[发明专利]一种考虑土体冻胀融缩特性的抗拉强度试验装置

说明书

本发明公开了一种考虑土体冻胀融缩特性的抗拉强度试验装置，包括：异形拉力盒、可拆卸支架、进液管、冷浴盘、滚珠、气囊支架感应支座、底座、液氮冷冻机、U形杆、遥控器和土样拉伸装置，底座的底部设有气囊支架感应支座，底座的上方设有滚珠，滚珠上设有带有冷浴盘的异形拉力盒，冷浴盘通过进液管与液氮冷冻机连接，异形拉力盒位于可拆卸支架中，可拆卸支架与底座固定连接；异形拉力盒的一端与U形杆的一端固定连接，U形杆的另一端与土体拉伸装置固定连接，土体拉伸装置与遥控器连接。该抗拉强度试验装置用于开展土体抗拉强度测试，以实现季冻区土体抗拉强度的精准量测。

技术领域

本发明属于土工试验技术领域，具体地，涉及一种考虑土体冻胀融缩特性的抗拉强度试验装置。

背景技术

近年来，越来越多的岩土工程涉及到抗拉强度问题，以往土力学研究中，拉应力往往容易被忽视，例如边坡裂隙、土石坝心墙裂缝、地面开裂、水力劈裂等都是土体拉应力破坏而造成的实际工程问题。近年来，我国寒区渠道边坡滑坡的灾变问题十分严重，寒区的输水渠道大都为季节性供水渠道，这些地区冬季气候寒冷且低温持续时间长，供水渠道一般在春夏季通水，秋冬季停水，土体一年中反复进行冻、融、湿、干四个状态相互耦合的过程，反复的耦合循环过程极易造成渠基土体抗拉性能退化，一些冻土边坡滑坡的产生也是源于其顶部土体的拉裂进而引发渠道渗漏等系列问题。

测定土体抗拉强度的方法有多种，室内试验的量测方法主要包括单轴拉伸试验、三轴拉伸试验等直接测定方以及径向压裂试验、弯曲梁试验和环状试样法等间接测定方法。目前使用最广泛的试验方法是单轴水平拉伸试验法，利用平卧式土体抗拉强度试验装置。

但是，当前应用最为广泛的平卧式土体抗拉强度试验装置存在三个问题：一是试验对象土体往往不涉及冻土这一特殊土体，土体经过冻融循环后，试样会发生“冻胀融沉”现象，其体积随着温度场与水分场的变化而改变，再次放入拉力盒中容易造成试样表面土体的剐蹭进而影响试验结果的精准性；二是传统拉力盒通常为规则的方形结构，在土体进行抗拉时拉力无法有效的传递至破坏面，而集中于土样端部造成应力集中的问题；三是平卧式抗拉装置仅限于试样进行水平拉伸，无法模拟寒区边坡角度进而研究渠道边坡稳定性问题，是针对我国寒冷地区渠道边坡的维护和安全运行问题面临的研究瓶颈。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种考虑土体冻胀融缩特性的抗拉强度试验装置，用于开展土体抗拉强度测试，以实现季冻区土体抗拉强度的精准量测。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：一种考虑土体冻胀融缩特性的抗拉强度试验装置，包括：异形拉力盒、可拆卸支架、进液管、冷浴盘、滚珠、气囊支架感应支座、底座、液氮冷冻机、U形杆、遥控器和土样拉伸装置，所述底座的底部设有气囊支架感应支座，所述底座的上方设有滚珠，所述滚珠上设有带有冷浴盘的异形拉力盒，所述冷浴盘通过进液管与液氮冷冻机连接，所述异形拉力盒位于可拆卸支架中，所述可拆卸支架与底座固定连接；所述异形拉力盒的一端与U形杆的一端固定连接，所述U形杆的另一端与土体拉伸装置固定连接，所述土体拉伸装置与遥控器连接。

进一步地，其特征在于，所述异形拉力盒整体形状为长方体，且中心处具有由上至下贯穿的圆柱形空洞，所述圆柱形空洞的直径小于长方体的宽；所述异形拉力盒由两个对称的“积木”拉力盒拼接组成，每个“积木”拉力盒的装样空间呈三面直角一面内凹的形状；左侧的“积木”拉力盒通过可拆卸支架与底座固定连接，右侧的“积木”拉力盒的凹面中部与U形杆开口处的一端固定连接，所述U形杆开口处的另一端与土体拉伸装置连接。

进一步地，所述可拆卸支架分为第一固定段、第二固定段和拆卸段，所述第一固定段的一端、第二固定段的一端分别与底座通过焊接连接，所述第一固定段的另一端与拆卸段的一端通过可拆卸螺栓与异形拉力盒竖向对开式结构的一侧可拆卸连接，所述第二固定段的另一端与拆卸段的另一端通过可拆卸螺栓与异形拉力盒竖向对开式结构的一侧可拆卸连接。