一种根土复合体轴向抗剪强度测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及植物力学测量技术领域，尤其涉及一种根土复合体轴向抗剪强度测量装置及方法。包括电子万能试验机、剪切刀具与土壤围压模拟装置；剪切刀具与电子万能试验机相连，土壤围压模拟装置位于剪切刀具下方；根土复合体放置在土壤围压模拟装置液压囊的内腔，土壤围压模拟装置在根土复合体周围提供与实际土压等值的围压；试验机带动剪切刀具对根土复合体实施轴向剪切，测量剪切力。本发明专利技术结构简单、操作方便，试验成功率高，实现在实际土壤围压环境下测量根土复合体轴向抗剪强度。

A Measuring Device and Method for Axial Shear Strength of Root-soil Complex

【技术实现步骤摘要】
一种根土复合体轴向抗剪强度测量装置及方法
本专利技术涉及植物力学测量
，尤其涉及一种根土复合体轴向抗剪强度测量装置及方法。
技术介绍
根土复合体抗剪强度是农业工程领域中植物根系挖掘和剪切科学研究及装置开发、土木工程领域中植物固土护坡研究的重要基础数据。所以，根土复合体抗剪强度的精确测量是极其重要和必要的。查阅文献和专利资料，目前有两种根土复合体抗剪强度测量的方法和装置。一种是中国专利公开(公告)号：CN108519257A，公布了用于含根土试样制备及抗剪强度检测的方法和装置，另一种是中国专利公开(公告)号：CN108519257A，公布了一种根土复合体原位剪切试验装置及应用方法。上述两种方法和装置存在的问题是：(1)上述两种方法和装置实施根土复合体的径向抗剪强度测量，无法实施根土复合体的轴向抗剪强度测量；(2)中国专利公开(公告)号：CN108519257A，通过加载板对根土复合体实施轴向加载，该方式不符合土壤围压的实际状态；中国专利公开(公告)号：CN108519257A提供的装置没有土压施加装置，无法模拟实际土壤围压环境下的根土复合体抗剪特性。总之，上述两种方法和装置无法有效模拟土壤围压的实际状态。因此，需要一种在实际土壤围压环境下实现根土复合体轴向抗剪强度测量的装置。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种根土复合体轴向抗剪强度测量装置及方法。实现在实际土壤围压环境下测量根土复合体轴向抗剪强度。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：一种根土复合体轴向抗剪强度测量装置，包括电子万能试验机、剪切刀具与土壤围压模拟装置；剪切刀具与电子万能试验机相连，土壤围压模拟装置位于剪切刀具下方；根土复合体放置在土壤围压模拟装置液压囊的内腔，土壤围压模拟装置在根土复合体周围提供与实际土压等值的围压；电子万能试验机带动剪切刀具对根土复合体实施轴向剪切，测量剪切力。所述剪切刀具的刀片为圆弧剪切刃的直剪刀片，剪切刀具的刀柄通过螺纹与电子万能试验机卡具相连。所述土壤围压模拟装置包括底座、承囊筒、液压囊、液压表、承压管、气压室、气压阀与气泵；承囊筒固定在底座上，液压囊放置在承囊筒内，承压管通过连接管与液压囊相连，液压表安装在连接管上；气压室通过连接管与气泵相连，气压阀安装在连接管上。所述承囊筒为筒形，一端固定在底座上，另一端设有封面，封面上设有开口。所述液压囊为口字形腔体结构，内部中空，液体放置在中空的腔体内。所述承压管为圆柱体，采用橡胶材料制作。所述气压室为圆柱体，内部存储压缩气体。一种根土复合体轴向抗剪强度测量方法，具体包括如下步骤：1)在玉米根茬地中挖取根土复合体，其结构为长方体，同时测量土壤的土压，记为P0。2)剪切刀具通过刀柄的螺纹与电子万能试验机的卡具安装螺纹孔连接；3)根土复合体放置于土壤围压模拟装置的液压囊内腔；4)气压阀开启；5)气泵向气压室内充入压缩气体；气压室内压力增大，挤压承压管，以液体为传递压力能的介质，使液压囊内的压强增大；6)液压管路上的液压表的数值达到P0时，关停气泵，并将气压阀处于关闭状态，以保证气压室内的压力保持恒定值P0；7)电子万能试验机对根土复合体进行剪切试验，测量剪切应力。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术设有土壤围压模拟装置，可模拟土壤围压，实现实际土壤围压条件下的根土复合体抗剪强度测量。(2)本专利技术以液体(水)作为土壤围压的施力介质，利用液体(水)的不可压缩性、稳定性好的特点；以气压作为初始压力源，利用气压反应快、成本低、元器件简单的特点；通过将装有液体(水)的承压管置于储存压缩空气的气压室内，压缩空气挤压承压管以调节液压囊内液体(水)的压强，实现液压和气压的有机结合。(3)本专利技术设有电子万能试验机、剪切刀具与土壤围压模拟装置，通过三者配合实现根土复合体的轴向抗剪强度测量。(4)本专利技术结构简单、操作方便，试验成功率高。附图说明图1是本专利技术立体结构示意图；图2是本专利技术土壤围压模拟装置结构示意图(气压阀开启状态)；图3是本专利技术土壤围压模拟装置结构示意图(气压阀关闭状态)；图4是本专利技术承囊筒结构示意俯视图；图5是图4的A向剖视图；图6是图4的B向剖视图；图7本专利技术液压囊结构示意俯视图；图8是图7的A向剖视图；图9是图7的B向剖视图。图中：1-电子万能试验机2-剪切刀具3-根土复合体4-土壤围压模拟装置5-底座6-承囊筒7-液压囊8-液体(水)9-液压表10-承压管11-气压室12-气压阀13-气泵具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式作进一步说明，但不用来限制本专利技术的范围：实施例：如图1所示，本专利技术提供的一种用于根土复合体轴向抗剪强度测量的装置，包括电子万能试验机1、剪切刀具2与土壤围压模拟装置4。如图2所示，根土复合体3安放于土壤围压模拟装置4的液压囊7的内腔，土壤围压模拟装置4在根土复合体3周围提供与实际土压等值的围压。根土复合体3安放于土壤围压模拟装置4的液压囊7内腔后，电子式万能试验机1带动剪切刀具2对根土复合体3实施轴向剪切，测量剪应力。电子万能试验机1是现有产品，采用WDW-100型微机控制电子式万能试验机。所述剪切刀具2是圆弧剪切刃的直剪刀片，厚度为3mm，剪切刀具2通过刀柄的螺纹与电子万能试验机1的卡具安装螺纹孔连接。如图2所示，所述土壤围压模拟装置4包括底座5、承囊筒6、液压囊7、液体(水)8、液压表9、承压管10、气压室11、气压阀12、气泵13。如图2所示，所述底座5是长方体金属板，长80cm宽70cm高2.5cm。如图4所示，所述承囊筒6是由4个“┏”截面钢构件焊接而成的“口”字形筒，承囊筒外轮廓尺寸为长65cm宽55cm高37.5cm，内腔尺寸为长40cm宽30cm高35.5cm。如图5和图6所示，所述“┏”截面钢构件是由2个2.5cm厚的钢板焊接而成，“┏”截面的空腔尺寸为长35cm宽10cm，如图2所示，承囊筒6通过焊接与底座连接。如图7所示，所述液压囊7是外轮廓尺寸为长60cm宽50cm高35cm，内腔尺寸为长40cm宽30cm高35cm的“口”字形橡胶囊，如图8和图9所示，液压囊7的横截面是长35cm宽10cm壁厚0.5cm的“口”字形。如图2所示，液压囊7安装于承囊筒6“┏”截面的空腔内，根土复合体3安放于液压囊7的内腔。如图2所示，所述液体(水)8是液压囊7内传递压力能的液体介质。所述液压表9是液压囊外接的液压表，测量液压囊7内的液体8压力，即根土复合体3承受的围压。如图2所示，所述承压管10是液压囊7的外接橡胶管，其结构是壁厚0.5cm外径3cm高20cm的圆柱体，作用是承受外加压力以调节液压囊7内液体(水)8的压强。承压管10通过液压管路与液压囊7连接。如图2所示，所述气压室11是用于储存压缩空气的压力容器，其结构是壁厚0.5cm外径6cm高30cm的圆柱体，材料采用Q235-C(GB/T3274-88)，所述承压管10置于气压室11内，压缩空气挤压承压管10使其变形，进而调节液压囊7内液体(水)8的压强，即根土复合体3承受的围压，压缩空气由所述气泵13提供。所述气压阀12安装于气泵13与气压室11的连接管路上，其作用是：当气泵13向气压室11提供气体时，气压阀处于开启状态，如图2所示；当气压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种根土复合体轴向抗剪强度测量装置，其特征在于：包括电子万能试验机、剪切刀具与土壤围压模拟装置；剪切刀具与电子万能试验机相连，土壤围压模拟装置位于剪切刀具下方；根土复合体放置在土壤围压模拟装置液压囊的内腔，土壤围压模拟装置在根土复合体周围提供与实际土压等值的围压；电子万能试验机带动剪切刀具对根土复合体实施轴向剪切，测量剪切力。

