一种土体断裂韧度与拉伸强度的装置及其使用方法

1.本发明涉及新型土体检测技术领域，具体为一种土体断裂韧度与拉伸强度的装置及其使用方法。


背景技术：

2.随着社会的快速发展，越来越多的特殊黏土开始被应用在不同的领域中，为了确保特殊黏土的使用性能，需要对其的断裂强度和拉伸强度继续判定，但是，现有的技术下不便于对土体进行高效、稳定的自动化断裂韧度与拉伸强度的测定。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种土体断裂韧度与拉伸强度的装置及其使用方法，以解决了现有的问题：现有的技术下不便于对土体进行高效、稳定的自动化断裂韧度与拉伸强度的测定。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种土体断裂韧度与拉伸强度的装置，包括检测容纳软管、配动检测输出结构、第一定位辅助检测板和等效应力检测结构，所述检测容纳软管的底端固定连接有第一定位辅助检测板，所述第一定位辅助检测板的两侧固定连接有配动检测输出结构，所述检测容纳软管的顶端固定连接有等效应力检测结构。
5.优选的，所述配动检测输出结构包括支撑搭载板、横向引导块、第一电机、螺杆、光杆和配动推块，所述支撑搭载板的顶端焊接有横向引导块，所述横向引导块的一端通过螺钉固定连接有第一电机，所述第一电机的输出端固定连接有螺杆，所述螺杆的另一端与横向引导块的内侧转动连接，所述横向引导块的内侧还焊接有两个光杆，所述光杆位于螺杆的两侧，所述光杆的外侧滑动连接有配动推块，所述配动推块的内侧还与螺杆通过螺纹连接。
6.优选的，所述配动检测输出结构还包括无杆气缸、配动搭载板、第二电机、翻转拨动块、第一液压活塞缸和挤压受力推块，所述配动推块的顶端固定连接有无杆气缸，所述无杆气缸的一端滑动连接有多个配动搭载板，所述配动搭载板的一侧通过螺钉固定连接有第二电机，所述第二电机的输出端固定连接有翻转拨动块，所述翻转拨动块的另一侧与配动搭载板转动连接，所述翻转拨动块的一端通过螺钉固定连接有第一液压活塞缸，所述第一液压活塞缸的输出端固定连接有挤压受力推块。
7.通过控制第一电机完成对螺杆的转矩输出，使得螺杆转动，并利用螺杆和配动推块的螺纹连接，使得配动推块处获得转矩，利用配动推块和光杆的滑动连接，使得配动推块处的转矩被限位形成滑动位移，利用配动推块的滑动位移带动调节挤压受力推块靠近检测容纳软管的横向距离，此时通过无杆气缸完成对所有配动搭载板的带动，调节多个挤压受力推块相对于检测容纳软管的高度，并利用第二电机对翻转拨动块的转动带动，完成对挤压受力推块受力导出角度的调节，在调节完成后，控制第一液压活塞缸完成对挤压受力推块的推导，使得挤压受力推块对检测容纳软管施加多个主应力。
8.优选的，所述等效应力检测结构包括检测行程搭载管、定位容纳搭载结构、辅助搭载板、第二液压活塞缸、配动检测结构、第二定位辅助检测板和磁吸接口，所述检测行程搭载管的底端固定连接有定位容纳搭载结构，所述检测行程搭载管的一侧固定连接有辅助搭载板，所述辅助搭载板的顶端通过螺钉固定连接有第二液压活塞缸，所述第二液压活塞缸的输出端磁吸连接有磁吸接口，所述磁吸接口的底端固定连接有第二定位辅助检测板，所述检测行程搭载管的顶端固定连接有配动检测结构，所述配动检测结构的底端与第二定位辅助检测板固定连接。
9.优选的，所述定位容纳搭载结构包括宽距离搭载板、辅助定位板、第一弹簧和适应夹紧块，所述宽距离搭载板两侧的底端焊接有辅助定位板，所述辅助定位板的一侧焊接有第一弹簧，所述第一弹簧的一端焊接有适应夹紧块，所述适应夹紧块的内侧与检测容纳软管贴合。
