[发明专利]土体数控拉伸试验系统及其试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种试验技术，尤其是一种土木、水电、交通等工程领域土体拉伸试验中使用的土体数控拉伸试验系统及其试验方法。

背景技术

目前，近年来，随着公路、机场、高土石坝、深基坑等工程的逐渐增多，土工结构物因土体受拉开裂而造成的工程损失越来愈严重。在研究土坝、土堤、路基中是否出现拉裂缝和对已产生裂缝的原因进行分析和处理时，对土体拉伸变形特性的正确认识以及其抗拉强度指标的准确测量越来越重要。但是在以往研究土体的力学性能时，考虑最多的是土体的抗剪性能和抗压性能，只注重抗剪强度和压缩模量等指标的测试，往往忽略了土体的抗拉变形和抗拉强度，在土体结构物的力学分析时认为土体不能抗拉，即土体的抗拉强度为零，实际上土体具备一定的抗拉强度特性。由于对土体抗拉变形与抗拉强度特性研究的不足，导致了土体拉伸试验装置发展的严重滞后。为了正确认识土体拉伸变形和准确测量土体抗拉强度，本发明研制了土体数控拉伸试验系统，该系统有效解决了土体拉伸试验中容易产生的偏心受拉和应力集中问题，利用本发明可以准确测量土体的拉伸变形模量和抗拉强度，从而进一步揭示清楚土体的抗拉变形特性，必将为土工结构物的合理设计与安全控制提供重要试验力学参数。

目前关于土体拉伸试验装置的研究现状如下：

（1）《水利学报》1995年第6期介绍了一种拉伸试验装置，该装置由试验台架、传力板、砝码和测量装置组成。试件的两端用环氧树脂与端板粘结，通过加砝码的方式对试件施加拉力。该装置不能精确控制试件所受的拉力，应用环氧树脂粘结试件对土体力学性能有较大的影响，同时不能实现对拉伸变形数据的自动采集与分析处理。

（2）《大坝观测与土工测试》1997年第4期介绍了一种单轴静动拉压试验仪，该仪器可对土体试件施加静力拉压和周期动力荷载，测定土的静、动强度。试件的变形采用电涡位移传感器进行非接触量测，埋设螺钉、用环氧树脂将加载板与试件端部粘结来传递拉力。该系统不能实现位移数据的自动采集与分析处理，对试件施加拉力的方式也难以消除偏心受拉的影响。

（3）《力学学报》1997第5期介绍了一种用于测量软煤或土的拉伸实验装置。该装置利用模具压制出均匀的环形试件，对环形试件内壁施加均布径向水压力使其拉伸变形和破坏，由压力传感器和位移传感器测量，并由动态数据采集器记录。该装置测量方法属于间接测量方法，环形试件在受拉破坏时承受了较大的压力，与实际工程条件差距较大，并且试验过程较为复杂不易控制。

（4）《陕西水力发电》1998第4期介绍了一种单轴拉伸仪，该仪器主要由台架、传力板、加力台和砝码几部分组成，用502瞬间粘结剂将试件与传力板连接，加砝码于加力盘上进行抗拉试验。该系统不能实现拉力的精确控制，不能实现位移数据的自动采集与分析处理，利用粘结剂连接试件与传力板对土体的力学性能有较大的影响。

（5）《水利水电科技进展》2001年第5期介绍了一种单轴土工拉伸仪，该仪器是在原直接剪切仪的基础上改造的，由拉伸系统和测力系统组成。该仪器通过手轮控制拉力，利用普通夹具对土体试件施加拉力，通过百分表和测力环来测量应力和应变。该系统不能实现拉力的精确控制，普通夹具容易使试件产生应力集中，不能实现位移数据的自动采集与分析处理。

（6）《岩石力学与工程学报》2005年10月增刊介绍了一种能进行土体单轴拉伸试验的夹具安装于电子万能试验机上，该仪器能对试样进行连续均匀加载，通过夹具对土体施加拉力。该仪器存在拉力偏心的问题，并且在夹具和试件之间容易产生应力集中或相对滑移。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种能够更真实反映土体拉伸变形与强度特性的土体数控拉伸试验系统及其试验方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种土体数控拉伸试验系统，包括拉伸加载装置、液压加载数字伺服控制系统和位移拉力自动测试分析系统，所述拉伸加载装置分别与液压加载数字伺服控制系统和位移拉力自动测试分析系统相连；所述拉伸加载装置包括拉伸工作平台，所述拉伸工作平台设有两个相对的固定支架，相对侧的其中一个固定支架上设有第一对中传力轴承装置，另一个固定支架上设有水平放置的拉伸千斤顶，千斤顶的推拉杆外端部与第二对中传力轴承装置固定连接，第一对中传力轴承装置和第二对中传力轴承装置之间设有哑铃型半开钢制模具，哑铃型半开钢制模具中放置拉伸试件，哑铃型半开钢制模具的两端分别与第一对中传力轴承装置和第二对中传力轴承装置相连。

所述拉伸千斤顶上设有拉力传感器，拉力传感器与位移拉力自动测试分析系统相连。