申请/专利权人：河海大学

申请日：2018-11-02

公开（公告）日：2021-10-12

公开（公告）号：CN109374404B

主分类号：G01N3/04(20060101)

分类号：G01N3/04(20060101);G01N3/08(20060101);G01N1/28(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.10.12#授权;2019.03.19#实质审查的生效;2019.02.22#公开

摘要：本发明公开了一种土工拉伸试验的制样装置、方法及试验方法，所述制样装置包括制样模具，制样模具的中间拉伸段与两端的拉伸夹具可拆卸连接，采用改进的分层击实装置对测试样进行精确击实处理后，拆除制样模具的中间拉伸段，获取两端夹有拉伸夹具的试样，将拉伸夹具与试验机连接，即可进行试样的拉伸试验测试。本发明提供的土工拉伸试验制样装置结构简单，提高了制样精度和试验的便捷性。

主权项：1.一种土工拉伸试验的制样装置，其特征在于，包括具有空腔结构的制样模具；所述制样模具包括中间拉伸段，所述中间拉伸段的两端分别设有拉伸夹具；所述拉伸夹具包括端部限位板和分设于端部限位板两端的限位臂；所述限位臂包括圆弧过渡段和直线段，所述限位臂的内侧还设置有用于阻止试样与拉伸夹具发生相对滑动的阻滑片；所述圆弧过渡段的一端与中间拉伸段可拆卸连接，另一端向外扩张经所述直线段与端部限位板连接。

