一种测试传统夯筑遗址层界面抗拉强度的方法与流程

本发明涉及土遗址保护试验研究及保护加固领域，属于传统夯土遗址层界面内力研究的重要方法，尤其对研究在静力、地震力等作用下夯土结构层界面薄弱区内力分布特征具有重要意义。本方法也可以应用于岩土工程等相关领域。

背景技术：

我国西北地区的新疆、甘肃、宁夏和陕西境内遗存许多古代土建筑遗址，蜿蜒北部的长城，西北苍茫戈壁上的关城、烽燧，新疆的交河、高昌、楼兰、尼雅遗址，可谓上下万年，纵横万里，遍布中华。这些土建筑遗址历史悠久，有的已列为世界文化遗产，有着很高的考古学和历史价值。受建造工艺影响夯土层界面相对较为脆弱，在长期自然和人为因素影响下，层界面最先出现表面风化、掏蚀、横向裂隙发育等多种病害。在遗址本体重力作用下局部拉裂或压碎，形成贯通层状裂隙直至坍塌，这种病害是威胁遗址本体能否长期保存的主要因素之一。调查发现，平底夯层、夯窝较浅的夯土导致遗址更加容易发生分层坠落坍塌破坏。

一般情况土体强度主要指抗剪和抗压强度，抗拉强度往往被忽略，然而大量实验发现夯土遗址的拉裂破坏是夯土体整体破坏的主要因素，夯土体由于层界面接触相对较弱，其抗拉强度远低于土体抗压强度，在外力作用下往往最先被拉裂，因此，研究夯土体层界面的抗拉强度具有重要的工程实践意义。然而，常用的实验室土体抗压强度测试方法有土梁弯曲法、径向劈裂法和轴向压裂法等，这些方法对测试传统夯筑遗址层界面抗拉强度均不实用，尤其不能真实反映层界面的抗拉强度。鉴于此，通过大量的试验发现，夯土的抗拉强度测试利用单轴拉伸是最有效，且也是最直接的方法。

技术实现要素：

抗拉强度是黏性土体整体性评价重要指标，工程实践和研究相对较少，遗址土局部受压、受拉、层界面风化掏蚀、悬空区层状剥落和层间滑移坍塌等问题与夯土层界面抗拉强度有密切的关系。为了克服现有试验机测试重塑土样受拉破坏的局限性，尤其针对传统夯筑层界面咬合力的测试更为困难。为此，本发明的目的在于提供一种测试传统夯筑遗址层界面抗拉强度的方法。本方法通过化学加固剂加固重塑土样两端，并黏贴拉力片在待测试样上，再通过拉力片挂钩与wdw-200型微机控制电子万能试验机连接，实现试样的全过程受拉破坏，从而有效测量试样界面最大受拉强度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种测试传统夯筑遗址层界面抗拉强度的方法，其步骤为：

（一）拉力片的制作

（1）制作试样制备直径61.8mm、高41.7mm无界面抗拉强度试样，测试试样为二层击实试样，单层击实厚度为41.7mm、击双层厚度为83.4mm，自然阴干，实际抗拉试样厚度有20mm，试样的含水率为2±0.5%；

（2）试样居中，采用浓度10%硅丙乳液对试样上下两端进行涂抹加固，加固深度严格控制在5±1mm的范围，控制硅丙乳液加固试样两端的渗透量不少于3ml；

（3）待加固硅丙乳液48小时完全干透后，在硅丙乳液两端均匀涂抹环氧树脂，厚度为2mm，然后，将70mm×70mm×5mm方形带柄拉力片粘结扣压在环氧树脂上，施力挤压；

