专利名称：单根纤维加筋土拉拔试验仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种单根纤维加筋土拉拔试验仪。
背景技术：
纤维加筋土(fiber reinforced soil)是近些年发展起来的一种新型加筋技术，是指按一定比例将很细的纤维丝与土体充分拌合均匀，从而形成一种土工复合材料，起到改良土体工程性质的目的。由于纤维在土中均匀分布以及与土体充分接触，故纤维加筋土不完全等同于一般的加筋土，具有一些自身特有的工程性质。例如，成层分布于土中的筋条和土工织物只能控制土体的侧向变形，而均勻分散在土中的 纤维则可同时控制土体的侧向和竖向的变形。纤维作为加筋材料与传统材料相比具有以下特点纤维加入简单，容易与土体拌和均匀，不会像土工布、土工条带、土工格栅等那样，在土体中形成潜在的软弱结构面。此夕卜，同水泥、石灰、粉煤灰等无机结合料相比，纤维与土体的作用属于物理过程，对土体的基本化学性质和物理结构无明显改变，不影响土壤生态环境。国内外许多研究表明在土体中加入纤维能够有效提高土样的压缩强度、剪切强度、抗拉能力和承载力，增加土样破坏时的应变，减少峰值强度损失，使土样呈现较高的韧性等。因此，近些年来纤维加筋土逐渐受到研究人员和工程界的重视，并在一些堤坝工程、道路工程、垃圾卫生填埋场的衬垫层以及挡土墙中得到广泛应用。同传统的加筋材料(土工布、土工条带、土工格栅等土工织物)一样，纤维的加筋效果也主要取决于纤维-土界面之间的作用力大小。定量获得纤维-土界面之间的作用力大小对研究纤维加筋土的力学机理有重要意义。测试筋-土界面作用力最直接最有效的方法是拉拔试验，即对埋于土体中的加筋材料施加一定的拉应力，通过分析拉力-位移曲线对筋-土界面作用进行评价。在传统加筋材料领域，国内外学者开发了许多拉拔试验方法和装置，极大提升了传统加筋土的理论研究水平，促进了传统加筋材料在岩土工程中的推广应用。但对于纤维加筋材料而言，目前国内外还未见有相应的拉拔试验仪能直接测试纤维-土界面作用力。主要是因为以下技术难点(1)纤维的直径非常�。话阈∮贠. 1_，单根纤维与土的界面作用力也非常�。车睦Υ衅骶任薹阋螅�(2)纤维在土体中随机分散，且纤维易被拉断，很难制备理想的拉拔试件。
发明内容
本发明目的是提供一种单根纤维加筋土拉拔试验仪，可用于定量研究纤维加筋土中纤维与土体之间的界面作用力，具有操作简便、性能稳定、测量方便、结果可靠、适应范围广等特点。本发明的技术方案是本发明包括安装在底座箱内的无级变速电机，底座箱前侧安装有控制面板，作用是控制无级变速电机的电源和加载速率。所述无级变速电机的动力输出端与一刚性传动轴的下端相连，所述刚性传动轴的上端与可升降平台的底部相连，电子天平安装在可升降平台上，可随升降平台上下移动，所述电子天平的量程为200g，精度为O. Olg，且带有数据采集接口。砝码置于电子天平上，并与单根纤维加筋土试件的纤维的下端连接，砝码重50-100g，其作用是当电子天平随可升降平台向下运动时对纤维施加拉应力。所述单根纤维加筋土试件置于横梁中央，纤维一端通过横梁上的第一贯穿小孔与砝码相连，另一端通过外罩顶部的第二贯穿小孔穿出，外罩的作用是减少试验过程中单根纤维加筋土试件的水分蒸发损失。位移传感器安装在刚性立柱上，其作用是监测试验过程中可升降平台的位移。电子天平和位移传感器通过数据线与数据采集器相连。优选的，所述单根纤维加筋土试件是通过方形压样模具和对应方形压样活塞进行制备的，压样模具中间有方形活塞孔贯穿整个模具，方形活塞孔的尺寸与压样活塞的尺寸相匹配，压样模具下端对称两侧开有一条贯通小缝，小缝的宽度在O. 05-0. Imm之间。所述压样活塞的上部一侧设有毫米刻度线，其作用是控制压样高度。优选的，所述单根纤维加筋土试件呈方形，纤维水平贯穿单根纤维加筋土试件的中心。本发明的优点是
