本发明专利技术公开了一种用于测试土体单轴拉伸特性的试验装置，其特征在于，包括以下组成部分：用于为整个装置提供动力的、由步进电机与直流电机组成的动力装置；用于调节电机工作情况的控制器；用于将电机高速转动力矩转换为低速水平拉力的传动转换装置；用于为试样提供均匀、稳定拉应力的拉伸装置；用于采集试验数据的数据采集装置；用于固定数据采集装置的固定挡板。本发明专利技术研制了一个能够制取不同长度拉伸段试样的制样模具和一套适用于该组试验装置的试验方法。本装置结构紧凑、简单，易于实现，在为建设工程的设计提供指导作用的同时，也能作为专业学科的教学与科研实验设备之用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩土工程中的一种测试手段，具体涉及一种用于测试土体单轴拉伸特 性的试验方法及装置。
技术介绍
土体强度主要取决于土颗粒间的作用力，土颗粒间的作用力不仅能表现有抗压、 抗剪强度，还能够表现在抗拉强度方面。但是，在实际的岩土工程设计与建设中，人们往往 只考虑土体的抗压与抗剪强度，而忽略其抗拉强度或者视其为零，主要原因是土体的抗拉 强度相对于其抗压与抗剪强度而言较小。然而，土体的抗拉强度是确实存在的，尤其对于粘 性土、黄土、冻土等土体而言，其抗拉强度更是不能忽视的。 目前常用的拉伸试验包括直接拉伸与间接拉伸两大类，其中间接拉伸由于本身存 在一定的假设条件以及较多的影响因素，限制了其在土体拉伸试验中的广泛应用，所以目 前对土体拉伸特性的测试方法主要集中在直接拉伸方面。直接拉伸包括单轴拉伸与三轴拉 伸，其中单轴拉伸也是水利部规定的用于测试土体抗拉强度的试验方法。但是常规的单轴 拉伸试验方法在使用过程中也暴露出了一些问题，如加载端的应力松弛、集中与偏心力，夕卜 力因素(重力、摩擦力）以及不同拉伸段长度等因素的影响都会在一定程度上影响试验结果 的准确性，所以目前国内并没有一套统一用于测试土体拉伸特性的试验方法及装置。因此， 如果能在单轴拉伸试验装置的基础上，研制一套更加准确、简单、直观、影响因素少的单轴 卧式拉伸试验装置，将有助于推动在土体拉伸特性方面更深层次的研究。
技术实现思路
本专利技术为了提高在土体拉伸特性方面的研究水平，提出一种能够较准确测试土体 单轴拉伸特性的试验方法及装置。 本专利技术通过以下技术方案实现： 一种用于测试土体单轴拉伸特性的试验装置，包括以下组成部分： 用于为整个装置提供动力的动力装置，所述动力装置包括步进电机与直流电机，所述 步进电机与直流电机并联连接； 用于调节电机工作情况的控制器； 用于将电机高速转动力矩转换为低速水平拉力的传动转换装置； 用于为试样提供均匀、稳定拉应力的拉伸装置，所述试样通过制样模具制得； 用于采集试验数据的数据采集装置； 用于固定数据采集装置的固定挡板； 其中，所述动力装置一端与控制器连接，动力装置另一端同时与传动转换装置和拉伸 装置连接；所述数据采集装置一端连接于拉伸装置上，数据采集装置另一端固定于固定挡 板上。 本专利技术所述步进电机的转速为10-200r/min，直流电机的转速为2800r/min。 本专利技术所述传动转换装置包括丝杆，丝杆一端与动力装置连接，丝杆另一端与拉 伸装置连接。 本专利技术所述拉伸装置包括轴向双导轨、滑动底板及夹具，夹具固定在滑动底板上， 滑动底板固定在轴向双导轨上。 本专利技术所述数据采集装置包括力传感器、位移传感器、应变仪及计算机，其中所述 力传感器一端安装在固定挡板上，另一端安装在滑动底板上；所述位移传感器安装在滑动 底板的外侧；所述力传感器、位移传感器通过应变仪与计算机连接。 