一种控温条件下纤维土拉拔高效试验机的制作方法

本发明涉及一种纤维土拉拔试验机，具体涉及一种控温条件下纤维土拉拔高效试验机。

背景技术：

由于生态保护理念的提出，以及“绿色”意识逐步深入人心的同时，一种改良土工合成材料在工程中应用的一些弊端的复合土逐渐成为新型建筑材料的主流，并作为一种生态结构或措施在各类工程活动中得到广泛应用。纤维土是指给填土中掺合一定比例的土工纤维，使土的物理、力学性质得到改善的一种复合土。它是广义上的加筋土,其作用原理类似于加筋土，即利用纤维材料与土之间的摩阻力或咬合力来限制土体的变形，但因纤维在土中分布是随机的，因此它不仅限制土体的侧向变形,而且也可以控制竖向变形。

土工纤维的掺入并未改变土体化学结构，也并未对土体造成污染，且纤维作为产品使用后，对生态仍有价值，在回收过程中通过降解为单体再使用，节约资源损耗。在经济角度上，土工纤维成本较低，实惠耐用，适用于各种工程活动的大量使用，根据已有材料，纤维土可广泛用于处治软土和不均匀沉降基础；处治砂路堤，特别是浸水结构物砂路堤，改善土工结构物，增加抗震力；处治道路路面基层、边坡、挡墙、铁路路基等。因此对于纤维土的作用机理、性能、评价的研究变得尤为重要，纤维土的广泛应用不仅可以有效地节约天然资源、环境保护，而且有利于加速我国回收再利用资源的开发和使用。

近些年来，国内外学者逐渐从对传统加筋材料领域转向对纤维土体的研究，从定性研究过渡段定量研究，纤维对土体的加筋效果主要取决于筋/土间相互作用，因此探究筋/土间相互作用机理具有重要意义。结合中国北方实际情况，温度变化对于工程的影响十分重大，因此考虑温度因素对于纤维加筋效果的研究是十分必要的。针对具体问题，国内外还未见有相应的拉拔试验机在考虑温度因素的同时高效测试筋/土界面间的相互作用，主要是因为难处：(1)纤维直径较小，约为10～60μm，易于拉断，很难有效提高制备拉拔试件效率；(2)纤维在土中有效的锚固长度很难确定；(3)控温设备的设计和合理布设以及对试件内部温度的监测较为复杂。

技术实现要素：

本发明是为了解决现有的拉拔试验机存在的试验效率低、无法进行温度控制和土体内部温度监测的问题，进而提供了一种控温条件下纤维土拉拔高效试验机。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种控温条件下纤维土拉拔高效试验机，它包括制冷机构和试验机体组件，所述制冷机构包括制冷压缩机、制冷板、温度控制面板、两个温度数据显示窗及四个保温板，所述试验机体组件包括数据采集仪、升降平台控制器、底座箱、螺旋升降杆、升降平台、底板、第一平板、第二平板、门形支撑架、两根第一支撑杆及若干拉力传感器，底座箱内设置有电机，升降平台控制器与电机线连接，第一平板固接在底板的顶部，第二平板固接在升降平台的顶部，第一平板、底板、第二平板、升降平台由上到下依次水平设置在底座箱的上方，升降平台通过螺旋升降杆与底座箱内电机的输出端固接，底板通过门形支撑架与底座箱固接，第二平板活动套装在两根第一支撑杆上，两根第一支撑杆关于螺旋升降杆对称设置，每根第一支撑杆的两端分别与底板和底座箱固接，制冷板位于第一平板的上方，第一平板与制冷板及四个保温板拼接为一个保温箱，制冷压缩机固设在保温箱的顶部，温度控制面板设置在制冷压缩机上，第一平板的中部开设有两个第一通孔，第一平板上还开设有若干第二通孔，第二平板上安装有数量与第二通孔一致的若干拉力传感器，且第二通孔与拉力传感器上下正对设置，每个第一通孔及第二通孔内均设置有试件，第一通孔中的试件内设置有测温探头，测温探头与温度数据显示窗线连接，纤维由上到下依次穿装在试件、底板及拉力传感器上，且纤维的上端为活动端，纤维的下端为固定端，每个拉力传感器均与数据采集仪线连接。

进一步地，所述门形支撑架包括支撑横梁和两根第二支撑杆，每根第二支撑杆与支撑横梁之间均通过螺栓固接。

进一步地，所述试验机体组件还包括一个位移传感器，一个第二支撑杆上安装有一个固定环，位移传感器通过固定环固定在第二平板的下方，位移传感器与数据采集仪线连接。

进一步地，所述试验机体组件还包括两个位移传感器，每个第二支撑杆上各安装有一个固定环，每个位移传感器均通过固定环固定在第二平板的下方，位移传感器与数据采集仪线连接。

