一種直接測試黃土抗拉強度的制樣的裝置及其方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種直接測試黃土抗拉強度參數的制樣的裝置，尤其是一種可搭載在常規土工三軸儀和單軸拉伸儀器上的，可應用于直接測量不同環境條件下黃土抗拉強度參數的土樣制作及其試驗方法。
【背景技術】
[0002]由于土體的抗拉強度很低，在土工實踐中一般認為土體并不具備抗拉的能力，因此在設計計算中常常忽略不計。但在黃土地區經常會發現在邊坡頂部頻頻出現的張拉裂縫，其對邊坡的穩定性帶來潛在的巨大風險，同時在環境條件變化下的邊坡穩定性演變機理和運動模式仍不十分清楚，因此，有必要對土體的抗拉強度參數進行有效的測試和分析。
[0003]傳統測試土體抗拉強度依據對拉應力測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。借助土工常規三軸儀器，可通過設置不同圍壓與軸壓比(壓力或者拉力)的方法來使土體進行擠壓破壞，這種方法較為直接。但由于該方法所采用的是標準圓柱形土樣，在土樣端部、排水板和樣帽之間需采用粘合劑，這樣對試驗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，采用標準圓柱形土樣則由于土樣在拉伸過程中橫截面面積發生變化而使測試結果中的應力不斷進行修正；若采用“啞鈴狀”的變截面土樣，由于土樣的尺寸效應和制樣的影響，使得其制樣方法和結果選取并未寫入規范中。間接法包括土梁彎曲試驗、徑向壓裂試驗和軸向壓裂試驗。使用此種試驗方法確定土體的抗拉強度時，其拉應力需通過理論計算求出。這種間接求出拉應力的方法受實驗條件的限制而無法廣泛的適用于測量不同環境條件下的土體。
[0004]因此對于黃土體抗拉強度的測試方法仍需進一步研究，尤其是制取可搭載在現有的三軸土工設備和單軸拉伸設備上的特殊代表性試樣，以便利用現有裝置進行試驗分析。因此對土樣的制樣及試驗方法有以下幾點要求:1.原狀土制樣過程中盡量減少土體擾動，保證其天然狀態。2.重塑土樣制備方法簡便、標準化，物理力學參數方便、可控；3.所設計制取的土樣可與排水板和樣帽之間的人工粘結取消；4.可模擬復雜應力水平、應力路徑和應力狀態的變化。5.試驗數據采集系統高效可靠。
【發明內容】
[0005]鑒于上述，本發明的目的在于提供一種簡潔、易行的直接測量黃土抗拉強度參數的制樣裝置和方法。利用此裝置制取的黃土試樣，可有效的測量原狀和重塑土體在不同環境條件下的抗拉強度參數，可有效其提高試驗系統的效率。同時，可為預防與治理邊坡失穩引起的工程問題提供參數支持。
[0006]本發明的目的通過以下技術方案來實現:
[0007]本發明提供了一種直接測試黃土抗拉強度的制樣的裝置，包括一個制取沙漏狀黃土試樣的裝置、一個測試試樣抗拉強度的土工三軸試驗儀和一個土工單軸拉伸儀；其中:
[0008]所述制取沙漏狀黃土試樣的裝置，包括一個切土器支架，和分別設置在切土器支架框體內頂部和底部的帶針的上托盤和帶針的下托盤，切土器支架的側壁設有帶插入式刀把的裝配式薄刀片；
[0009]所述測試試樣抗拉強度的土工三軸試驗儀，包括內置有沙漏狀土樣的壓力倉，壓力倉的頂部分別設有與壓力倉貫通的注水孔和排氣孔，壓力倉的頂部還設有軸向位移測量儀，和與沙漏狀土樣相連的量力環；底部設有分別連通圍壓控制系統、排水系統和孔隙水壓力測量系統的通道；
[0010]所述土工單軸拉伸儀，包括一個能夠放置沙漏狀土樣的支撐平臺，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力應變傳感器。
[0011]進一步地，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盤的立桿構成，若干個裝配式薄刀片沿其中一根立桿上下水平布置。
[0012]進一步地，沿立桿上下若干水平布置的裝配式薄刀片端部在立桿內側呈弧形分布，中部裝配式薄刀片的長度大于其兩側刀片的長度，且依次漸縮，中部裝配式薄刀片帶有帶插入式刀把。
[0013]進一步地，所述帶針的上托盤上方設有土樣旋轉搖把。
[0014]進一步地，所述土工三軸試驗儀中，壓力倉中填充有液體，排水系統通過壓力倉底部通道連通管線至沙漏狀土樣模具中。
