[发明专利]一种土工合成材料直拉/拉拔试验仪及试验方法

说明书

本发明公开一种土工合成材料直拉/拉拔试验仪包括由水平板以及支撑腿构成的工作台，还包括设置于工作台上的驱动装置、拉拔装置、位移测量装置、拉力测量装置以及数据采集器；本发明还公开了利用直拉/拉拔试验仪对土工合成材料进行拉拔试验的试验方法。本发明设计的卧式直拉/拉拔试验仪及其配套的制样模具和制样方法，试验发现设计的仪器和模具科学高效，一机两用，可以很好地实现素土、水泥土和纤维加筋水泥土试样的直接拉伸试验和拉拔试验。

技术领域

本发明属于测量仪器领域，具体涉及一种土工合成材料直拉/拉拔试验仪及试验方法。

背景技术

国内针对纤维加筋素土和纤维加筋固化土开展相关研究的机构和人员很多，但能保持连贯且成系统的机构和团队主要有二个，分别是：南京大学唐朝生团队和清华大学李广信团队，此外长江科学院包承纲团队针对加筋土(不限于纤维加筋土，还包括土工合成材料加筋土)结构中筋土界面等力学机理进行了较多分析，因此下面将分为三部分来进行总结，分别是南京大学唐朝生团队研究成果、清华大学李广信团队以及其余国内研究成果。

(1)南京大学唐朝生团队研究成果

唐朝生团队对于纤维加筋土和纤维加筋固化土的研究最早可追溯至2005年，最新公开发表的论文为2016年，其间开展了大量的试验研究，也取得了许多非常有意义的成果。蔡奕等(2005)对不同改性填筑土的12组土样进行了一系列无侧限抗压和剪切试验，发现当团聚体平均粒径小于3.5mm时，素土、纤维土和石灰土粘聚力随粒径增大而减小，内摩擦角随粒径增大而增大，当团聚体粒径平均粒径大于3.5mm时，随粒径增大，纤维土的粘聚力和内摩擦角则变化不大。蔡奕等(2006)通过无侧限抗压强度试验、剪切试验、收缩试验和膨胀率试验对纤维加筋石灰土工程特性进行了研究，发现纤维有效减小了石灰土的膨胀性，改善了石灰土脆性破坏模式。唐朝生等(2007)研究了在纤维加筋黏土中添加一定量的砂对加筋土强度的影响，结果表明当砂掺量为干土重的4％时，纤维加筋土强度最高，过多的砂则会使土体强度降低，而在掺入纤维时通过添加适量砂可提高纤维的混合均匀性。

唐朝生等(2009)通过自制的立式拉拔试验仪对素土中单根聚丙烯纤维进行了拉拔试验，设置土体含水率和干密度为变量，分析了含水率和干密度对纤维与土体间界面作用力的影响，并在一系列假设的基础上推导了纤维的临界加筋长度。Jiang等(2010)通过UCS试验研究了不同纤维掺量、长度以及土粒粒径对纤维加筋强度的影响，结果发现0.3％干土重的掺量，15mm长度规格的聚丙烯纤维加筋效果最好，土粒粒径则是处于3.5～7.5mm间时，加筋土强度最高。唐朝生和顾凯(2010)将聚丙烯纤维和水泥共同掺入软土中对其进行固化，研究了软土初始含水量、纤维掺量和纤维长度对加筋固化土强度的影响，结果表明最优含水量为55％，最右纤维长度为12mm。唐朝生等(2011)通过扫描电镜试验分别对纤维在素土、水泥土和石灰土中的形态及其加筋机理进行了对比分析，结果发现在纤维加筋素土中筋/土界面作用力主要来自纤维表面与土颗粒间相互作用，纤维加筋水泥土中界面作用以粘结力为主，纤维加筋石灰土中界面作用以摩擦力为主。

(2)清华大学李广信团队研究成果

该团队的成果主要集中于李广信和介玉新对纤维加筋土的理论计算方面上，李广信等(1994)提出在加筋土体中，将筋材的作用当成一个附加的压应力作用在加筋土的土骨架上，无需建立或引进任何新的本构模型，即可对加筋土体进行应力变形计算。李广信等(1995)将纤维加入粘性土作为加筋材料，测试了加筋土的抗剪强度、拉伸强度、断裂韧度等，结果表明纤维增强了土体的自愈能力。张小江等研究了聚丙烯纤维增强粘性土抵抗静动载作用下土体发生张拉裂缝的能力，结果表明纤维加筋土是一种比较理想的土坝防渗抗震填料。

(3)其余国内研究成果