进一步地，所述试验机体组件还包括设置在第二平板下方的若干固定夹，纤维的下端通过固定夹固定。

进一步地，第一支撑杆为伸缩杆。

进一步地，两根第一支撑杆和两根第二支撑杆呈棱形分布在底座箱上。

进一步地，一种控温条件下纤维土拉拔高效试验机，它还包括制件装置，所述制件装置包括第一平板、底板、定位架、四根第三支撑杆、若干定位木块及若干圆柱垫块，第一平板固设在底板的顶面，圆柱垫块的外径与第二通孔的内径相等，且每个圆柱垫块上均开设有中心通孔，所述定位架通过四根第三支撑杆水平固定在第一平板的上方，所述定位架上开设有若干第三通孔，底板上开设有若干定位孔，第三通孔、定位孔、第一平板上第二通孔的数量一致，且第三通孔、第二通孔、定位孔上下正对设置，制件时，每个第二通孔内对应设置一个圆柱垫块，预制备试件位于圆柱垫块与底板之间，每个第二通孔内均放置有预制备试件，纤维由上到下依次穿装在第三通孔、中心通孔、预制备试件、第二通孔及定位孔内，且纤维的两端分别通过定位木块固定。

进一步地，所述定位架包括矩形的外框架、若干相互平行设置的第一定位条和若干相互平行设置的第二定位条，第一定位条与第二定位条呈网格状固设在外框架内，且在水平方向相互垂直设置，第三通孔开设在第一定位条与第二定位条的垂直相交处。

进一步地，所述第二通孔的数量为四个。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

本发明采用制冷机构进行温度控制，通过温度数据显示窗进行土体内部温度监测，通过制冷压缩机侧面的温度控制面板调节到预定温度，预冷一段时间，在温度数据显示窗上确定试件内部温度达到预期值之后，正式开始试验。通过升降平台控制器调控升降平台上升和下降的速率，通过传感器及数据采集仪自动收集数据，使本发明能为工程实际提供更为有效的理论支撑，操作便捷，适用性更为广泛；本发明在同一速率下，同时进行多组试验，试验效率较现有技术至少提高了二倍，节约时间成本；本发明结构简单，可重复性好，可靠度高。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为制冷机构的立体结构示意图；

图3为制件装置的立体结构示意图；

图4为试验机体组件的立体结构示意图(底座箱未示出)；

图5为试件的结构示意图；

图6为圆柱垫块的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～5说明本实施方式，一种控温条件下纤维土拉拔高效试验机，它包括制冷机构和试验机体组件，所述制冷机构包括制冷压缩机1、制冷板2、温度控制面板3、两个温度数据显示窗4及四个保温板5，所述试验机体组件包括数据采集仪6、升降平台控制器7、底座箱8、螺旋升降杆9、升降平台10、底板11、第一平板12、第二平板13、门形支撑架14、两根第一支撑杆15及若干拉力传感器16，底座箱8内设置有电机，升降平台控制器7与电机线连接，第一平板12固接在底板11的顶部，第二平板13固接在升降平台10的顶部，第一平板12、底板11、第二平板13、升降平台10由上到下依次水平设置在底座箱8的上方，升降平台10通过螺旋升降杆9与底座箱8内电机的输出端固接，底板11通过门形支撑架14与底座箱8固接，第二平板13活动套装在两根第一支撑杆15上，两根第一支撑杆15关于螺旋升降杆9对称设置，每根第一支撑杆15的两端分别与底板11和底座箱8固接，制冷板2位于第一平板12的上方，第一平板12与制冷板2及四个保温板5拼接为一个保温箱，制冷压缩机1固设在保温箱的顶部，温度控制面板3设置在制冷压缩机1上，第一平板12的中部开设有两个第一通孔12-1，第一平板12上还开设有若干第二通孔12-2，第二平板13上安装有数量与第二通孔12-2一致的若干拉力传感器16，且第二通孔12-2与拉力传感器16上下正对设置，每个第一通孔12-1及第二通孔12-2内均设置有试件100，第一通孔12-1中的试件100内设置有测温探头17，测温探头17与温度数据显示窗4线连接，纤维101由上到下依次穿装在试件100、底板11及拉力传感器16上，且纤维101的上端为活动端，纤维101的下端为固定端，每个拉力传感器16均与数据采集仪6线连接。

