一種測定土體單軸抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種測定土體單軸抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)方法，該方法采用試樣制備系統(tǒng)、拉伸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成試驗(yàn)設(shè)備，其中試樣制備系統(tǒng)包括：固定底座、壓板、成樣器、固定螺絲；拉伸系統(tǒng)包括：三速電剪儀和試樣夾具；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括：數(shù)顯式推拉力計(jì)、百分表和計(jì)算機(jī)。該方法采用一次靜壓成型技術(shù)制備試樣，可避免了分層擊實(shí)制樣造成的薄弱面；試樣呈啞鈴狀，兩端作為固定端，使操作更簡單，連接更牢固，而且試樣固定端和試樣中間部分通過漸變段連接，避免了直徑突變產(chǎn)生應(yīng)力集中對試驗(yàn)的影響。此外，數(shù)顯式推拉力計(jì)與計(jì)算機(jī)連接，可以實(shí)時記錄拉力的大小，準(zhǔn)確記錄試樣斷裂時的最大拉力值。
【專利說明】一種測定土體單軸抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于土木工程測試【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種測定土體抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)方法，主要用于水利工程、道路工程和農(nóng)業(yè)工程等土體抗拉強(qiáng)度測定，為工程設(shè)計(jì)與施工管理提供可靠數(shù)據(jù)。
【背景技術(shù)】
[0002]土作為一種主要建筑材料，普遍應(yīng)用在水利工程、道路工程和農(nóng)業(yè)工程中，是主要的受壓材料。在工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)土質(zhì)堤壩心墻的水力劈裂、道路路基的開裂、邊坡滑動產(chǎn)生的張拉裂縫等都與土體的抗拉強(qiáng)度有關(guān)。所以準(zhǔn)確測定土體的抗拉強(qiáng)度，對工程的設(shè)計(jì)、施工與管理具有重要的意義，可預(yù)防工程事故的發(fā)生，保證工程的安全。
[0003]土體的抗拉強(qiáng)度一般通過單軸抗拉強(qiáng)度來反映，其是土樣只在單向拉力作用下達(dá)到斷裂破壞時的極限正應(yīng)力。目前，針對土體抗拉強(qiáng)度的測定方法主要分為直接測量法和間接測量法兩類。其中直接測量法有單軸拉伸法和三軸拉伸法，間接測量法有土梁彎曲法、空心圓柱法、徑向壓裂法、軸向壓裂法。以往的單軸拉伸試驗(yàn)儀器存在較多的弊端，試驗(yàn)結(jié)果有較大的誤差。譬如，《土工試驗(yàn)規(guī)程》(SDS01-79)中關(guān)于黏性土單軸抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，其土樣的制備是采用分層擊實(shí)，先制成方形樣，然后削成圓柱形的試樣，這樣在分層處容易形成薄弱面，而且削制試樣的過程，如果用力不穩(wěn)、過大，很容易使試樣受到擾動，強(qiáng)度降低。同時，削試樣時容易導(dǎo)致試驗(yàn)軸心偏離中心，拉伸時試樣斷面受力不均勻，很難保證拉力與試樣橫截面垂直。此外，試樣兩端采用粘合劑膠結(jié)的方法與試樣帽固定，然后與拉伸的儀器連接，土與粘合劑之間的膠結(jié)力很小，且試樣表面比較粗糙更降低了膠結(jié)面的面積，所以這種方法連接面不易固定牢固，拉伸時容易從膠結(jié)面斷開。更為重要的是，拉伸時采用逐級加載的方式施加拉伸荷載，計(jì)算拉應(yīng)力時取試樣破壞前兩次荷載的平均值作為斷裂時的荷載值，這種方法不能精確確定試樣斷裂時的最大拉力。由于以上各方面因素的影響，導(dǎo)致測定的土體抗拉強(qiáng)度值存在很大的誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種測定土體單軸抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)方法，以精確測定土體的抗拉強(qiáng)度，為工程設(shè)計(jì)與施工管理提供可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用如下技術(shù)解決方案予以實(shí)現(xiàn):