I.本发明采用无级变速电机实现应变控制式加载，可获得完整的单根纤维拉拔曲线(拉力-位移曲线)。2.本发明采用电子天平能感应微小拉力变化，如精度为O. Olg的电子天平而言，对应拉力精度为10_4n，能极大提高试验精度，满足单根纤维加筋土拉拔试验要求。3.本发明中的单根纤维加筋土试件通过专用装置制备，试件质量统一，试验可重复性好。4.本发明涉及的仪器装置结构简单，操作简便，成本低，数据可靠。
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述
图I为单根纤维加筋土拉拔试验仪示意 图2为压样模具示意 图3为压样活塞示意 图4为单根纤维加筋土试件示意 图5为典型单根纤维加筋土拉拔试验拉力-位移曲线。其中1、底座箱，2、无级变速电机，3、控制面板，4、刚性立柱，5、刚性传动轴，6、可升降平台，7、电子天平，8、砝码，9、位移传感器，10、纤维，11、横梁，12、第一贯穿小孔，13、单根纤维加筋土试件，14、外罩，15、第二贯穿小孔，16、数据采集器，17、压样模具，18、方形活塞孔，19、小缝，20、压样活塞，21、毫米刻度线。
具体实施例方式实施例如图I所示，本发明包括安装在底座箱I内的无级变速电机2，底座箱I前侧安装有控制面板3，作用是控制无级变速电机2的电源和加载速率。所述无级变速电机2的动力输出端与一刚性传动轴5的下端相连，所述刚性传动轴5的上端与可升降平台6的底部相连，电子天平7安装在可升降平台6上，可随升降平台6上下移动，所述电子天平7的量程为200g，精度为O. Olg,且带有数据采集接口。砝码8置于电子天平7上，并与单根纤维加筋土试件13的纤维10的下端连接，砝码8重50-100g，其作用是当电子天平7随可升降平台6向下运动时对纤维10施加拉应力。所述单根纤维加筋土试件13置于横梁11中央，纤维10 —端通过横梁11上的第一贯穿小孔12与砝码8相连，另一端通过外罩14顶部的第二贯穿小孔15穿出，外罩14的作用是减少试验过程中单根纤维加筋土试件13的水分蒸发损失。位移传感器9安装在刚性立柱4上，其作用是监测试验过程中可升降平台6的位移。电子天平7和位移传感器9通过数据线与数据采集器16相连。如图2图3所示，所述单根纤维加筋土试件13是通过方形压样模具17和对应方形压样活塞20进行制备的，压样模具17中间有方形活塞孔18贯穿整个模具17，方形活塞孔18的尺寸与压样活塞20的尺寸相匹配，压样模具17下端对称两侧开有一条贯通小缝19，小缝19的宽度在O. 05-0. Imm之间。所述压样活塞20的上部一侧设有毫米刻度线21，其作用是控制压样高度。如图4所示，通过压样模具17和压样活塞20制备的单根纤维加筋土试件13呈方·形，纤维10水平贯穿单根纤维加筋土试件13的中心。本发明的工作原理如下
无级变速电机2通过刚性传动轴5以恒定的位移速率带动可升降平台6上的电子天平7向下运动，在此过程中，砝码8在重力作用下对纤维10施加拉力，拉力的大小通过电子天平7的示数进行反映，位移通过位移传感器9进行测量，并通过连接的数据采集器16进行米集保存。本发明进行单根纤维拉拔试验的步骤为
(1)先称预制备试件一半的土重倒入压样模具17的活塞孔18中，轻轻抚平压样模具17中土样的上表面；
(2)将一根纤维10从压样模具17两侧的贯通小缝19中穿过，水平置于土样的上表面，在纤维10两端施加微小拉力拉直纤维10，再将预制备试件的另一半土样倒入压样模具17中；
(3)将压样活塞20置于压样模具17的活塞孔18中，在千斤顶上压实，通过压样活塞20侧面的毫米刻度线21控制压样高度；
(4)将压制成的单根纤维加筋土试件13从压样模具17中推出，置于横梁11上，盖上外罩14，并将单根纤维加筋土试件13 —端的纤维10穿过横梁11中央的第一贯穿小孔12，同砝码8相连，纤维10的另一端穿过外罩14顶部的第二贯穿小孔15 ；
(5)通过控制面版3控制无级变速电机2的位移速率，接通电源，使电子天平7随可升降平台6 —起向下做匀速直线运动，并通过数据采集器16实时采集保存电子天平7的示数变化和位移传感器9的位移变化，直到电子天平7的示数在Imin内波动范围均不超过O. 5g时，便可以结束试验；
