片6端部在立桿內(nèi)側(cè)呈弧形分布，中部裝配式薄刀片6的長(zhǎng)度大于其兩側(cè)刀片的長(zhǎng)度，且依次漸縮，中部裝配式薄刀片6帶有帶插入式刀把5。并且在帶針的上托盤(pán)2上方設(shè)有土樣旋轉(zhuǎn)搖把1。
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