全文数据：一种土工拉伸试验的制样装置、方法及试验方法技术领域本发明涉及一种土工拉伸试验的制样装置、方法及试验方法，属于土工试验技术领域。背景技术在水利工程、岩土工程领域，土体抗拉强度指标常常不受重视，与此相关的试验研究和数据测量也没有统一的试验规范和试验装置。但大量工程事故表明，土体的开裂和坍塌、土石坝心墙的水力劈裂等与土体的抗拉强度、拉应变有密切联系，因此深入开展土体抗拉强度的研究是必要而迫切的。目前应用较多的单轴拉伸试验存在如下问题：对于规则的长方体、圆柱体试样，由于试样是靠夹具与土体之间的摩擦力固定，夹力过小，试样与夹具之间容易发生滑动，夹力过大，试样与夹具连接处容易发生挤压变形，使得试样连接处有效截面减小，从而形成明显的薄弱面；对于低密度、高含水率的试样，采用环氧树脂粘结试样与试验拉头的方法便不再适用；对于采用梯形夹具的试样，通过有限元数值模拟可以发现，在梯形夹具与试样连接处存在明显的应力集中现象；对一些特殊工况（如掺砾试样）的大试样，不当的分层击实方法往往会使试样产生一些薄弱面（如轴向分层击实试样在拉伸试验过程中极易在分层处断裂），使得试验结果的可信度大大降低。发明内容本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种土工拉伸试验的制样装置、方法及试验方法，能够克服减小夹具与试样连接处的应力集中和应力突变，提高试验精度。为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：第一方面，本发明提供了一种土工拉伸试验的制样装置，所述制样装置包括具有空腔结构的制样模具；所述制样模具包括中间拉伸段，所述中间拉伸段的两端分别设有拉伸夹具；所述拉伸夹具包括端部限位板和分设于端部限位板两端的限位臂；所述限位臂包括圆弧过渡段和直线段；所述圆弧过渡段的一端与中间拉伸段可拆卸连接，另一端向外扩张经所述直线段与端部限位板连接。所述限位臂的内侧还设置有用于阻止试样与拉伸夹具发生相对滑动的阻滑片。所述制样装置还包括击实模块；所述击实模块包括：击实底板和设于所述击实底板上的击实横梁；所述击实底板的形状大小与所述空腔结构的形状大小相匹配。所述击实模块还包括支撑卡环；所述击实横梁上还设有用于安放支撑卡环的卡槽；支撑卡环置于卡槽中用于对试样进行击实限位。所述卡槽沿击实横梁的竖直方向等距设置有三对。所述直线段与制样模具的轴线夹角为8°~15°。所述制样装置还包括设于制样模具底部的制样底板。所述端部限位板上还设有用于与试验机相连的连接头。第二方面，本发明提供了一种土工拉伸试验的制样方法，包括击实模块和具有空腔结构的制样模具，所述击实模块包括击实底板、击实横梁和支撑卡环；所述击实底板的形状大小与所述空腔结构的形状大小相匹配；所述击实横梁沿竖直方向等距设置有三组用于安放支撑卡环的卡槽；所述制样模具包括中间拉伸段，所述中间拉伸段与两端的拉伸夹具可拆卸连接；所述制样方法包括如下步骤：将试样母材均分为三份；取出一份试样母材均匀平铺于制样模具的空腔结构中；将支撑卡环置于击实横梁最下方的卡槽中，采用击实模块均匀击实第一份试样母材，直至支撑卡环支撑于制样模具上；取出击实模块，将第二份试样母材均匀平铺于已经刨毛的第一份试样母材上；将支撑卡环置于击实横梁中间位置的卡槽中，同样采用击实模块均匀击实，直至支撑卡环支撑于制样模具上；再次取出击实模块，将第三份试样母材均匀平铺于已经刨毛的第二份试样母材上；将支撑卡环置于击实横梁最上方的卡槽中，同样采用击实模块均匀击实，直至支撑卡环支撑于制样模具上；将制样模具的中间拉伸段拆除，获取两端夹有拉伸夹具的试样。第三方面，本发明提供了一种土工拉伸试验方法，所述试验方法包括如下步骤：将试样一端的拉伸夹具与试验机的横梁固定连接，另一端的拉伸夹具与试验机的底座固定连接；按照设定的相应材料参数及拉伸速率进行土体的拉伸试验。综上，本发明提供的土工拉伸实验的制样装置、方法及试验方法：1、拉伸夹具采用圆弧过渡段和直线段的连接结构，不仅可以减少端部效应的影响，使试样在中间有效位置断裂，提高试验精度，而且可以减小拉伸夹具与试样连接处的应力集中和应力突变；2、拉伸夹具与中间拉伸段可自由组装、拆卸，使得拉伸夹具不仅可以用于试样的制备还可以应用于试样的拉伸试验中，制样方便快捷、试验操作简单易行；3、拉伸夹具的内侧设有阻滑片，一方面，显著提高了试样与拉伸夹具之间的摩擦力，试样在中间有效位置断裂时，有效地抑制了试样与拉伸夹具之间的相对滑动，从而可以获得试样准确的抗拉强度和应力-应变曲线；另一方面阻滑片的存在可以减小拉伸夹具两限位臂与拉伸模具轴线的夹角，进一步减小了端部效应和应力集中对试验结果的影响；4、配置了击实底板与制样模具的空腔结构形状大小相匹配的击实模块，且击实模块的击实横梁两侧设置等距卡槽，分层制样过程中将支承卡环分别放入不同位置的卡槽中，可以便捷地保证每层的击实高度相同，从而保证试样的制备精度。附图说明图1是采用本发明实施例提供的两端夹有拉伸夹具的试样进行拉伸试验的结构示意图；图2是根据本发明实施例提供的制样模具的结构示意图；图3是根据本发明实施例提供的制样模具的另一结构示意图；图4是适用于本发明实施例提供的制样模具的制样底板的结构示意图；图5是根据本发明实施例提供的一种击实模块的结构示意图；图6是根据本发明实施例提供的制样装置使用状态结构示意图；图中：11、制样模具；12、制样底板；13a、第一拉伸夹具；13b、第二拉伸夹具；14、圆弧过渡段；15、直线段；16、中间拉伸段；17、阻滑片；21、插销；22、螺栓；23、连接翼缘；24、连接头；31、击实模块；32、击实横梁；33、击实底板；34、支承卡环；35、端部限位板；36、卡槽；3、试样；4、万能试验机。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。如图2~图6所示，土工拉伸试验的制样装置包括：制样模具11、制样底板12以及击实模块31：制样模具如图2、图3所示，第一拉伸夹具13a的圆弧过渡段14与中间拉伸段16通过螺栓22在侧壁的连接翼缘23处纵向连接，组成空腔结构的制样模具11；第一拉伸夹具13a包括：端部限位板35和分设于端部限位板两端的限位臂，限位臂包括：圆弧过渡段14和直线段15。优选的，直线段和制样模具的轴线夹角为8°~15°。限位臂的内侧还设置有用于阻止试样和拉伸夹具发生相对滑动的阻滑片17；端部限位板35上还设有用于与试验机相连的连接头24。第二拉伸夹具13b和第一拉伸夹具13a结构相同。击实模块31如图5所示，击实模块包括与制样模具11的空腔尺寸形状大小相匹配的击实底板33、击实底板上的击实横梁32、如图6所示的支撑卡环，以及用于安放支撑卡环34的卡槽36，卡槽36沿击实横梁32的竖直方向等间距设置三对。如图6所示，是根据本发明实施例提供的制样装置使用状态结构示意图，下面以掺砾粘土抗拉强度研究试验作为具体实施例进行说明，土工拉伸试验的制样方法包括如下步骤：检查并确保制样模具无变形和损坏等情况；根据试验要求配制一定含水率的粘土土样，根据试验要求配制一定级配的砾石；根据制样要求组装好制样模具11，将制样模具11安放在制样底板12上，并将制样模具11的中间拉伸段16以及制样底板12均匀的涂刷凡士林；根据如掺砾量、干密度等设定的试验控制条件，称取一定质量备好的黏土土样和砾石，分别均匀的分成三份，然后将土样和砾石混合均匀，以备使用；取出一份混合均匀的掺砾土样，在制样模具11中均匀铺平，然后将击实模块31放入制样模具11之中，并将支承卡环34安放在击实模块横梁32的底部卡槽，使用橡胶锤均匀击实，待支承卡环34接触到制样模具11之后停止击实，取出击实模块31；将已经击实的第一层土样充分刨毛，倒入第二层掺砾土样均匀铺平，将击实模块31放入制样模具11之中，并将支承卡环34安放在击实模块横梁32的中间卡槽，重复上述步骤完成第二层、第三层的掺砾土样击实；在制样模具11中制备完成试验所需试样之后，使用活动扳手拧下螺栓22，然后使用小橡胶锤轻轻敲打中间拉伸段模具16，使之与试样分离，随后即可获得两端夹有拉伸夹具的试样3；将两端夹有拉伸夹具的试样3用保鲜膜密封保存，以备拉伸试验使用。土工拉伸实验的试验方法包括如下步骤：如图1所示为拉伸试验结构示意图，在万能试验机4准备工作完成之后，首先，通过“上升”按钮提高万能试验机4横梁位置，然后将两端夹有拉伸夹具的试样3通过下部拉伸夹具13b和插销21固定在万能试验机4的底座上；然后通过“下降”按钮缓慢的降低万能试验机4的横梁，使之与试样的上部拉伸夹具13a接触，并由插销21连接固定；最后，开启计算机上相关试验软件并设置相应材料参数以及拉伸速率，即可进行试样3的拉伸试验；在土体拉伸试验进行的同时，开启试验软件的数据采集功能，从中可以获得试样3破坏时的最大拉力和试样3破坏过程中的拉力-位移曲线，通过数据处理即可得到试样3的抗拉强度和试样3完整的应力-应变曲线。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

