基于实际工况的多功能土工格栅拉拔试验装置的制作方法

本实用新型属于拉拔试验装置领域，具体涉及一种基于实际工况的多功能土工格栅拉拔试验装置。

背景技术：

土工格栅是一种土工合成材料，土工格栅呈网状结构，具有较高的拉伸强度和较低的伸长率，结点处宽厚较大，对土料颗粒具有侧向阻力作用。它的栅肋较粗，强度高，不易发生网眼断裂，抗冲击性强，能大大提高抗尖石刺破能力；网孔稳定性好，对粗粒土有较强的嵌套作用及起拱效应，增大了土工格栅与填料的剪切阻力，能与土体颗粒形成非常有效的咬合和嵌套作用，形成网兜效应，其整体加筋效果更加明显，故而广泛地应用在高速公路、铁路的路基处理、边坡挡土墙、高边坡等工程中。

土工格栅作为一种新型的土工合成材料，为了满足其在土木工程中的使用要求，需要对其进行一系列性能测试。土工格栅的性能测试包括测定材料自身的物理力学特性和提供可靠的材料与土的相互作用特性。

目前所公开的拉拔实验设备都只能一次对一层土工格栅进行拉拔试验，而实际工程中存在两层甚至多层土工格栅的情况，比如加筋路基，加筋挡土墙等。拉拔试验的设备尺寸一般都相对较小，由于室内模型尺寸效应的限制，关于筋土界面相互作用的研究会不可避免地受到边界效应的影响。并且现有的拉拔试验设备容易出现拉力不均匀分布而导致应力集中，使材料在夹具端破坏，这样会对试验的结果的准确性造成有很大的影响。此外，现有设备的加载方式多以油压千斤顶和水箱单面加载为主，而这两种加载方式常常会出现土体受力不匀且加载困难的局面。现有的设备未充分考虑到模拟实际工况时，边界效应对试验可靠性的影响。

技术实现要素：

本实用新型是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于实际工况的多功能土工格栅拉拔试验装置，不仅可实现同时对两层及以上土工格栅进行测试，还可以在动、静荷载条件下对各种型号土工格栅进行拉拔测试，并且可以有效减少尺寸效应和边界条件的影响。

本实用新型为了实现上述目的，采用了以下方案：

本实用新型提供一种基于实际工况的多功能土工格栅拉拔试验装置，其特征在于，包括：试样箱，包含：顶部开口、内部中空用于放置填料和埋设在填料中的至少一层土工格栅的长方体状箱体，正面和两个侧面上从上向下排列设置有与多层土工格栅相对应的多排滑槽，三个面上位于同一排的三个滑槽与同一块土工格栅的三条边部相对应，将位于正面的滑槽作为正面滑槽，将位于两个侧面的滑槽作为侧面滑槽；竖向加载部，包含：放置在填料上、可沿着箱体内壁上下移动的气垫层，设置在气垫层上、可沿着箱体内壁上下移动的加载板，和位于试样箱顶部开口上方，对准加载板施加竖向加载力的加载器；横向拉拔部，包含：夹持固定土工格栅的与正面滑槽相对应的正面边部的夹具，与夹具相连、并且横向延伸的拉杆，反力架，和安装在反力架上并与拉杆的后端相连的拉拔驱动器；以及测量部，包含：前端滑轮位于侧面滑槽外表面、后端连杆伸入侧面滑槽内并与土工格栅的侧面边部上的一排结点对应相连的多个滑轮构件，至少设置在箱体两个侧面上、并且位于滑槽近旁、表示滑轮位置的刻度线，安装在横向拉拔部上的拉力传感器和位移传感器，以及分别朝向箱体两个侧面、记录滑轮位置变化过程的两个摄录器。

本实用新型所涉及的基于实际工况的多功能土工格栅拉拔试验装置，还可以具有这样的特征：其中，箱体内部的尺寸为：长800mm，宽600mm，高900mm，箱体的壁厚为15mm，每个正面滑槽的横向长度为400mm，竖向宽度为8mm，形成拉拔口，每个侧面滑槽的横向长度为600mm，宽度为8mm，相邻各排滑槽的间距为100mm。

本实用新型所涉及的基于实际工况的多功能土工格栅拉拔试验装置，还可以具有这样的特征：加载板的四个侧面上均设有凸块，箱体的四个内壁上均设有与凸块相匹配、并且从上向下延伸的嵌合槽，可防止加载顶板倾斜而导致顶部荷载分布不均匀。