[0006]一種測定土體單軸抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)方法，其特征在于，該方法采用由試樣制備系統(tǒng)、拉伸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成的試驗(yàn)設(shè)備，其中:
[0007]試樣制備系統(tǒng)包括:固定底座、壓板、成樣器和固定螺絲；
[0008]拉伸系統(tǒng)包括:三速電剪儀和試樣夾具；
[0009]數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括:數(shù)顯式推拉力計(jì)、百分表和計(jì)算機(jī)；
[0010]具體操作步驟如下:[0011]步驟一，按試驗(yàn)要求組裝成樣器，采用一次靜壓成型技術(shù)制樣，試樣呈啞鈴狀；
[0012]步驟二，將試樣放入夾具內(nèi)，夾具一端通過活動掛鉤與三速電剪儀的動力轉(zhuǎn)輪拉桿連接，另一端與數(shù)顯式推拉力計(jì)連接，數(shù)顯式推拉力計(jì)與計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)線連接；
[0013]步驟三，調(diào)節(jié)三速電剪儀的拉伸速率，調(diào)整百分表示數(shù)歸零，打開計(jì)算機(jī)中的測試軟件。
[0014]步驟四，開啟拉伸動力系統(tǒng)電源，開始拉伸。觀察數(shù)顯式推拉力計(jì)示數(shù)，當(dāng)示數(shù)突然變小，切斷電源停止拉伸，記錄百分表讀數(shù)，即為最大拉力所對應(yīng)的位移；
[0015]步驟五，保存計(jì)算機(jī)的測試數(shù)據(jù)，記錄最大拉力，取下試樣，用直尺測量斷面距有效長度端部的距離；
[0016]步驟六，用削土刀取適量斷面處的土，測定其含水率；
[0017]步驟七，根據(jù)下式計(jì)算試樣斷面應(yīng)力、應(yīng)變:
[0018]試樣斷面應(yīng)力:σ =Fn/S
[0019]試樣斷面應(yīng)變:￡ = Δ L/L0
[0020]式中:
[0021]σ:斷面處的最大拉應(yīng)力，即單軸抗拉強(qiáng)度；
[0022]ε:與最大拉應(yīng)力相對應(yīng)的應(yīng)變；
[0023]Fn:最大拉力，試樣斷裂時的拉力；
[0024]S:試樣的斷面面積；
[0025]Δ L:與最大拉力對應(yīng)的位移；
[0026]L0:試樣的有效長度。
[0027]本發(fā)明的測定土體單軸抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)方法，采用一次靜壓成型的方法制備試樣，避免了分層擊實(shí)制樣造成的薄弱面；試樣呈啞鈴狀，可采用試樣兩端作為固定端，使操作更簡單，連接更牢固；固定端和試樣中間部分通過漸變段連接，避免了試樣直徑突變產(chǎn)生應(yīng)力集中對試驗(yàn)的影響；此外，數(shù)顯式推拉力計(jì)與計(jì)算機(jī)連接，可以實(shí)時記錄拉力的大小，準(zhǔn)確記錄試樣斷裂時的最大拉力值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是制樣模具圖，圖中的標(biāo)記分別表示:Α、固定底座，B、壓板，C、成樣器，D、固定螺栓；
[0029]圖2是成樣器頂蓋結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3是成樣器底槽結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031 ] 圖4是試驗(yàn)設(shè)備連接示意圖。
