一种适用于寒区路基粗颗粒填料的多层筋土拉拔试验仪制造技术

本发明专利技术公开了一种适用于寒区路基粗颗粒填料的多层筋土拉拔试验仪，所述多层筋土拉拔试验仪包括竖向加载系统、反力架、可调节荷载板、模型箱、后挡板移动轨道、高速摄像机、低温冷浴系统、蜗轮箱、夹具、应变式水平加载系统、控制与数据采集系统、柔性减震底座、拉力传感器、压力传感器、位移传感器、温度传感器、水分传感器。该多层筋土拉拔试验仪可系统科学地还原寒区土工格栅‑土界面受力变形物理过程，准确获得在水分场、温度场以及静动荷载综合影响下的筋土界面力学参数和变化规律，具备极强的科研应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于寒区路基粗颗粒填料的多层筋土拉拔试验仪
本专利技术涉及一种寒区边坡工程和路基工程中筋土界面物理力学特性测试设备，具体涉及一种用于研究静、动荷载作用下加筋土工材料筋-土界面特性的试验仪器。
技术介绍
加筋土工材料在国内外拥有一定的应用市场，但与传统的建筑材料相比，其在对应的试验规范规程领域还存在许多空白，这一点在国内尤为明显。从国内来说，现有的试验规范和规程对于加筋理论的研究并不深入，未形成系统的理论说明，已经不能满足当今加筋土理论及试验设备不断发展和改进的需要。针对此现状，一直以来，国内外许多学者致力于该方面的研究，以期建立统一的标准，准确测定筋土界面参数，指导工程实践。目前常用的试验手段有：室内直剪试验、拉拔试验、加筋土三轴试验和现场足尺试验。直剪试验反映了土工合成材料单面发生位移的情况，主要用于验算填料与筋材的界面强度。拉拔试验反映了土工合成材料双面与土体发生位移的情况，用来确定筋材受拉时的抗拉拔强度，是研究筋土界面特性和加筋机理的主要手段。加筋土三轴试验可以测试土体加筋后的强度变化。现场足尺试验是在现场按照接近于实际工程尺寸进行的试验，费用高，周期长，实施难，相比室内试验，不易于操作。因此通过开展筋土界面特性试验研究，测定土工格栅与土体的剪切强度，了解加筋土结构如何增加土体的抗剪强度是十分必要的，拉拔试验已经成为研究加筋土界面特性最直接、最有效的测试手段，同时，与直剪试验相比，拉拔试验可以更好地反映加筋材料的实际工作状态。此外，随着寒区工程建设的日益发展，加筋材料在工程中的寒区工程中的应用正逐渐得到更多研究者的重视。具体而言，筋土界面的物理、力学特性的变化与筋土界面材料所处的环境温度以及水分条件密切相关。加筋土结构通过筋材与填料之间的相互作用发挥功能，因此筋-土界面的摩擦特性是现代筋土技术研究的热点和难点，是彻底弄清加筋机理和建立加筋土理论体系的关键。
技术实现思路
本专利技术在寒区工程相关的测试设备日趋成熟的背景下，提供了一种适用于寒区路基粗颗粒填料的多层筋土拉拔试验仪。该多层筋土拉拔试验仪可系统科学地还原寒区土工格栅-土界面受力变形物理过程，准确获得在水分场、温度场以及静动荷载综合影响下的筋土界面力学参数和变化规律，具备极强的科研应用价值。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种适用于寒区路基粗颗粒填料的多层筋土拉拔试验仪，包括竖向加载系统、反力架、可调节荷载板、模型箱、后挡板移动轨道、高速摄像机、低温冷浴系统、蜗轮箱、夹具、应变式水平加载系统、控制与数据采集系统、柔性减震底座、拉力传感器、压力传感器、位移传感器、温度传感器、水分传感器，其中：所述模型箱的外侧设置有高速摄像机、竖向加载系统、反力架、可调节荷载板、高速摄像机、低温冷浴系统、蜗轮箱、夹具、应变式水平加载系统、控制与数据采集系统、柔性减震底座；所述模型箱为由前挡板、后挡板、左挡