本实用新型所涉及的基于实际工况的多功能土工格栅拉拔试验装置，还可以具有这样的特征：夹具包含：两个夹板、紧固件、和连接件，每个夹板上均沿着长度方向设有多个连接孔，两个夹板分别从上下两侧夹住土工格栅，紧固件插入两个夹板上对应的连接孔中，将两个夹板与土工格栅紧固在一起，连接件将两个夹板与拉杆相连。

本实用新型所涉及的基于实际工况的多功能土工格栅拉拔试验装置，还可以具有这样的特征：夹板上设置的连接孔均为螺纹孔，并且相邻连接孔的间距为2cm。

本实用新型所涉及的基于实际工况的多功能土工格栅拉拔试验装置，还可以包含：多个光滑胶膜，与土工格栅固定相连，并且分别包裹住土工格栅的正面边部和两个侧面边部。

本实用新型所涉及的基于实际工况的多功能土工格栅拉拔试验装置，还可以具有这样的特征：滑轮构件包含：滑轮组、和带钩的连杆，滑轮组包含：转动轴，和通过该转动轴同轴相连的两个滑轮，连杆的一端与滑轮组的转动轴相连，另一端弯曲形成钩部、并与土工格栅的侧面边部上的结点对应相连。

本实用新型所涉及的基于实际工况的多功能土工格栅拉拔试验装置，还可以具有这样的特征：伺服液压加载器为静动液压伺服振动器，拉拔驱动器为穿心千斤顶。

本实用新型所涉及的基于实际工况的多功能土工格栅拉拔试验装置，还可以具有这样的特征：拉力传感器安装在拉杆与连接件之间，位移传感器为位移百分表，与拉拔驱动器相连。

本实用新型所涉及的基于实际工况的多功能土工格栅拉拔试验装置，还可以具有这样的特征：横向拉拔部包含至少两个夹具、至少两个拉拔驱动器、和至少两个拉杆，所有拉拔驱动器均从下向下排列安装在反力架上，每排拉拔驱动器与一排正面滑槽相对应，测量部包含两个拉力传感器和两个位移传感器。

实用新型的作用与效果

本实用新型提供的基于实际工况的多功能土工格栅拉拔试验装置，能够同时对单层或多层土工格栅进行拉拔试验测试；伺服液压加载器将力施加在加载板上，然后气垫层对荷载进行缓冲和传导，使荷载能够在填料顶部均匀分布；并且通过选择不同的正面滑槽作为拉拔口，就相应的选择了不同的填料厚度，从而可以根据实际工况方便地调整填料厚度；采用摄录器朝向箱体两个侧面，来记录滑轮构件的位置变化情况，则可以获得土工格栅该侧中一排结点中每个结点的位移变化情况，进而可以根据拉力传感器和位移传感器采集的数据得到筋土相对位移和土工格栅变形量之间的关系，为需要加筋的工程提供参考。

另外，对土工格栅三个边部连接光滑胶膜，可以有效解决实际拉拔过程中填料堆积在墙壁，特别是堆积在拉拔方向上，避免填料卡住造成应力集中的问题。

附图说明

图1是本实用新型实施例涉及的基于实际工况的多功能土工格栅拉拔试验装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例涉及的基于实际工况的多功能土工格栅拉拔试验装置的侧视图；

图3是本实用新型实施例涉及的基于实际工况的多功能土工格栅拉拔试验装置的俯视图；

图4是本实用新型实施例涉及的基于实际工况的多功能土工格栅拉拔试验装置的透视图；

图5是本实用新型实施例涉及的箱体(a)和加载板(b)对应关系示意图；

图6是本实用新型实施例涉及的夹具的结构示意图；

图7是本实用新型实施例涉及的土工格栅、光滑胶膜和夹具的安装关系示意图一；

图8是本实用新型实施例涉及的土工格栅、光滑胶膜和夹具的安装关系示意图二；

图9是本实用新型实施例涉及的滑轮构件的结构示意图。

具体实施方式

以下参照附图对本实用新型所涉及的基于实际工况的多功能土工格栅拉拔试验装置作详细阐述。

<实施例>

如图1～4和7所示，基于实际工况的多功能土工格栅拉拔试验装置10包括承台板20、试样箱30、竖向加载部40、横向拉拔部50、多个光滑胶膜60、以及测量部70。

承台板20为长方体状，上下表面都与水平面相平行，起到承载作用。

试样箱30固定安装在承台板20上，它包含箱体31和多排滑槽32。

箱体31的顶部开口，内部中空并且呈长方体状，用于放置填料和埋设在填料中的至少一个待测试的土工格栅G。本实施例中，箱体31是通过角钢连接于承台板20上，角钢的一侧与箱体31的侧壁进行焊接，另一侧设置螺栓孔，用配套螺栓与承台板20连接；箱体31底面钢板和四周钢板采用焊接连接；箱体31内部的尺寸为：长800mm，宽600mm，高900mm；箱体31的壁厚为15mm。另外，整个箱体31涂抹润滑油使内壁保持润滑。放置试样时，先在箱体31中放置一定高度的填料(如道砟)，再把待测试的土工格栅G放在上面，最后在土工格栅G的上面再加一定高度的填料；也就是说，在土工格栅G的上下两层都要设置填料。