门形支撑架14为保温箱及第一平板12提供刚性支撑，第二平板13与升降平台10均为矩形结构，升降平台10的顶面面积小于第二平板13的底面面积，第二平板13与升降平台10通过螺栓固接，拉力传感器16的量程为9.81n，精度为0.001n，拉力传感器16与第二平板13通过螺栓固定，每个拉力传感器16的数据传输端口分别与数据采集仪6连接，第一平板12、底板11及门形支撑架14通过螺栓固接，第二平板13通过螺旋升降杆9沿两根第一支撑杆15做上下往复运动，并且两根第一支撑杆15对保温箱及第一平板12起到进一步加固的作用，底板11上与第一通孔12-1及第二通孔12-2上下对应的位置开设有定位孔，便于纤维穿过，纤维在试件100中部以及拉力传感器16的位置成垂直直线，在第一平板12靠近中心处的两个第一通孔12-1中的试件100内埋入测温探头17，外部与温度数据显示窗4相连，实时监测试件100内部温度变换。四个保温板5围设在第一平板12的四周，制冷板2固设在四个保温板5的顶部，温度控制面板3设置在制冷压缩机1的侧面，用于调节温度，从而对保温箱内的试件100起到控温的作用。

第一平板12为厚平板，厚度为5公分，便于拉拔试验前的制件；第二平板13为薄平板，厚度为1公分，主要起支撑作用，因升降平台10的面积有限，因此通过第二平板13连接升降平台10和拉力传感器16。

采用制冷机构进行温度控制，通过温度数据显示窗4进行土体内部温度监测，通过制冷压缩机1侧面的温度控制面板3调节到预定温度，预冷一段时间，在温度数据显示窗4上确定试件100内部温度达到预期值之后，正式开始试验。通过升降平台控制器7调控升降平台10上升和下降的速率，通过传感器及数据采集仪6自动收集数据，使本发明能为工程实际提供更为有效的理论支撑，操作便捷，适用性更为广泛；本发明在同一速率下，同时进行多组试验，很大程度提高了试验效率，节约时间成本；本发明结构简单，可重复性好，可靠度高。

具体实施方式二：结合图1～5说明本实施方式，所述门形支撑架14包括支撑横梁14-1和两根第二支撑杆14-2，每根第二支撑杆14-2与支撑横梁14-1之间均通过螺栓固接。如此设计，便于拆卸及安装。其它组成与连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1～5说明本实施方式，所述试验机体组件还包括一个位移传感器18，一个第二支撑杆14-2上安装有一个固定环19，位移传感器18通过固定环19固定在第二平板13的下方，位移传感器18与数据采集仪6线连接。如此设计，位移传感器18分别用固定环19固定在升降平台10两侧的第二支撑杆14-2的合理位置上，用于测试升降平台10在试验过程中的位移变换，并将数据传送到数据采集仪6，固定环19在第二支撑杆14-2上的位置可调。其它组成与连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图1～5说明本实施方式，所述试验机体组件还包括两个位移传感器18，每个第二支撑杆14-2上各安装有一个固定环19，每个位移传感器18均通过固定环19固定在第二平板13的下方，位移传感器18与数据采集仪6线连接。如此设计，位移传感器18分别用固定环19固定在升降平台10两侧的第二支撑杆14-2的合理位置上，用于测试升降平台10在试验过程中的位移变换，并将数据传送到数据采集仪6，固定环19在第二支撑杆14-2上的位置可调。设置两个位移传感器18，确保数值的准确性。其它组成与连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式五：结合图1～5说明本实施方式，所述试验机体组件还包括设置在升降平台10下方的若干固定夹，纤维101的下端通过固定夹固定。其它组成与连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。

具体实施方式六：结合图1～5说明本实施方式，第一支撑杆15为伸缩杆。如此设计，便于拆卸。其它组成与连接关系与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：结合图1～5说明本实施方式，两根第一支撑杆15和两根第二支撑杆14-2呈棱形分布在底座箱8上。如此设计，保证底板11位置牢固。其它组成与连接关系与具体实施方式二、三、四或六相同。