【技术特征摘要】
1.一种根土复合体轴向抗剪强度测量装置，其特征在于：包括电子万能试验机、剪切刀具与土壤围压模拟装置；剪切刀具与电子万能试验机相连，土壤围压模拟装置位于剪切刀具下方；根土复合体放置在土壤围压模拟装置液压囊的内腔，土壤围压模拟装置在根土复合体周围提供与实际土压等值的围压；电子万能试验机带动剪切刀具对根土复合体实施轴向剪切，测量剪切力。2.根据权利要求1所述的一种根土复合体轴向抗剪强度测量装置，其特征在于：所述剪切刀具的刀片为圆弧剪切刃的直剪刀片，剪切刀具的刀柄通过螺纹与试验机卡具相连。3.根据权利要求1所述的一种根土复合体轴向抗剪强度测量装置，其特征在于：所述土壤围压模拟装置包括底座、承囊筒、液压囊、液压表、承压管、气压室、气压阀与气泵；承囊筒固定在底座上，液压囊放置在承囊筒内，承压管通过连接管与液压囊相连，液压表安装在连接管上；气压室通过连接管与气泵相连，气压阀安装在连接管上。4.根据权利要求3所述的一种根土复合体轴向抗剪强度测量装置，其特征在于：所述承囊筒为筒形，一端固定在底座上，另一端设有封面，封面上设有开口。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：赵旭，章岱兴，俞祥虎，邢路雨，刘佳鸣，孙丙雁，张凯然，隋帆，
申请(专利权)人：辽宁科技大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21