[发明专利]一种粘性土单向直接拉伸试验的操作方法及其专用设备

说明书

技术领域

本发明公开了一种土木工程和地质工程中的土体力学特性的试验方法，具体涉及一种可以测试粘性土单向拉伸特性的试验操作方法及其专用设备。

背景技术

抗拉强度及其拉伸条件下的应力应变关系是土体基本力学特性之一。由于土体抗拉强度较之抗压强度和抗剪强度要低得多，且抗拉强度的测试较困难，在许多实际问题中常常被忽略。迄今为止，关于土体拉伸特性测试的仪器和试验方法都无标准可依。然而，粘性土实际上能够承受一定的拉力，实际工程中许多问题也与土体抗拉强度有关，如土坡滑动时坡顶产生的拉裂缝、土石坝心墙水力劈裂、地下水开采引起的地裂缝等。随着社会经济发展以及科学研究的深入，对土体拉伸特性的研究逐步得到重视，并成为土木工程和地质工程领域的重要研究课题。

要研究土体的拉伸特性，不仅需要一个合适的试验仪器，还需要相关的试验操作方法。由于土体抗拉强度较小，试验操作中多种因素对试验结果会具有明显的影响，如土样表面水分的少量蒸发、加载速率、土样两端与试验仪器的联结等。因此，要获得可靠的土体拉伸特性，土体直接拉伸试验的操作方法至关重要。根据国内外相关文献检索，目前在进行测试土体拉伸特性的试验中，不论是直接拉伸，还是间接拉伸，对拉伸试验的加载速率、制样方法、环境影响等很少考虑，导致试验结果离散，极大地制约了土体拉伸特性研究的发展，这也是迄今为止土体拉伸特性研究成果较少的一个重要原因。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种采用应变控制式单轴拉伸仪直接量测粘性土拉伸特性的试验操作方法。

本发明另一目的，还提供了上述操作方法的专用设备。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的一种粘性土单向直接拉伸试验的操作方法的专用制样装置，所述制样装置包括：立柱、压土器、垫块、上升台、千斤顶、摇杆以及与立柱相连的底座；所述千斤顶设在底座上，上升台与千斤顶相连，所述垫块设在两瓣模与上升台之间，所述压土器一端可插入两瓣模内。

进一步地，所述压土器由三组不同的圆柱体组成，呈“工”字形，且从下到上三部分不同直径圆柱体的高度分别为4、5、1.5cm。这样设计的压土器与高度15cm的两瓣模配合使用，可保证制成土样的高度为8cm。同时，采用不同的横截面积，一方面可节约制作压土器的材料、减小压土器的自重，更重要的是，当压土器在两瓣模内向下压制土样时，可减小压土器与两瓣模侧壁的接触面积，从而减小与两瓣模侧壁的摩阻力。

本发明提供的制样装置能够制备出粘性土单向直接拉伸试验的操作方法所需要的土样，压土器是可以单独拿下来的，制土样时，先将压土器直径较小的一端放在两瓣模内，然后使千斤顶上的工作台上升，随后压土器直径较大的上端与立柱顶部相接触，使两瓣模中的土样压密，这样制成的试样均匀、整体性好，试样中不存在软弱面。

一种粘性土单向直接拉伸试验的操作方法的专用单轴拉伸仪装置，包括三轴仪、拉伸系统和应力量测系统，所述三轴仪包括工作台、调速杆和手轮；拉伸系统包括可升降的底座、试样帽和连杆，试样两端分别与底座和试样帽联接；量测系统包括力传感器和数显仪，数显仪上设有数字显示窗，力传感器的下端端板与试样帽连接，传感器测量试样承受的拉力并通过数显仪进行显示；连杆一端安装在三轴仪横梁上，连杆另一端与传感器的上端连接，所述工作台与横杆之间设置有千分表。

进一步地，所述横杆上设有对连杆起导向作用的竖直导轨。

本发明提供的单轴拉伸仪装置采用应变控制方式对土样施加拉力，用力传感器量测土样承受的拉力精度达到0.01N，用千分表量测土样的拉伸变形量精度可达到0.0001mm，同时可以校正土样的拉伸速率，从而提高了土样拉伸应力应变的量测精度。

一种粘性土单向直接拉伸试验的操作方法，所述具体操作步骤为：

a、制备圆柱形试验土样；

b、试样安装；

c、拉伸土样，测量土样的应力和应变：向下启动单轴拉伸仪装置的按钮，使应变控制式单轴拉伸仪的底座以0.012mm/min的速率下降，对土样施加拉力；分别运用力传感器和千分表量测土样承受的力和土样的变形量，再通过换算得到土样承受的应力和相应的应变，土样承受的力通过数字显示仪显示，每30秒对数字显示仪和千分表进行一次读数，直至试样拉断、破坏；