具体实施方式八：结合图1～6说明本实施方式，一种控温条件下纤维土拉拔高效试验机，它还包括制件装置，所述制件装置包括第一平板12、底板11、定位架20、四根第三支撑杆21、若干定位木块22及若干圆柱垫块23，第一平板12固设在底板11的顶面，圆柱垫块23的外径与第二通孔12-2的内径相等，且每个圆柱垫块23上均开设有中心通孔23-1，所述定位架20通过四根第三支撑杆21水平固定在第一平板12的上方，所述定位架20上开设有若干第三通孔20-1，底板11上开设有若干定位孔，第三通孔20-1、定位孔、第一平板12上第二通孔12-2的数量一致，且第三通孔20-1、第二通孔12-2、定位孔上下正对设置，制件时，每个第二通孔12-2内对应设置一个圆柱垫块23，预制备试件位于圆柱垫块23与底板11之间，每个第二通孔12-2内均放置有预制备试件，纤维101由上到下依次穿装在第三通孔20-1、中心通孔23-1、预制备试件、第二通孔12-2及定位孔内，且纤维101的两端分别通过定位木块22固定。如此设计，预制备试件为散状土，圆柱垫块23的厚度不同，在制件过程中，第一平板12上的第二通孔12-2作为外模具，与第二通孔12-2直径配合的圆柱垫块23作为压模工具，整体置于底板11上部，制件时，首先依据每个试件100的厚度，确定与其相对应的圆柱垫块23的厚度(或多个圆柱垫块23组合后的厚度)，将若干等长纤维的一端分别穿过定位架20上的第三通孔20-1并通过定位木块22固定，另一端分别穿过圆柱垫块23的中心通孔23-1、预制备试件、第二通孔12-2及定位孔，并通过定位木块22固定，以使每根纤维均保持垂直状态。在第一平板12上的两个第一通孔12-1内，倒入与第二通孔12-2内预制备试件质量相等的散状土，将测温探头17埋入第一通孔12-1内，用于监测同一批次平行试件100内部的温度变化，将若干圆柱垫块23依次压入第一通孔12-1和第二通孔12-2，静压成件。在正式进行纤维土拉拔试验之前，将定位架20和四根第三支撑杆21撤除，将保温板5、制冷板2、制冷压缩机1依次安装在底板11的上方，通过制冷压缩机1侧面的温度控制面板3调节到预定温度，预冷一段时间，在温度数据显示窗4上确定试件100内部温度达到预期值之后，正式开始试验。定位木块22能够保证纤维的垂直度，即在试件100内的纤维与试件100的同轴度。通过圆柱垫块23的厚度，决定纤维在试件100中的长度，最终压实成件。

此制件装置能够同批次进行多组试件100的制备，试件100制备结束后无需脱模，将定位架20及第三支撑杆21拆除后，再将制冷机构安装在底板11上，便能够直接进行试验，减少对试件100的人为扰动，使试验精度提高；此制件装置能够调控试件100厚度，即考虑纤维在土中的锚固长度，为工程实践应用提供一定的理论基础，提高对拉拔试验机功能性要求。其它组成与连接关系与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：结合图1～5说明本实施方式，所述定位架20包括矩形的外框架20-2、若干相互平行设置的第一定位条20-3和若干相互平行设置的第二定位条20-4，第一定位条20-3与第二定位条20-4呈网格状固设在外框架20-2内，且在水平方向相互垂直设置，第三通孔20-1开设在第一定位条20-3与第二定位条20-4的垂直相交处。如此设计，定位架20采用两个定位条十字交叉的方式，结构简单，方便安装与拆卸，并且节约成本。其它组成与连接关系与具体实施方式八相同。

具体实施方式十：结合图1～5说明本实施方式，所述第二通孔12-2的数量为四个。其它组成与连接关系与具体实施方式一、二、三、四、六、八或九相同。

工作原理：

1、首先依据每个试件100的厚度，确定与其相对应的圆柱垫块23的厚度(或多个圆柱垫块23组合后的厚度)，将若干等长纤维的一端分别穿过定位架20上的第三通孔20-1并通过定位木块22固定，另一端分别穿过圆柱垫块23的中心通孔23-1、预制备试件、第二通孔12-2及定位孔，并通过定位木块22固定，以使每根纤维均保持垂直状态；

2、在第一平板12上的两个第一通孔12-1内，倒入与第二通孔12-2内预制备试件质量相等的散状土，将测温探头17埋入第一通孔12-1内，用于监测同一批次平行试件100内部的温度变化，将若干圆柱垫块23依次压入第一通孔12-1和第二通孔12-2，静压成件；

3、在正式进行纤维土拉拔试验之前，将定位架20和四根撑杆撤除，将保温板5、制冷板2、制冷压缩机1依次安装在底板11的上方，通过制冷压缩机1侧面的温度控制面板3调节到预定温度，预冷一段时间，在温度数据显示窗4上确定试件100内部温度达到预期值之后，正式开始试验；

4、通过升降平台控制器7控制升降平台10带动多组拉力传感器16以恒定微小速率向下运动，同时纤维受到向下的拉力作用，运动过程中，纤维受到的拉力值通过拉力传感器16与数据采集装置连接，得到实时力与位移的数据并自动存储，当拉力值基本维持恒定时，便可以结束试验；

5、移除该批次试件100，按照上述步骤进行下一批次拉拔试验，直至所有测试工作结束。