10.由于检测容纳软管受到应力挤压，使得土体形成局部收缩向顶端挤出，检测容纳软管顶部的直径变大，推导适应夹紧块，利用适应夹紧块和第一弹簧的配合，使得第一弹簧受力收缩，带动适应夹紧块跟随检测容纳软管向两侧扩张，避免了检测容纳软管直径变大时等效应力检测结构脱离。
11.优选的，所述配动检测结构包括测试内转管、压力检测器、第二弹簧和受力推导滑杆，所述测试内转管的顶端固定连接有压力检测器，所述压力检测器的底端固定连接有第二弹簧，所述第二弹簧的底端焊接有受力推导滑杆，所述受力推导滑杆与测试内转管的内侧滑动连接，所述受力推导滑杆的底端与第二定位辅助检测板焊接连接。
12.优选的，所述第二定位辅助检测板和第一定位辅助检测板的结构完全相同，所述第一定位辅助检测板和第二定位辅助检测板均包括检测板主体、第三液压活塞缸和定位锁紧插销，所述检测板主体两侧的底端均通过螺钉固定连接有第三液压活塞缸，所述第三液压活塞缸的输出端固定连接有定位锁紧插销。
13.优选的，所述检测容纳软管的材质为透明橡胶。
14.一种土体断裂韧度与拉伸强度的装置的使用方法，用于如上任意一项，步骤如下：第一步：将定量定型的土体插入检测容纳软管的内部，通过定位容纳搭载结构将等效应力检测结构卡接在检测容纳软管的顶端；第二步：通过控制推导使得多个挤压受力推块处于合适测试的距离、高度以及角度，此时控制第一液压活塞缸完成对挤压受力推块的推导，使得挤压受力推块挤压检测容纳软管，完成对检测容纳软管内部土体的角度受力，从而形成σ1，σ2和σ3；第三步：由于土体的受力挤压形成向顶端的涌动推导，使得第二定位辅助检测板受力推动挤压受力推导滑杆，利用受力推导滑杆推动挤压第二弹簧最终在压力检测器处形成具体的受力数据，从而形成σh；第四步：根据公式计算的出具体的断裂韧度；第五步：将等效应力检测结构与检测容纳软管分离，将检测容纳软管内部的原有土体倒出，将与第一次检测相同的重量体型的被测土体插入检测容纳软管的内部；第六步：控制第二定位辅助检测板和第一定位辅助检测板内部的第三液压活塞缸完成对定位锁紧插销的推导，使得定位锁紧插销插入土体的内部，形成对于土体的顶端和底端的定位；
第七步：通过控制第二液压活塞缸完成输出端的下压，此时开启磁吸接口通过磁吸与第二液压活塞缸的输出端连接，利用第二液压活塞缸带动输出端复位完成对检测容纳软管内部土体的拉扯；第八步：当土体从检测容纳软管外侧观察为未完全断开前，持续观察压力检测器处压力值的变化，从而获得土体的拉伸受力强度的对等受力数值。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过装置的整体设计，使得装置便于完成对具有规格的土体进行自动化的精准可调控的土体拉伸的受力强度和断裂韧度进行检测。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明整体的结构示意图；图2为本发明配动检测输出结构的局部结构示意图；图3为本发明等效应力检测结构的局部结构示意图；图4为本发明定位容纳搭载结构的局部结构示意图；图5为本发明配动检测结构的局部结构示意图；图6为本发明第一定位辅助检测板和第二定位辅助检测板的局部结构示意图；图7为本发明整体装置的检测受力示意图；图8为本发明断裂韧度的曲线示意图。