本专利技术所述制样模具包括四开模与制样底板，四开模固定在制样底板上，四开模 由左右两个夹持段模具与设置在左右两个夹持段模具中间的上下两个拉伸段模具组成，拉 伸段模具与夹持段模具之间可拆卸式连接；其中，左边的夹持段模具为第一模具，右边的加 持段模具为第二模具，第一模具与第二模具沿四开模宽度方向的中心线对称设置，并且对 称开设球状缺口；第一模具固定于制样底板上，第二模具在制样底板上的安装位置，相对第 一模具的距离可调；上下两个拉伸段模具分别为第三模具、第四模具，第三模具、第四模具 沿四开模长度方向的中心线对称设置；第三模具与试样接触的面和第四模具与试样接触的 面与所述制样底板的边缘平行；所述第一模具、第二模具上的球状缺口与所述第三模具、第 四模具的下边缘相连，围合形成制样腔。 一种用于测试土体单轴拉伸特性的试验装置的拉伸方法，包括以下步骤： 第一步，确定试样尺寸及制样：根据试验方案，通过制样模具制取不同拉伸段长度的试 样； 第二步，拆模并装样：将第一步中的制样模具开模得到所需试样，并将试样固定于拉伸 装置上； 第三步，设定拉伸速率：通过控制器设定步进电机的转速以达到试验方案中要求的拉 伸速率； 第四步，检查并标定数据采集装置； 第五步，通过控制器启动步进电机，进行试验； 第六步，采集并分析数据采集装置所获取的试验数据。 第七步，暂停步进电机，观察试样是否破坏或者达到破坏标准，如果试样还未破坏，重 新启动步进电机直到试样发生破坏； 第八步，确定试验结束后，停止数据的采集与步进电机的工作，更换传送带利用直流电 机将滑动底板快速复位。 本专利技术所述方法第二步中，在固定试样时先将试样的两端置于夹具中，然后根据 试样长度调节夹具在滑动底板上的安装位置。 本专利技术所述方法第三步中，拉伸速率的范围为0. 005mm/min-0. lmm/min。 与现有技术相比，本专利技术具有如下技术效果： 本专利技术不仅给出了主要包括动力装置、传动转换装置、控制装置、拉伸装置及数据采集 装置的用于测试土体单轴拉伸特性的试验装置，还研制了一个能够制取不同长度拉伸段试 样的制样模具；结合制样模具的特点，本装置可以适用于不同长度试样的土体单轴拉伸试 验，结合所研制的试验装置，又拟定了一套适用于改组试验装置的试验方法。 本装置结构紧凑、简单，易于实现，在为建设工程的设计提供指导作用的同时，也 能作为专业学科的教学与科研实验设备之用。 【附图说明】 图1为制样模具平面图； 图2为本装置结构示意图； 图3为本专利技术试验方法流程图。 图中，1、四开模；2、制样底板；3、步进电机；4、直流电机；5、轴向双导轨；6、滑动底 板；7、夹具；8、丝杆；9、螺栓；10、力传感器；11、位移传感器；12、应变仪；13、计算机；14、固 定挡板；15、控制器；1-1、第一模具；1-2、第二模具；1-3、第三模具；1-4、第四模具。 【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术技术方案进行详细说明，但是本专利技术的保护范围不局限于 所述实施例。 如图1所示，本专利技术中所述的用于测试土体单轴拉伸特性的试验装置的制样模 具，制样模具包括四开模1与制样底板2,四开模1固定在制样底板2上，四开模1由左右两 个夹持段模具与设置在左右两个夹持段模具中间的上下两个拉伸段模具组成，拉伸段模具 与夹持段模具之间可拆卸式连接；其中，左边的夹持段模具为第一模具1-1，右边的加持段 模具为第二模具1-2,第一模具1-1与第二模具1-2沿四开模1宽度方向的中心线对称设 置，并且对称开设球状缺口；第一模具1-1固定于制样底板2上，第二模具1-2在制样底板 2上的安装位置，相对第一模具1-1的距离可调；上下两个拉伸段模具分别为第三模具1-3、 第四模具1-4,第三模具1-3、第四模具1-4沿四开模1长度方向的中心线对称设置；第三模 具1-3与试样接触的面和第四模具1-4与试样接触的面与所述制样底板2的边缘平行；所 述第一模具1-1、第二模具1-2上的球状缺口与所述第三模具1-3、第四模具1-4下边缘相 连，围合形成制样腔，。 