(6)移除已拉拔结束的单根纤维加筋土试件13，仿照步骤(I)、(2)、(3)、(4)和(5)对新的单根纤维加筋土试件13进行单根纤维拉拔试验，直至完成所有试件的测试工作。图5为采用本发明按上述步骤测得的单根聚丙烯纤维加筋土试件的典型拉拔曲线(拉力-位移)。所用聚丙烯纤维的长度为10mm，直径为O. 048mm，所用的土样为南京地区的粉质黏土。试件尺寸为5X5X5mm，含水率均为16. 5%，对应干密度分别为I. 5,1. 6和I.7g/cm3。从图中可以看出，在初始阶段，拉力-位移关系近似直线变化，即随着拉伸位移的增大纤维所承受的拉力呈线性增加，当拉力达到峰值后，纤维-土接触面开始松动滑移，拉力骤减。随着拉伸位移的进一步增加，曲线逐渐水平，纤维所承受的拉力趋于定值，说明纤维在土体中滑动，界面作用力以滑动摩擦力为主。从图中还可以看出，试件的干密度越大，对应的拉力峰值和残余拉力也越大。可见，采用本发明的拉拔试验仪能进行单根纤维拉拔试验，能取得非常理想的试验结果，为定量分析纤维-土界面相互作用力提供了有效的途径。本发明具有操作简单、方便、结果精度高、成本低廉等优点。当然上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术 的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种单根纤维加筋土拉拔试验仪，其特征在于它包括安装在底座箱(I)内的电机(2 )，底座箱(I)前侧安装有控制面板(3 )，所述电机(2 )的动力输出端与一刚性传动轴(5 )的下端相连，所述刚性传动轴(5)的上端与可升降平台(6)的底部相连，电子天平(7)安装在可升降平台(6)上，可随升降平台(6)上下移动，砝码(8)置于电子天平(7)上，并与单根纤维加筋土试件(13)的纤维(10)的下端连接，所述单根纤维加筋土试件(13)置于横梁(11)中央，纤维(10)—端通过横梁(11)上的第一贯穿小孔(12)与砝码(8)相连，另一端通过外罩(14)顶部的第二贯穿小孔(15)穿出，位移传感器(9)安装在刚性立柱(4)上，电子天平(7 )和位移传感器(9 )通过数据线与数据采集器(16 )相连。
2.根据权利要求I所述的单根纤维加筋土拉拔试验仪，其特征在于所述单根纤维加筋土试件(13)是通过方形压样模具(17)和对应方形压样活塞(20 )进行制备的，压样模具(17)中间有方形活塞孔(18)，方形活塞孔(18)的尺寸与压样活塞(20)的尺寸相匹配，压样模具(17)下端对称两侧开有一条贯通小缝(19)，所述压样活塞(20)的上部一侧设有毫米刻度线(21)。
3.根据权利要求I所述的单根纤维加筋土拉拔试验仪，其特征在于所述单根纤维加筋土试件(13)呈方形，纤维(10)水平贯穿单根纤维加筋土试件(13)的中心。
4.根据权利要求I所述的单根纤维加筋土拉拔试验仪，其特征在于所述电机(2)为无级变速电机或多级变速电机。
全文摘要
本发明公开了一种单根纤维加筋土拉拔试验仪，它包括安装在底座箱内的无级变速电机，所述无级变速电机的动力输出端与一刚性传动轴的下端相连，所述刚性传动轴的上端与可升降平台的底部相连，电子天平安装在可升降平台上，可随升降平台上下移动，砝码置于电子天平上，并与单根纤维加筋土试件的纤维的下端连接，所述单根纤维加筋土试件置于横梁中央，纤维一端通过横梁上的第一贯穿小孔与砝码相连，另一端通过外罩顶部的第二贯穿小孔穿出；本发明采用无级变速电机实现应变控制式加载，可获得完整的单根纤维拉拔曲线；本发明采用电子天平能感应微小拉力变化，能极大提高试验精度。
文档编号G01N3/08GK102901670SQ20121030141
公开日2013年1月30日 申请日期2012年8月23日 优先权日2012年8月23日
发明者唐朝生, 施斌 申请人:苏州南智传感科技有限公司
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