18.图中：1、检测容纳软管；2、配动检测输出结构；3、第一定位辅助检测板；4、等效应力检测结构；5、支撑搭载板；6、横向引导块；7、第一电机；8、螺杆；9、光杆；10、配动推块；11、无杆气缸；12、配动搭载板；13、第二电机；14、翻转拨动块；15、第一液压活塞缸；16、挤压受力推块；17、检测行程搭载管；18、定位容纳搭载结构；19、辅助搭载板；20、第二液压活塞缸；21、配动检测结构；22、第二定位辅助检测板；23、磁吸接口；24、宽距离搭载板；25、辅助定位板；26、第一弹簧；27、适应夹紧块；28、测试内转管；29、压力检测器；30、第二弹簧；31、受力推导滑杆；32、检测板主体；33、第三液压活塞缸；34、定位锁紧插销。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
20.实施例一：请参阅图1：一种土体断裂韧度与拉伸强度的装置，包括检测容纳软管1、配动检测输出结构2、第一定位辅助检测板3和等效应力检测结构4，检测容纳软管1的底端固定连接有第一定位辅助检测板3，第一定位辅助检测板3的两侧固定连接有配动检测输出结构2，检测容纳软管1的顶端固定连接有等效应力检测结构4。
21.请参阅图2：配动检测输出结构2包括支撑搭载板5、横向引导块6、第一电机7、螺杆8、光杆9和配动推块10，支撑搭载板5的顶端焊接有横向引导块6，横向引导块6的一端通过螺钉固定连接有第一电机7，第一电机7的输出端固定连接有螺杆8，螺杆8的另一端与横向引导块6的内侧转动连接，横向引导块6的内侧还焊接有两个光杆9，光杆9位于螺杆8的两侧，光杆9的外侧滑动连接有配动推块10，配动推块10的内侧还与螺杆8通过螺纹连接；配动检测输出结构2还包括无杆气缸11、配动搭载板12、第二电机13、翻转拨动块14、第一液压活塞缸15和挤压受力推块16，配动推块10的顶端固定连接有无杆气缸11，无杆气缸11的一端滑动连接有多个配动搭载板12，配动搭载板12的一侧通过螺钉固定连接有第二电机13，第二电机13的输出端固定连接有翻转拨动块14，翻转拨动块14的另一侧与配动搭载板12转动连接，翻转拨动块14的一端通过螺钉固定连接有第一液压活塞缸15，第一液压活塞缸15的输出端固定连接有挤压受力推块16；通过控制第一电机7完成对螺杆8的转矩输出，使得螺杆8转动，并利用螺杆8和配动推块10的螺纹连接，使得配动推块10处获得转矩，利用配动推块10和光杆9的滑动连接，使得配动推块10处的转矩被限位形成滑动位移，利用配动推块10的滑动位移带动调节挤压受力推块16靠近检测容纳软管1的横向距离，此时通过无杆气缸11完成对所有配动搭载板12的带动，调节多个挤压受力推块16相对于检测容纳软管1的高度，并利用第二电机13对翻转拨动块14的转动带动，完成对挤压受力推块16受力导出角度的调节，在调节完成后，控制第一液压活塞缸15完成对挤压受力推块16的推导，使得挤压受力推块16对检测容纳软管1施加多个主应力；请参阅图3：等效应力检测结构4包括检测行程搭载管17、定位容纳搭载结构18、辅助搭载板19、第二液压活塞缸20、配动检测结构21、第二定位辅助检测板22和磁吸接口23，检测行程搭载管17的底端固定连接有定位容纳搭载结构18，检测行程搭载管17的一侧固定连接有辅助搭载板19，辅助搭载板19的顶端通过螺钉固定连接有第二液压活塞缸20，第二液压活塞缸20的输出端磁吸连接有磁吸接口23，磁吸接口23的底端固定连接有第二定位辅助检测板22，检测行程搭载管17的顶端固定连接有配动检测结构21，配动检测结构21的底端与第二定位辅助检测板22固定连接；请参阅图4：定位容纳搭载结构18包括宽距离搭载板24、辅助定位板25、第一弹簧26和适应夹紧块27，宽距离搭载板24两侧的底端焊接有辅助定位板25，辅助定位板25的一侧焊接有第一弹簧26，第一弹簧26的一端焊接有适应夹紧块27，适应夹紧块27的内侧与检测容纳软管1贴合；由于检测容纳软管1受到应力挤压，使得土体形成局部收缩向顶端挤出，检测容纳软管1顶部的直径变大，推导适应夹紧块27，利用适应夹紧块27和第一弹簧26的配合，使得第一弹簧26受力收缩，带动适应夹紧块27跟随检测容纳软管1向两侧扩张，避免了检测容纳软管1直径变大时等效应力检测结构4脱离；请参阅图5