如图2所示，本专利技术所述的用于测试土体单轴拉伸特性的试验装置包括以下组成 部分： 1)用于为整个装置提供动力的动力装置，包括步进电机3与直流本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于测试土体单轴拉伸特性的试验装置，其特征在于，包括以下组成部分： 用于为整个装置提供动力的动力装置，所述动力装置包括步进电机（3）与直流电机（4），所述步进电机（3）与直流电机（4）并联连接；用于调节电机工作情况的控制器（15）；用于将电机高速转动力矩转换为低速水平拉力的传动转换装置；用于为试样提供均匀、稳定拉应力的拉伸装置，所述试样通过制样模具制得；用于采集试验数据的数据采集装置；用于固定数据采集装置的固定挡板（14）；其中，所述动力装置一端与控制器（15）连接，动力装置另一端同时与传动转换装置和拉伸装置连接；所述数据采集装置一端连接于拉伸装置上，数据采集装置另一端固定于固定挡板（14）上。
【技术特征摘要】
1. 一种用于测试土体单轴拉伸特性的试验装置，其特征在于，包括以下组成部分： 用于为整个装置提供动力的动力装置，所述动力装置包括步进电机（3)与直流电机 (4)，所述步进电机（3)与直流电机（4)并联连接； 用于调节电机工作情况的控制器（15); 用于将电机高速转动力矩转换为低速水平拉力的传动转换装置； 用于为试样提供均匀、稳定拉应力的拉伸装置，所述试样通过制样模具制得； 用于采集试验数据的数据采集装置； 用于固定数据采集装置的固定挡板（14); 其中，所述动力装置一端与控制器（15)连接，动力装置另一端同时与传动转换装置和 拉伸装置连接；所述数据采集装置一端连接于拉伸装置上，数据采集装置另一端固定于固 定挡板（14)上。2. 根据权利要求1所述的一种用于测试土体单轴拉伸特性的试验装置，其特征在于， 所述步进电机（3)的转速为10-200r/min，直流电机（4)的转速为2800r/min。3. 根据权利要求1所述的一种用于测试土体单轴拉伸特性的试验装置，其特征在于， 所述传动转换装置包括丝杆（8)，丝杆（8)-端与动力装置连接，丝杆（8)另一端与拉伸装 置连接。4. 根据权利要求1所述的一种用于测试土体单轴拉伸特性的试验装置，其特征在于， 所述拉伸装置包括轴向双导轨（5 )、滑动底板（6 )及夹具（7 )，夹具（7 )固定在滑动底板（6 ) 上，滑动底板（6)固定在轴向双导轨（5)上。5. 根据权利要求1所述的一种用于测试土体单轴拉伸特性的试验装置，其特征在于， 所述数据采集装置包括力传感器（10)、位移传感器（11)、应变仪（12)及计算机（13)，其中 所述力传感器（10)-端安装在固定挡板（14)上，另一端安装在滑动底板（6)上；所述位移 传感器（11)安装在滑动底板（6 )的外侧；所述力传感器（10 )、位移传感器（11)通过应变仪 (12)与计算机（13)连接。6. 根据权利要求1所述的一种用于测试土体单轴拉伸特性的试验装置，其特征在于， 所述制样模具包括四开模（1)与制样底板（2)，四开模（1)固定在制样底板（2)上，四开 模（1)由左右两个夹持段模具与设置在左右两个夹持段模具中间的上下两个拉伸段模具 组成，拉伸段模...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔猛，徐奋强，刘鑫，洪宝宁，易进翔，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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