[0032]圖中的標(biāo)記分別表示:1、滾輪，2、螺釘，3、試樣，4、試樣夾具，5、活動掛鉤，6、百分表，7、數(shù)顯式推拉力計(jì)，8、數(shù)據(jù)線，9、計(jì)算機(jī)，10、三速電剪儀。
[0033]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。`【具體實(shí)施方式】
[0034]本實(shí)施例給出一種測定土體抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)方法，具體包括:
[0035]實(shí)驗(yàn)設(shè)備:[0036]試樣制備系統(tǒng):包括固定底座、壓板、成樣器和固定螺絲；
[0037]拉伸系統(tǒng):包括三速電剪儀和試樣夾具；
[0038]數(shù)據(jù)采集系統(tǒng):包括數(shù)顯式推拉力計(jì)、百分表和計(jì)算機(jī)；
[0039]還包括有活口扳手、直尺、刷子、百分表、凡士林、千斤頂、反力框架等輔助器械與材料。
[0040]具體操作步驟:
[0041]I)按試驗(yàn)要求選擇試樣長度(6cm、7cm、8cm、9cm、10cm、11cm、12cm),將成樣器底座
部分按選定的試樣長度組裝，放入底槽內(nèi)，四周放入壓板定位，用扳手將四周螺絲擰緊(保證螺絲要對稱平行擰緊)，壓緊各部分之間的縫隙；
[0042]2)用刷子清除槽內(nèi)雜物(雜土等)，并在槽子內(nèi)部四周涂抹適量凡士林，可避免試樣與儀器粘結(jié)，同時也減少了試樣含水率的變化；
[0043]3)根據(jù)控制條件(壓實(shí)度、含水率等)稱取一定質(zhì)量的土，放入組裝好的底槽內(nèi)，均勻鋪平，并輕微壓實(shí)；
[0044]4)將頂蓋放入底槽相應(yīng)的位置，頂蓋上部放置和選定試樣同樣長度的頂部壓板；
[0045]5)用千斤頂和反力框架緩慢施加荷載，將頂蓋壓入底槽內(nèi)，至壓板與底槽頂面緊密結(jié)合為止，保持壓緊狀態(tài)，靜置2?3min ；
[0046]6)卸載，擰松四周螺絲，將試樣取出；
[0047]7)打開數(shù)顯式推拉力計(jì)，通過數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)連接，啟動測試軟件；
[0048]8)將試樣放入夾具內(nèi)，四角上用螺絲固定牢固。將夾具一端的活動掛鉤與數(shù)顯式推拉力計(jì)連接，另一端與三速電剪儀的動力轉(zhuǎn)輪拉桿連接，調(diào)整夾具位置，使其位于軌道中心軸線上，即與拉伸軸線重合；
[0049]9)用手轉(zhuǎn)動三速電剪儀的動力轉(zhuǎn)輪，使中間部分拉緊，數(shù)顯式推拉力計(jì)剛顯示數(shù)據(jù)為宜，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速檔位位于0.8mm/min,調(diào)整百分表示數(shù)歸零；
[0050]10)開啟拉伸動力系統(tǒng)電源，開始拉伸。拉伸時注意觀察數(shù)顯式推拉力計(jì)示數(shù)變化，當(dāng)示數(shù)突然變小時，切斷電源停止拉伸，記錄百分表讀數(shù)，即為最大拉力所對應(yīng)的位移；
[0051]11)保存計(jì)算機(jī)的測量數(shù)據(jù)，記錄最大拉力，取下試樣，用直尺測量斷面距有效長度端部的距離；
[0052]12)用削土刀取適量斷面處的土，測定其含水率。
[0053]13)根據(jù)下式計(jì)算試樣斷面應(yīng)力、應(yīng)變:
[0054]試樣斷面應(yīng)力:σ =Fn/S
[0055]試樣斷面應(yīng)變:ε = Λ L/L0
[0056]式中:
[0057]σ:斷面處的最大拉應(yīng)力，即單軸抗拉強(qiáng)度；
[0058]ε:與最大拉應(yīng)力相對應(yīng)的應(yīng)變；
[0059]Fn:最大拉力，試樣斷裂時的拉力；
[0060]S:試樣的斷面面積；
[0061]Δ L:與最大拉力對應(yīng)的位移；