滑槽32设置在箱体31的正面和两个侧面上，并且贯穿箱体31的侧壁，本实施例中，如图1和2所示，共设置有十五条滑槽32，每个面上都从上向下排列设置有五条(即五排)相互平行的滑槽32。三个面上位于同一排的三个滑槽32处于同一个平面内，从而能够与同一块土工格栅G的三条边部相对应。每个面上，上下相邻的各排滑槽32的间距为100mm，位于最下方一排的滑槽32距离箱体31的底板200mm。将位于正面的滑槽32作为正面滑槽32a，将位于两个侧面的滑槽32作为侧面滑槽32b；每个正面滑槽32a的横向长度为400mm，竖向宽度(滑槽上下表面的间距)为8mm，形成拉拔口32a，与图2中箭头F所示的拉拔方向相垂直；每个侧面滑槽32b的横向长度为600mm，宽度为8mm，并且与拉拔方向F相平行。每个滑槽32a和32b内都涂有润滑油。

如图4和5所示，竖向加载部40包含气垫层41、加载板42、和伺服液压加载器43。

气垫层41放置在最上层填料之上，四周与箱体31相贴合接触，并可沿着箱体31内壁上下移动。本实施例中，采用橡胶起重气垫作为气垫层41，载荷1吨，起升高度为80mm，长800mm左右，宽600mm左右，可充气、充水使用。

加载板42设置在气垫层41之上，也可沿着箱体31内壁上下移动。如图5所示，加载板42的四个侧面上均设有凸块42a，箱体31的四个内壁上均设有与凸块42a相匹配、并且从上向下延伸的嵌合槽。通过凸块42a和嵌合槽31a相配合使得加载板42可以更好的与箱体31的内壁贴合卡扣、稳定移动，避免拉拔过程中由于箱体31内填料的膨胀而导致顶部加载板42发生倾斜。

伺服液压加载器43通过固定架43a架设在试样箱30顶部开口正上方，对准加载板42施加竖向加载力。本实施例中，采用的伺服液压加载器43为静动液压伺服振动器，静动液压伺服振动器竖直向下对加载板42施加动静荷载，气垫层41对荷载进行缓冲和传导，使荷载能够在填料顶部均匀分布。

如图1～2、4和6所示，横向拉拔部50包含两个夹具51、两个拉杆52、反力架53、以及两个拉拔驱动器54。

夹具51用于夹持固定土工格栅G的正面边部(即与正面滑槽32a相对应的边部)。夹具51包含两个夹板511、紧固件(图中未显示)、和连接件512。

每个夹板511上均沿着长度方向均匀设有多个连接孔511a，两个夹板511分别从上下两侧夹住土工格栅G。本实施例中，两个夹板511上设置的连接孔511a均为螺纹孔，并且相邻连接孔511a的间距为2cm。由于设置有多个连接孔511a，因此可以根据土工格栅G的孔径选择不同组合插入紧固件固定土工格栅G，比如，孔径为35mm的土工格栅G，每隔两个连接孔511a采用紧固件固定；孔径为65mm的土工格栅G，每隔三个连接件512采用紧固件固定。

紧固件与连接孔511a相配合，能够插入上夹板511和下夹板上对应的连接孔511a中，并将上夹板511和下夹板与土工格栅G紧固在一起。本实施例中，采用M3螺母和螺帽作为紧固件。两个夹板511夹住土工格栅G后，就可以按照选择的连接孔511a，采用螺母和螺帽固定。

每个连接件512均为框型结构，前端设有上下两个安装柱，用于固定安装两个夹板511，后端与拉杆52相连。

每个拉杆52都与一个夹具51相连，并且沿着拉拔方向F延伸。

反力架53通过螺栓固定安装在承台板20上，本实施例中，反力架53上共开设有五个安装位，与五排正面滑槽32a(五个拉拔口)一一对应。

两个拉拔驱动器54分别可拆卸地安装在反力架53的不同安装位上，并与拉杆52的后端相连，两个拉拔驱动器54都可以根据土工格栅G位置的不同调整安装位置，从而使得拉拔驱动器54可以对处于不同拉拔口内的土工格栅G实施拉拔，并且两个拉拔驱动器54可以同时对两层土工格栅G进行拉拔测试。本实施例中拉拔驱动器54为穿心千斤顶。