[0015]相應地，本發明還提供了一種直接測試黃土抗拉強度的制樣的方法，包括下述步驟:
[0016]1)首先依照常規方法制作出不同要求高徑比的標準圓柱體土工試樣；
[0017]2)制取“沙漏狀”黃土試樣:將標準圓柱體土工試樣設置在沙漏狀土樣模具中，并將其上下固定在可旋轉的帶針的托盤上，在切土器支架的立桿上，按照上下等距位置橫向設置一根薄刀片，依據設計要求將不同位置的刀片插入標準圓柱體土工試樣中，然后旋轉土樣托盤，由薄刀片旋轉一周；然后按照設計要求依次在立桿不同高度插入薄刀片，并調整插入標準圓柱體土工試樣深度，進行旋轉；其次將標準圓柱體土工試樣削制成兩個圓臺倒扣相連呈沙漏狀結構的沙漏狀土樣；
[0018]3)將預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儀上，然后對土工三軸試驗儀的壓力倉進行注水，將水壓逐步按試驗要求調至試驗所設計的張拉應力，并將測量應力應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，圍壓控制系統記錄應力應變傳感器測試的沙漏狀土樣張拉變化數據；
[0019]4)將預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，并將測量應力應變傳感器掛載在土樣上，記錄應力應變數據。
[0020]本發明的優點是:
[0021]1.本發明充分利用常規土工制樣設備，并對其部分構件進行模塊化設計，使得能較為方便和高效的根據試驗要求進行改裝。
[0022]2.可依據土質種類的不同和試驗要求的不同，通過計算變更“沙漏狀”土樣中部直徑同頂部直徑之比，減小試樣尺寸效應對試驗結果的影響。
[0023]3.“沙漏狀” 土樣在中部發生拉伸破壞，可將拉剪破壞狀態控制至純拉伸破壞，規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，規避了由于粘結材料而影響的試驗偏差。
[0025]5.透水板上下無粘結材料，可充分發揮透水板的作用，進而模擬不同排水工況下的試驗。
[0026]6.由于該制樣方法及試驗條件要求并不十分苛刻，可便捷的應用與野外現場測試中。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發明制取沙漏狀黃土試樣的裝置結構示意圖；
[0028]圖2為本發明土工三軸試驗儀示意圖；
[0029]圖3為本發明土工單軸拉伸儀示意圖；
[0030]圖4(a)_4(d)為本發明制樣步驟示意圖。
[0031]圖中:1、土樣旋轉搖把；2、帶針的上托盤；3、帶針的下托盤；4、切土器支架；5、插入式刀把；6、裝配式薄刀片；7、標準圓柱體土工試樣；8、量力環；9、注水孔；10、排氣孔；
11、傳力桿；12、壓力倉；13、圍壓控制系統；14、排水系統；15、孔隙水壓力測量系統；16、軸向位移測量儀；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、應力應變傳感器；23、支撐平臺；24、沙漏狀金屬模具；25、固定端。
【具體實施方式】
[0032]下邊結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明，但并不作為對本發明做任何限制的依據。
[0033]如圖1、圖2和圖3所示，本發明直接測試黃土抗拉強度的制樣的裝置，包括一個制取沙漏狀黃土試樣的裝置、一個測試試樣抗拉強度的土工三軸試驗儀和一個土工單軸拉伸儀；其中:
[0034]如圖1所示，制取沙漏狀黃土試樣的裝置，包括一個切土器支架4，和分別設置在切土器支架4框體內頂部和底部的帶針的上托盤2和帶針的下托盤3，切土器支架4由若干根連接在上下轉盤的立桿構成，若干個裝配式薄刀片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端部在立桿內側呈弧形分布，中部裝配式薄刀片6的長度大于其兩側刀片的長度，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2上方設有土樣旋轉搖把1。
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