[0062]L0:試樣的有效長度。[0063]以下是發(fā)明人具體的試驗(yàn):
[0064]一、試樣制備:
[0065]1、制樣模具:
[0066]試樣制備系統(tǒng)主要包括固定底座A、壓板B、成樣器C、固定螺絲D四部分，見附圖1和附圖2。
[0067]固定底座A，用厚度為Icm的鋼板焊接成長方形槽子，槽子內(nèi)部長、寬、高分別為25cm、9cm、5cm,槽子四個邊的鋼板上有兩個直徑12mm的螺絲孔,用于安裝固定螺絲D。在固定底座A四周設(shè)置壓板B，壓板B的尺寸按槽子尺寸確定。固定底座A中間用于放置成樣器C，固定底座A上部有壓板B，壓板B和試樣長度相等，寬度略大于固定底座A寬度。固定螺絲D為直徑12mm，長度80mm的螺栓，滿足強(qiáng)度和長度要求即可。
[0068]成樣器C，斷面內(nèi)圓外方，內(nèi)部呈啞鈴狀，由底槽和頂蓋兩部分組成(圖2和圖3)，內(nèi)部采用線切割加工工藝按試樣要求切割出中空的圓柱體，兩端圓柱體的直徑為5cm，中空圓柱體的長度為1.5cm ;中間直徑為4cm,長度為12cm。為了避免試樣斷面突變,兩端與中間的連接段為漸變段，呈中空圓臺狀，圓臺長度為1.0cm。直徑4cm的部分是試樣的有效長度Ltl，試件端部圓臺和漸變段為固定端，用于和兩端試件夾具連接。
[0069]為了方便取出試樣和滿足試樣不同有效長度的要求，將有效長度部分垂直軸向切割成7段，即I個長度為6cm的基礎(chǔ)段卿圖2、圖3中的2段)和6個長度為Icm自由段卿圖2中的3、4、5、6、7、8段)，用于調(diào)節(jié)試樣長度，底槽和基礎(chǔ)段沿軸線方向從中間切開，方便試樣取出。
[0070]2、試樣制作:
[0071]I)按照試樣長度選取配套的底槽和頂蓋組裝成樣器，底槽放置在固定底座A內(nèi)，四周用壓板B和螺栓D固定；
[0072]2)將一定質(zhì)量的土放入成樣器C的底槽內(nèi)，使其均勻鋪平，稍微壓實(shí)，然后將頂蓋放入底槽的相應(yīng)位置，并用四周的螺栓D通過四周壓板B將中間的成樣器C壓緊，注意同側(cè)的固定螺栓D—定要同步擰進(jìn)，避免偏心，出現(xiàn)縫隙；
[0073]3)頂蓋上面放置壓板B后，用千斤頂、反力框架將上部頂蓋壓入底槽內(nèi)，至壓板B下表面和成樣器C的底槽上表面緊密接觸為止，此時頂蓋上表面也恰好和底槽上表面齊平，為了避免試樣體積反彈，壓的過程要緩慢施加壓力，并且齊平后靜置2?3分鐘，再取出試樣,試樣呈啞鈴狀。
[0074]二、試樣拉伸:
[0075]試驗(yàn)設(shè)備主要包括三速電剪儀10和試件夾具4 (見附圖4)。
[0076]利用已有的三速電剪儀10的動力部分(電動轉(zhuǎn)輪)和水平支座。經(jīng)研究確定，三速電剪儀10的拉伸速率用0.8mm/min比較合適。在三速電剪儀10的水平支座上放置表面光滑的有機(jī)玻璃平直軌道。
[0077]試件夾具4由兩部分組成，分別用于固定試樣的兩端。采用有機(jī)玻璃制作，分上下兩半，用螺絲2固定四個角部位，外部為方形，內(nèi)部為和試樣兩端形狀一樣的中空圓柱和圓臺。試件夾具4兩端的直徑分別為4.lcm、5.1cm,直徑4.1cm部分的長度為1cm、直徑5.1cm部分的長度為2cm，中間為中空圓臺，長度1cm。
[0078]在試件夾具4上安裝滾輪1，可減小與軌道之間的摩擦力。試件夾具4 一端通過活動掛鉤5與數(shù)顯式推拉力計(jì)7連接，另一端與三速電剪儀的動力轉(zhuǎn)輪的拉桿連接。在三速電剪儀的動力轉(zhuǎn)輪拉桿和試件夾具4之間安裝百分表6?；顒訏煦^5的中心位于試樣夾具4的中心線上。通過控制滾輪I的高度，保證三速電剪儀動力轉(zhuǎn)輪的軸心、試樣3軸心與數(shù)顯式推拉力計(jì)7的軸心相重合。
[0079]三、數(shù)據(jù)采集
[0080]數(shù)據(jù)采集包括應(yīng)力部分和應(yīng)變部分兩部分。
[0081]應(yīng)力部分，利用數(shù)據(jù)線8將數(shù)顯式推拉力計(jì)7與計(jì)算機(jī)9連接，計(jì)算機(jī)9內(nèi)安裝測試軟件，實(shí)時記錄荷載值。
[0082]應(yīng)變部分，在三速電剪儀的基座上安置百分表6，其測量桿與試樣夾具4接觸，用于測定拉伸過程中試樣的變形。