如图7所示，多个光滑胶膜60(图中斜条纹部分)均与土工格栅G固定相连，并且分别包裹住土工格栅G的正面边部和两个侧面边部。光滑胶膜60一方面可以防止位于箱体31内壁附近的填料卡在土工格栅G里，而导致的引起边界效应；另一方面并且能有效减少夹具51和土工格栅G之间这块区域的应力集中效应。本实施例中，采用的光滑胶膜60为厚度2～5mm的橡胶膜，可在上面涂上一层黄油，减少摩擦力；光滑胶膜60上下两层包裹住土工格栅G的正面边部和两个侧面边部，并且与该区域的土工格栅G结点连接；如图8所示，两个夹板511夹紧光滑胶膜60，从而间接夹紧和固定住土工格栅G。

如图1～2和9所示，测量部70包含多个滑轮构件71、十条刻度线(图中未显示)、两个拉力传感器72、两个位移传感器73、以及两个摄录器(图中未显示)。

每个滑轮构件71都包含滑轮组711和带钩的连杆712。滑轮组711包含转动轴711a和通过该转动轴711a同轴相连的两个滑轮711a。滑轮711a位于侧面滑槽32b的外，并可沿着其外表面来回滑动。连杆712的一端与转动轴711a相连；另一端伸入侧面滑槽32b内，并且前端弯曲形成钩部，与土工格栅的侧面边部上的结点对应相连，用钩部约束住结点。多个滑轮构件71分别与土工格栅的侧面边部上的一排结点相连，从而可以同步反应每个结点的位移变化情况。

十条刻度线分别设置在箱体31两个侧面上，并且位于十个侧面滑槽32b的上方区域处，用于表示滑轮711a的位置。在拉拔过程中，通过观察记录箱体31外各个滑轮711a的位置，即可获得土工格栅的每个结点的位移。

拉力传感器72和位移传感器73均安装在横向拉拔部50上。具体的，拉力传感器72是安装在拉杆52与连接件512之间，采集拉拔力数据；位移传感器73为位移百分表，它的一端通过安装架73a安装在承台板20上方，另一端与拉拔驱动器54连接，采集位移数据。

两个摄录器设置在箱体31的近旁，并且分别朝向箱体31两个侧面，记录各个滑轮711a的位置变化过程。

如图1至9所示，基于以上结构，采用本实用新型所提供的基于实际工况的多功能土工格栅拉拔试验装置10进行拉拔试验的具体操作过程为：

在静载条件下，选择道砟为填料，同时对两层土工格栅G进行拉拔测试。按照从下向上的顺序，选择第一和第三两个拉拔口32a。这两个拉拔口32a将箱体31分为三个部分，分别进行填料，填料高度均为200mm。

一、向箱体31填装一层200mm厚的道砟。

二、将光滑胶膜60，夹具51和土工格栅G按图1和8连接，同时穿过第一个拉拔口32a，在之后带杆滑轮711a(12)穿过滑槽32(11)连接光滑胶膜60。

三、填200mm厚的道砟，重复步骤二，完成铺设第二层土工格栅G。

四、填200mm厚的道砟，依次从下往上放置气垫层41和加载板42。

五、接着依次连接夹具51、拉力传感器72、拉杆52、拉拔驱动器54、反力架53、位移传感器73。

六、启动伺服液压加载器43，调至设定值，施加竖向静荷载，数值稳定后打开摄录器并启动拉拔驱动器54。

试验结束后，根据摄录器记录的各个滑轮711a的位置变化情况，以及拉力传感器72和位移传感器73和采集的数据，得到水平荷载随时间变化的值。再通过计算即可得到筋土相对位移和土工格栅变形量之间的关系，从而为需要加筋的工程提供参考。

以上实施例仅仅是对本实用新型技术方案所做的举例说明。本实用新型所涉及的基于实际工况的多功能土工格栅拉拔试验装置并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的结构，而是以权利要求所限定的范围为准。本实用新型所属领域技术人员在该实施例的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本实用新型所要求保护的范围内。

在上述实施例中，横向拉拔部是包含两个夹具、两个拉拔驱动器、和两个拉杆，从而可以同时对两层土工格栅进行拉拔测试；本实用新型中，为了同时进行更多层土工格栅的拉拔测试，横向拉拔部可以包含两个以上的夹具、拉拔驱动器、和拉杆，相应的，测量部包含相同数量的拉力传感器和位移传感器。