（二）试样界面抗拉强度的测试

（1）将试样两端带柄拉力片与电子万能试验机的夹具有效连接；

（2）调整万能试验机的拉伸速率为0.5mm/min，对试样稍加0.001kn的初始荷载，然后将力值、位移清零；

（3）点击开始试验按钮，拉伸试验开始，直至试样完全破坏，点击停止试验按钮，结束试样的拉力试验，得出拉力f；

（4）保存试验数据；

（5）试验结果计算，得出试样抗拉强度σ=f/s和试样层界面应变ε=△l/l0，绘制试样层界面抗拉强度曲线图：

式中：

σ表示试样的单轴抗拉强度；

f表示最大拉力，试样拉断的最大拉力；

s表示试样断面面积；

ε表示最大拉应力相对应的应变；

△l表示与最大拉应力相对应的位移；

l0表示试样的有效长度。

本发明优点和产生的有益效果是：

（1）本发明使用10%硅丙乳液加固了待测试样两端，通过黏结剂与拉力片紧密粘贴，避免试样夹具使得试样变形、围压压碎等现象，很好的实现了直接测试层界面抗拉强度；通过环氧树脂粘贴拉力片在试样两端，实现了通过拉力片借助万能试验机以0.5mm/min均匀施力。

（2）能够实现相对稳定的测试过程，测试精确度较高，能够适应多种复杂土体条件下的土体抗拉强度的测量。

（3）本发明可以应用于岩土质、多孔、易碎材料无法实现万能试验机夹具压力要求的材料抗拉强度的测试。

（5）本发明操作简单，应用方便，造价低，在测量夯土体层界面抗拉强度具有广泛的应用场景。

附图说明

图1为拉力片示意图；

图2为拉力片与试验机组装示意图。

具体实施方式

本发明使用的万能试验机为天水红山试验有限公司生产的wdw-200型微机控制电子万能试验机进行抗拉强度试验，拉伸速率为0.5mm/min，实验时试样的含水率为2±0.5%。

下面结合附图对本发明再作进一步的说明：

一种测试传统夯筑遗址层界面抗拉强度的方法，其步骤为：

（一）拉力片的制作

（1）制作试样采集交河土质，制备直径61.8mm、高41.7mm无界面抗拉强度试样，试样1直接夯击成形、光面、毛面和夯窝面处理的二层击实试样，单层击实厚度为41.7mm、击双层厚度为83.4mm，自然阴干。为满足抗拉强度试样的端部加固高度需求，确保实际抗拉试样厚度为20mm，阴干36-48小时，试样的含水率为2±0.5%；

（2）试样居中，采用浓度10%硅丙乳液2对试样上下两端进行涂抹加固，加固深度严格控制在5±1mm的范围，控制硅丙乳液2加固试样的渗透量不少于3ml；

（3）待加固硅丙乳液48小时完全干透后，再利用硅丙乳液2加固试样1两端强度高于中间区域试样的特点，在硅丙乳液2两端均匀涂抹环氧树脂3，厚度为2mm，然后，将70mm×70mm×5mm方形带柄拉片4粘结扣压在环氧树脂3，适当施力挤压确保拉力片完全紧密与试样1均匀接触，防止环氧树脂流淌至试样中间区域影响试验结果；

（二）试样界面抗拉强度的测试

（1）将试样两端带柄拉力片4与电子万能试验机5的夹具有效连接；

（2）调整万能试验机5的拉伸速率为0.5mm/min，对试样稍加0.001kn的初始荷载，然后将力值、位移清零。

（3）点击万能试验机5开始试验按钮，拉伸试验开始，直至试样完全破坏，点击停止试验按钮，结束试样的拉力试验，得出拉力f。

（4）保存试验数据。

（5）试验结果计算，得出试样抗拉强度σ=f/s和试样层界面应变ε=△l/l0，

式中：

σ表示试样的单轴抗拉强度；

f表示最大拉力，试样拉断的最大拉力；

s表示试样断面面积；

ε表示最大拉应力相对应的应变；

△l表示与最大拉应力相对应的位移；

l0表示试样的有效长度。

为了测定传统夯筑遗址层界面抗拉强度，在实际操作过程中，采集不同层界面的试样。为了降低密度和含水率对结果产生的影响，各组试样密度相近（密度之差不大于±0.01g/cm³），每组试样的含水率之差不大于±1%。最后综合评价不同层界面处理方式和夯层增加对抗拉强度的影响特征。