[0083]以下是發(fā)明人給出的具體實(shí)施例。
[0084]實(shí)施例1:
[0085]一、制備試樣
[0086]土樣:
[0087]選用一種非分散性土,制樣含水率18.6%,制樣密度1.70g/cm3。
[0088]儀器及輔助設(shè)備與材料:
[0089]I)制樣模具:制樣模具包括固定底座A、壓板B、成樣器C、固定螺絲D四部分；
[0090]2)活口扳手:1把
[0091]3)刷子:小型號油漆刷
[0092]4)凡士林:普通白色凡士林
[0093]5)千斤頂、反力框架:起重量8T
[0094]6)天平:精度值0.0lg
[0095]操作方式:
[0096]I)按試驗(yàn)要求選擇試樣，試樣的長度IOcm,即選取I個長度為6cm的基礎(chǔ)段和4個長度為Icm自由段。將成樣器底座部分按選定的試樣長度組裝，放入底槽內(nèi)，四周放入壓板定位，用扳手將四周螺絲擰緊(保證螺絲要對稱平行擰緊)，壓緊各部分之間的縫隙；
[0097]2)用刷子清除槽內(nèi)雜物(雜土等)，并在槽子內(nèi)部四周涂抹適量凡士林，可避免試樣與儀器粘結(jié)，同時也減少了試樣含水率的變化；
[0098]3)根據(jù)控制條件(壓實(shí)度、含水率等)稱取一定質(zhì)量的土，放入組裝好的底槽內(nèi)，均勻鋪平，并輕微壓實(shí)；
[0099]4)將頂蓋放入底槽相應(yīng)的位置，頂蓋上部放置和選定試樣同樣長度的頂部壓板；
[0100]5)用千斤頂和反力框架緩慢施加荷載，將頂蓋壓入底槽內(nèi)，至壓板與底槽頂面緊密結(jié)合為止，保持壓緊狀態(tài)，靜置2?3min ；
[0101]6)卸載，擰松四周螺絲，將試樣取出。
[0102]二、拉伸
[0103]儀器設(shè)備:
[0104]I)單軸拉伸儀:采用三速電剪儀，具有退/停/進(jìn)的功能。
[0105]2)直尺規(guī)格:20cm,最小刻度mm
[0106]3)鋁盒:4 個[0107]4)削土刀:1 把
[0108]5)天平:精度值0.0lg
[0109]6)推拉力計(jì):本試驗(yàn)采用Sandoo品牌的數(shù)顯式推拉力計(jì)，配帶測試軟件、數(shù)據(jù)線。
[0110]7)百分表
[0111]8)計(jì)算機(jī):帶有串行接口的計(jì)算機(jī)I臺
[0112]操作方式:
[0113]I)打開數(shù)顯式推拉力計(jì)7，通過數(shù)據(jù)線8與計(jì)算機(jī)9連接，啟動測試軟件；
[0114]2)把試樣3放入夾具4內(nèi)，四角上用螺絲2固定牢固，將夾具4 一端活動掛鉤5與數(shù)顯式推拉力計(jì)7連接，另一端與三速電剪儀連接，調(diào)整夾具4位置，使其位于軌道中心軸線上，即與拉伸軸線重合；
[0115]3)用手轉(zhuǎn)動三速電剪儀的動力轉(zhuǎn)輪，使中間部分拉緊，數(shù)顯式推拉力計(jì)7剛顯示數(shù)據(jù)為宜，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速檔位位于0.8mm/min，調(diào)整百分表6示數(shù)歸零；
[0116]4)開啟拉伸動力系統(tǒng)電源，開始拉伸。拉伸時注意觀察數(shù)顯式推拉力計(jì)7的示數(shù)，當(dāng)示數(shù)突然變小時，切斷電源停止拉伸，記錄百分表6的讀數(shù)，即為最大拉力所對應(yīng)的位移；
[0117]5)保存計(jì)算機(jī)的測量數(shù)據(jù)，記錄最大拉力，取下試樣3，用直尺測量斷面距有效長度端部的距離；
[0118]6)用削土刀取適量斷面處的土，測定其含水率；
[0119]7)根據(jù)下式計(jì)算試樣斷面應(yīng)力和應(yīng)變:
[0120]試樣斷面應(yīng)力:σ =Fn/S
[0121]試樣斷面應(yīng)變:ε = Λ L/Lq
[0122]式中:
[0123]σ:斷面處的最大拉應(yīng)力，即單軸抗拉強(qiáng)度；
[0124]ε:與最大拉應(yīng)力相對應(yīng)的應(yīng)變；
[0125]Fn:最大拉力，試樣斷裂時的拉力；
[0126]S:試樣的斷面面積；