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6：配动检测结构21包括测试内转管28、压力检测器29、第二弹簧30和受力推导滑杆
31，测试内转管28的顶端固定连接有压力检测器29，压力检测器29的底端固定连接有第二弹簧30，第二弹簧30的底端焊接有受力推导滑杆31，受力推导滑杆31与测试内转管28的内侧滑动连接，受力推导滑杆31的底端与第二定位辅助检测板22焊接连接；第二定位辅助检测板22和第一定位辅助检测板3的结构完全相同，第一定位辅助检测板3和第二定位辅助检测板22均包括检测板主体32、第三液压活塞缸33和定位锁紧插销34，检测板主体32两侧的底端均通过螺钉固定连接有第三液压活塞缸33，第三液压活塞缸33的输出端固定连接有定位锁紧插销34；检测容纳软管1的材质为透明橡胶。
22.实施例二：一种土体断裂韧度与拉伸强度的装置的使用方法，用于如上实施例，步骤如下：第一步：将定量定型的土体插入检测容纳软管1的内部，通过定位容纳搭载结构18将等效应力检测结构4卡接在检测容纳软管1的顶端；第二步：通过控制推导使得多个挤压受力推块16处于合适测试的距离、高度以及角度，此时控制第一液压活塞缸15完成对挤压受力推块16的推导，使得挤压受力推块16挤压检测容纳软管1，完成对检测容纳软管1内部土体的角度受力，从而形成σ1，σ2和σ3；第三步：由于土体的受力挤压形成向顶端的涌动推导，使得第二定位辅助检测板22受力推动挤压受力推导滑杆31，利用受力推导滑杆31推动挤压第二弹簧30最终在压力检测器29处形成具体的受力数据，从而形成σh；第四步：根据公式：第一公式：第二公式：计算的出具体的应力三轴度，其中η为应力三轴度，其中σh为静水平应力，其中为等效应力，对于本领域技术人员而言，应力三轴度作为断裂参数，既可以从宏观上为研究不同断裂机理提供理论支持，又可以提高细观角度建立的韧性断裂准则的准确性。故以应力三轴度的值作为区分断裂机理，通过η代替第二公式中σ，测量土体断裂初始的裂纹为断裂韧度的预留长度a，测量成型土体断裂后的断裂宽度，从而求出断裂韧度的w，采用有限元数值计算对形状参数ya/w进行标定，然后根据实际测试数据计算出成型土体2的断裂韧度的具体数值；第五步：将等效应力检测结构4与检测容纳软管1分离，将检测容纳软管1内部的原有土体倒出，将与第一次检测相同的重量体型的被测土体插入检测容纳软管1的内部；第六步：控制第二定位辅助检测板22和第一定位辅助检测板3内部的第三液压活塞缸33完成对定位锁紧插销34的推导，使得定位锁紧插销34插入土体的内部，形成对于土体的顶端和底端的定位；第七步：通过控制第二液压活塞缸20完成输出端的下压，此时开启磁吸接口23通
过磁吸与第二液压活塞缸20的输出端连接，利用第二液压活塞缸20带动输出端复位完成对检测容纳软管1内部土体的拉扯；第八步：当土体从检测容纳软管1外侧观察为未完全断开前，持续观察压力检测器29处压力值的变化，根据力学平衡定理，可知压力检测器29处的压力值即为土体的拉伸受力强度，从而获得土体的拉伸受力强度的对等受力数值。
23.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。