板、右挡板、下挡板构成的敞口箱体；所述模型箱的内部放置填土与土工格栅试样，箱壁中空内置冷液循环路径，箱壁主体外部附聚氨酯保温板；所述前挡板、后挡板中部开设引出缝，供土工格栅试样引出箱体用，土工格栅试样的一端通过前挡板引出缝的缝隙与夹具连接，土工格栅试样的另一端通过后挡板引出缝的缝隙伸出；所述土工格栅试样拉拔方向上等间距绑定钢丝，钢丝从后挡板引出缝的缝隙中引出箱外，在水平和竖直方向上布置位移传感器、温度传感器、水分传感器；所述夹具与拉力传感器相连，应变式水平加载系统与蜗轮箱相连，蜗轮箱通过螺杆与拉力传感器相连，应变式水平加载系统提供驱动力，通过蜗轮箱进行传力方向的调整与运动速度的调节，通过螺杆将驱动力传递到拉力传感器与夹具上；所述底板固定于柔性减震底座上，底板上预留后挡板移动轨道与卡槽，后挡板可沿挡板移动轨道前后滑动，设定模型箱内有效尺寸；所述反力架上安装有滑动滚轮，竖向加载系统通过滑动滚轮安装在反力架上，竖向加载系统通过可调节荷载板对模型箱内的填土上表面施加预定竖向荷载，进而将力传递到土工格栅试样上；所述压力传感器与荷载板相连，实时监控竖向荷载；所述滑动滚轮可以在前后方向移动，调节反力架与竖向加载系统的相对位置，以达到模型箱和可调节荷载板尺寸变化后，竖向荷载的作用点依然在可调节荷载板中心的效果；所述低温冷浴系统与模型箱外壁相连；所示控制与数据采集系统与拉力传感器、压力传感器、位移传感器、温度传感器、水分传感器连接。相比于现有技术，本专利技术具有如下优点：1、试验箱可以全程监测土工格栅拉拔过程中格栅与土的宏细观变化，试验箱尺寸较大，能够保证筋材远离两侧箱壁，试验箱长度可调节，有效减小边界效应与尺寸效应，仪器还加入了制冷系统，能有效研究温度场对土体加筋效果的影响。2、可系统科学地还原寒区土工格栅-土界面受力变形物理力学过程，准确获得在水分场、温度场以及静动荷载综合影响下的筋土界面力学参数和变化规律，具备极强的科研应用价值。3、满足《公路工程土工合成材料试验规程》(JTG-2006)、《土工合成材料测试规程》(SL235-2012)及《StandardTestMethodforMeasuringGeosyntheticPulloutResistanceinSoil1》(ASTMD6706-01)的要求。4、包含的温度、水分场控制系统可实现不同温度和未冻水含量下界面物理力学特性的测试。5、适用于寒区环境下粗颗粒填料大型拉拔，可测试土工格栅-土界面力学特性。附图说明图1为大型加筋土拉拔试验仪结构示意图；图2为界面全过程观测点示意，（a）左视图，（b）正视图；图3为三层拉拔夹具详图；图4为双层拉拔夹具详图；图5为单层拉拔夹具详图；图6为箱壁设计图；图7为可调换荷载板示意图；图8为轨道连接示意图；图9为筋-土界面测点布置图；图10为格栅表面应变片布置示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。本专利技术提供了一种适用于寒区环境下粗颗粒填料大型筋土拉拔试验仪器，该仪器可测试土工格栅-土界面力学特性。具体而言包括可施加点、线、面三种形式的静、动力竖向加载系统，反力架，可调节荷载板，可视的透明钢化玻璃材质的模型箱，模型箱后挡板移动轨道及其配套的固定卡槽，高速摄像机，低温冷浴系统，蜗轮箱，夹具，应变式水平加载系统，控制与数据采集系统，柔性减震底座，其中：试验箱前后下左四面均采用钢材制成，右侧采用透明钢化玻璃制成，箱壁中空内置冷液循环路径，右侧保温板可拆卸，总体尺寸为（300~1200）mm×600mm×800mm（长×宽×高），其中后挡板可前后滑动，设定模型箱内有效尺寸，见图1。