[0127]Δ L:與最大拉力對應(yīng)的位移；
[0128]L0:試樣的有效長度(直徑為4cm的試樣的長度)。
[0129]8)計(jì)算結(jié)果:
[0130]σ =48.2 + 12.56=3.838N/cm2=38.38kPa
[0131]ε =0.46 + 10 + 10Χ100%=0.46%
[0132]實(shí)施例2:
[0133]一、制備試樣
[0134]土樣:
[0135]選用一種分散性土,制樣含水率18.6%,制樣密度1.70g/cm3。
[0136]儀器及輔助設(shè)備與材料:
[0137]I)制樣模具:制樣模具包括固定底座A、壓板B、成樣器C、固定螺絲D四部分；
[0138]2)活口扳手:1把
[0139]3)刷子:小型號油漆刷[0140]4)凡士林:普通白色凡士林
[0141]5)千斤頂、反力框架:起重量8T
[0142]6)天平:精度值0.0lg
[0143]操作方式:
[0144]I)按試驗(yàn)要求選擇試樣長度8cm，即選取I個長度為6cm的基礎(chǔ)段和2個長度為Icm自由段。將成樣器底座部分按選定的試樣長度組裝，放入底槽內(nèi)，四周放入壓板定位，用扳手將四周螺絲擰緊(保證螺絲要對稱平行擰緊)，壓緊各部分之間的縫隙；
[0145]2)用刷子清除槽內(nèi)雜物(雜土等)，并在槽子內(nèi)部四周涂抹適量凡士林，可避免試樣與儀器粘結(jié)，同時也減少了試樣含水率的變化；
[0146]3)根據(jù)控制條件(壓實(shí)度、含水率等)稱取一定質(zhì)量的土，放入組裝好的底槽內(nèi)，均勻鋪平，并輕微壓實(shí)；
[0147]4)將頂蓋放入底槽相應(yīng)的位置，頂蓋上部放置和選定試樣同樣長度的頂部壓板；
[0148]5)用千斤頂和反力框架緩慢施加荷載，將頂蓋壓入底槽內(nèi)，至壓板與底槽頂面緊密結(jié)合為止，保持壓緊狀態(tài)，靜置2?3min ；
[0149]6)卸載，擰松四周螺絲，將試樣取出。
[0150]二、拉伸
[0151]儀器設(shè)備:
[0152]I)單軸拉伸儀:采用三速電剪儀，具有退/停/進(jìn)的功能。
[0153]2)直尺:20cm,最小刻度mm
[0154]3)鋁盒:4 個
[0155]4)削土刀:1 把
[0156]5)天平:精度值0.0lg
[0157]6)推拉力計(jì):本試驗(yàn)采用Sandoo品牌數(shù)顯式推拉力計(jì)，配帶測試軟件、數(shù)據(jù)線
[0158]7)百分表
[0159]8)計(jì)算機(jī):帶有串行接口的計(jì)算機(jī)I臺
[0160]操作方式:
[0161]I)打開數(shù)顯式推拉力計(jì)7，通過數(shù)據(jù)線8與計(jì)算機(jī)9連接，啟動測試軟件；
[0162]2)把試樣3放入夾具4內(nèi)，四角上用螺絲2固定牢固，將夾具4 一端活動掛鉤5與數(shù)顯式推拉力計(jì)7連接，另一端與三速電剪儀連接，調(diào)整夾具4位置，使其位于軌道中心軸線上，即與拉伸軸線重合；
[0163]3)用手轉(zhuǎn)動三速電剪儀的動力轉(zhuǎn)輪，使中間部分拉緊，數(shù)顯式推拉力計(jì)7剛顯示數(shù)據(jù)為宜，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速檔位位于0.8mm/min，調(diào)整百分表6示數(shù)歸零；
[0164]4)開啟拉伸動力系統(tǒng)電源，開始拉伸。拉伸時注意觀察數(shù)顯式推拉力計(jì)7的示數(shù)，當(dāng)示數(shù)突然變小時，切斷電源停止拉伸，記錄百分表6的讀數(shù)，即為最大拉力所對應(yīng)的位移；
[0165]5)保存計(jì)算機(jī)的測量數(shù)據(jù)，記錄最大拉力，取下試樣3，用直尺測量斷面距有效長度端部的距離；
[0166]6)用削土刀取適量斷面處的土，測定其含水率；
[0167]7)根據(jù)下式計(jì)算試樣斷面應(yīng)力和應(yīng)變:[0168]試樣斷面應(yīng)力:σ =Fn/S
[0169]試樣斷面應(yīng)變..ε = Δ L/L0
[0170]式中:
[0171]σ:斷面處的最大拉應(yīng)力，即單軸抗拉強(qiáng)度；