权利要求：1.一种土工拉伸试验的制样装置，其特征在于，包括具有空腔结构的制样模具；所述制样模具包括中间拉伸段，所述中间拉伸段的两端分别设有拉伸夹具；所述拉伸夹具包括端部限位板和分设于端部限位板两端的限位臂；所述限位臂包括圆弧过渡段和直线段；所述圆弧过渡段的一端与中间拉伸段可拆卸连接，另一端向外扩张经所述直线段与端部限位板连接。2.根据权利要求1所述的土工拉伸试验的制样装置，其特征在于，所述限位臂的内侧还设置有用于阻止试样与拉伸夹具发生相对滑动的阻滑片。3.根据权利要求1所述的土工拉伸试验的制样装置，其特征在于，所述制样装置还包括击实模块；所述击实模块包括：击实底板和设于所述击实底板上的击实横梁；所述击实底板的形状大小与所述空腔结构的形状大小相匹配。4.根据权利要求3所述的土工拉伸试验的制样装置，其特征在于，所述击实模块还包括支撑卡环；所述击实横梁上还设有用于安放支撑卡环的卡槽；支撑卡环置于卡槽中用于对试样进行击实限位。5.根据权利要求4所述的土工拉伸试验的制样装置，其特征在于，所述卡槽沿击实横梁的竖直方向等距设置有三对。6.根据权利要求1所述的土工拉伸试验的制样装置，其特征在于，所述直线段与制样模具的轴线夹角为8°~15°。7.根据权利要求1所述的土工拉伸试验的制样装置，其特征在于，所述制样装置还包括设于制样模具底部的制样底板。8.根据权利要求1所述的土工拉伸试验的制样装置，其特征在于，所述端部限位板上还设有用于与试验机相连的连接头。9.一种土工拉伸试验的制样方法，包括击实模块和具有空腔结构的制样模具，所述击实模块包括击实底板、击实横梁和支撑卡环；所述击实底板的形状大小与所述空腔结构的形状大小相匹配；所述击实横梁沿竖直方向等距设置有三组用于安放支撑卡环的卡槽；所述制样模具包括中间拉伸段，所述中间拉伸段两端分别连接有可拆卸的拉伸夹具，其特征在于，所述方法包括如下步骤：将试样母材均分为三份；取出一份试样母材均匀平铺于制样模具的空腔结构中；将支撑卡环置于击实横梁最下方的卡槽中，采用击实模块均匀击实第一份试样母材，直至支撑卡环支撑于制样模具上；取出击实模块，将第二份试样母材均匀平铺于已经刨毛的第一份试样母材上；将支撑卡环置于击实横梁中间位置的卡槽中，同样采用击实模块均匀击实，直至支撑卡环支撑于制样模具上；再次取出击实模块，将第三份试样母材均匀平铺于已经刨毛的第二份试样母材上；将支撑卡环置于击实横梁最上方的卡槽中，同样采用击实模块均匀击实，直至支撑卡环支撑于制样模具上；将制样模具的中间拉伸段拆除，获取两端夹有拉伸夹具的试样，以备试验。10.一种土工拉伸试验方法，采用权利要求9所获取的两端夹有拉伸夹具的试样，其特征在于，所述试验方法包括如下步骤：将试样一端的拉伸夹具与试验机的横梁固定连接，另一端的拉伸夹具与试验机的底座固定连接；按照设定的相应材料参数及拉伸速率进行土体的拉伸试验。

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