在模型箱的右侧设置高速摄像机，对测试过程中筋土界面的相对滑移状态进行连续监测，监测过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于寒区路基粗颗粒填料的多层筋土拉拔试验仪，其特征在于所述多层筋土拉拔试验仪包括竖向加载系统、反力架、可调节荷载板、模型箱、后挡板移动轨道、高速摄像机、低温冷浴系统、蜗轮箱、夹具、应变式水平加载系统、控制与数据采集系统、柔性减震底座、拉力传感器、压力传感器、位移传感器、温度传感器、水分传感器，其中：/n所述模型箱的外侧设置有高速摄像机、竖向加载系统、反力架、可调节荷载板、高速摄像机、低温冷浴系统、蜗轮箱、夹具、应变式水平加载系统、控制与数据采集系统、柔性减震底座；/n所述模型箱为由前挡板、后挡板、左挡板、右挡板、下挡板构成的敞口箱体；/n所述模型箱的内部放置填土与土工格栅试样，箱壁中空内置冷液循环路径，箱壁主体外部附聚氨酯保温板；/n所述前挡板、后挡板中部开设引出缝，土工格栅试样的一端通过前挡板引出缝的缝隙与夹具连接，土工格栅试样的另一端通过后挡板引出缝的缝隙伸出；/n所述土工格栅试样拉拔方向上等间距绑定钢丝，钢丝从后挡板引出缝的缝隙中引出箱外，在水平和竖直方向上布置位移传感器、温度传感器、水分传感器；/n所述夹具与拉力传感器相连，应变式水平加载系统与蜗轮箱相连，蜗轮箱通过螺杆与拉力传感器相连；/n所述底板固定于柔性减震底座上，底板上预留后挡板移动轨道与卡槽，后挡板可沿挡板移动轨道前后滑动，设定模型箱内有效尺寸；/n所述反力架上安装有滑动滚轮，竖向加载系统通过滑动滚轮安装在反力架上，竖向加载系统通过可调节荷载板对模型箱内的填土上表面施加预定竖向荷载，进而将力传递到土工格栅试样上；/n所述压力传感器与荷载板相连；/n所述低温冷浴系统与模型箱外壁相连；/n所示控制与数据采集系统与拉力传感器、压力传感器、位移传感器、温度传感器、水分传感器连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种适用于寒区路基粗颗粒填料的多层筋土拉拔试验仪，其特征在于所述多层筋土拉拔试验仪包括竖向加载系统、反力架、可调节荷载板、模型箱、后挡板移动轨道、高速摄像机、低温冷浴系统、蜗轮箱、夹具、应变式水平加载系统、控制与数据采集系统、柔性减震底座、拉力传感器、压力传感器、位移传感器、温度传感器、水分传感器，其中：
所述模型箱的外侧设置有高速摄像机、竖向加载系统、反力架、可调节荷载板、高速摄像机、低温冷浴系统、蜗轮箱、夹具、应变式水平加载系统、控制与数据采集系统、柔性减震底座；
所述模型箱为由前挡板、后挡板、左挡板、右挡板、下挡板构成的敞口箱体；
所述模型箱的内部放置填土与土工格栅试样，箱壁中空内置冷液循环路径，箱壁主体外部附聚氨酯保温板；
所述前挡板、后挡板中部开设引出缝，土工格栅试样的一端通过前挡板引出缝的缝隙与夹具连接，土工格栅试样的另一端通过后挡板引出缝的缝隙伸出；
所述土工格栅试样拉拔方向上等间距绑定钢丝，钢丝从后挡板引出缝的缝隙中引出箱外，在水平和竖直方向上布置位移传感器、温度传感器、水分传感器；
所述夹具与拉力传感器相连，应变式水平加载系统与蜗轮箱相连，蜗轮箱通过螺杆与拉力传感器相连；
所述底板固定于柔性减震底座上，底板上预留后挡板移动轨道与卡槽，后挡板可沿挡板移动轨道前后滑动，设定模...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫穆涵，凌贤长，唐亮，田爽，李善珍，王柯，郭宇航，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23