[0172]ε:與最大拉應(yīng)力相對應(yīng)的應(yīng)變；
[0173]Fn:最大拉力，試樣斷裂時的拉力；
[0174]S:試樣的斷面面積；
[0175]Δ L:與最大拉力對應(yīng)的位移；
[0176]L0:試樣的有效長度(直徑為4cm的試樣的長度)。
[0177]8)計(jì)算結(jié)果:
[0178]σ =46.3 + 12.56=3.686N/cm2=36.86kPa
[0179]ε =0.90 + 10 + 8Χ100%=1.13%
【權(quán)利要求】
1.一種測定土體單軸抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)方法，其特征在于，該方法采用試樣制備系統(tǒng)、拉伸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成試驗(yàn)設(shè)備，其中: 試樣制備系統(tǒng)包括:固定底座、壓板、成樣器和固定螺絲； 拉伸系統(tǒng)包括:三速電剪儀和試樣夾具； 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括:數(shù)顯式推拉力計(jì)、百分表和計(jì)算機(jī)； 具體操作步驟如下: 步驟一，按試驗(yàn)要求組裝成樣器，采用一次靜壓成型技術(shù)制樣，試樣呈啞鈴狀； 步驟二，將試樣放入試樣夾具內(nèi)，夾具一端通過活動掛鉤與三速電剪儀的動力轉(zhuǎn)輪拉桿連接，另一端與數(shù)顯式推拉力計(jì)連接；數(shù)顯式推拉力計(jì)與計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)線連接； 步驟三，調(diào)節(jié)好三速電剪儀的拉伸速率，調(diào)整百分表示數(shù)歸零，打開計(jì)算機(jī)中安裝的測試軟件； 步驟四，開啟拉伸動力系統(tǒng)電源，開始拉伸。觀察數(shù)顯式推拉力計(jì)示數(shù)，當(dāng)示數(shù)突然變小時，切斷電源停止拉伸，記錄百分表讀數(shù)，即為最大拉力所對應(yīng)的位移； 步驟五，保存計(jì)算機(jī)的測試數(shù)據(jù)，記錄最大拉力，取下試樣，用直尺測量斷面距有效長度端部的距離； 步驟六，用削土刀取適量斷面處的土，測定其含水率； 步驟七，根據(jù)下式計(jì)算試樣斷面應(yīng)力、應(yīng)變: 試樣斷面應(yīng)力:σ =Fn/S 試樣斷面應(yīng)變:ε = Λ L/L0 式中: σ:斷面處的最大拉應(yīng)力，即單軸抗拉強(qiáng)度； ε:與最大拉應(yīng)力相對應(yīng)的應(yīng)變； Fn:最大拉力,試樣斷裂時的拉力； 5:試樣的斷面面積； Δ L:與最大拉力對應(yīng)的位移； L0:試樣的有效長度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述一次靜壓成型技術(shù)制樣的方法是: 1)按試驗(yàn)要求選擇試樣長度，將成樣器底座部分按選定的試樣長度組裝，放入底槽內(nèi)，四周放入壓板定位，用扳手將四周螺絲擰緊，壓緊各部分之間的縫隙； 2)用刷子清除槽內(nèi)雜物，并在槽子內(nèi)部四周涂抹適量凡士林，可避免試樣與儀器粘結(jié)，同時也減少了試樣含水率的變化； 3)根據(jù)控制條件即壓實(shí)度、含水率，稱取一定質(zhì)量的土，放入組裝好的底槽內(nèi)，均勻鋪平，并輕微壓實(shí)； 4)將頂蓋放入底槽相應(yīng)的位置，頂蓋上部放置和選定試樣同樣長度的頂部壓板； 5)用千斤頂和反力框架緩慢施加荷載，將頂蓋壓入底槽內(nèi)，至壓板與底槽頂面緊密結(jié)合為止，保持壓緊狀態(tài)，靜置2?3min ； 6)卸載，擰松四周螺絲，將試樣取出。
【文檔編號】G01N3/16GK103674723SQ201310651702
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】樊恒輝, 路立娜, 賀智強(qiáng), 陳華, 王中妮, 聶勇, 朱崇輝 申請人:西北農(nóng)林科技大學(xué)