一种非饱和固化土直接拉伸疲劳开裂试验装置

本技术提供一种适用于非饱和固化土材料的直接拉伸疲劳开裂试验装置，能测得固化土材料的拉伸疲劳开裂性能参数，便于分析和评估材料作为固化土基层或底基层结构时的抗疲劳性能，属于道路工程领域。

背景技术：

1、对于固化土基层或底基层来说，在交通荷载作用下，基层或底基层层底的拉应力一般较大，往往会产生拉伸疲劳开裂，从而使基层整体性能下降，因此为了保证道路结构使用寿命满足要求，需要重点关注固化土材料的拉伸疲劳开裂性能。

2、目前，关于固化土材料疲劳开裂性能的测试方法多采用间接拉伸(三点弯试验)，通过用三分点施加havesine波的动态周期性的压应力荷载模式进行试验，虽然该方法能在一定程度上测得固化土材料的相关疲劳开裂指标，但其仍属于间接拉伸范畴，且没有考虑固化土的非饱和特性。要知道在实际服役过程中，我国大多数地区道路结构中基层多处于非饱和状态。对于固化土来说，由于基质吸力的存在，非饱和特性会在很大程度上影响其内部真实受力状态，从而影响疲劳开裂过程。因此，急需一种非饱和固化土材料直接拉伸疲劳开裂试验装置及实施方案。

技术实现思路

1、为解决现有技术的不足，本实用新型提供一种非饱固化土直接拉伸疲劳开裂试验装置，来解决当前固化土基层材料直接拉伸疲劳试验难以实现的技术难题，并且充分考固化土材料的非饱和特性，使得疲劳开裂分析过程能更好的反应材料真实损伤状态，从而更好的指导固化土材料配伍及道路结构设计。

2、本实用新型采用的技术方案如下：

3、一种非饱和固化土直接拉伸疲劳开裂试验装置，utm试验机、上部拉伸转接头、下部拉伸转接头、拉伸试验夹具、铁本色圆柱螺母，外接磁吸式应变传感器及孔压传感器；其中上部拉伸转接头底部、下部拉伸转接头顶部通过ab强力胶黏剂与固化土试件上下表面粘结，铁本色圆柱螺母从侧面通过ab强力胶黏剂黏贴到固化土试件内，外接磁吸式应变传感器通过与铁本色圆柱螺母连接实现固化土试件变形监测；所述固化土试件外表面通过橡胶膜包裹密封，铁本色圆柱螺母端部与橡胶膜交界处通过密封专用乳胶密封；所述下部拉伸转接头设有预留孔用于装设孔压传感器，所述孔压传感器与固化土试件内部土体紧密连接；上部拉伸转接头顶部、下部拉伸转接头底部通过拉伸试验夹具装载至utm试验机中。

4、进一步地，所述上部拉伸转接头、下部拉伸转接头的形状为圆柱体。

5、进一步地，所述上部拉伸转接头顶部、下部拉伸转接头底部、拉伸试验夹具均设有螺纹孔，上部拉伸转接头顶部、下部拉伸转接头底部与拉伸试验夹具通过螺纹杆连接。

6、进一步地，上部拉伸转接头尺寸为φ70mm、高30mm，一面有深25mm、φ15mm的螺纹孔，一面刻有井字型图案；下部拉伸转接头与上部拉伸转接头形状尺寸类似，但不同的是，在下部拉伸转接头中设置有孔压传感器埋置预留孔。

7、进一步地，所述预留孔上表面边缘设有凸起。

8、进一步地，所述固化土试件底部设有与凸起对应的凹槽。

9、进一步地，考虑到土体材料与水泥等材料不同，一般与胶黏剂不能很好粘结牢固，在疲劳拉伸过程中，往往会在连接处出现开裂，因此需要对固化土试件进行改进，在制作固化土试件时，将一定质量的固化土材料装填进试筒后，分别在固化土试件的上下两个面再添加一定量的水泥干粉材料，质量控制在15g-30g，使水泥能全部覆盖在固化土材料表面(注：试件装料质量需要根据水泥添加料进行适当修正)，然后再利用压力机碾压成型，并套袋放入养护室养护，此后每隔一天在固化土试件端部水泥处洒少量水分，以便其充分水化，并与固化土之间形成良好连接。

10、进一步地，为了测得固化土中间段拉伸应变变化情况需要利用两个外接磁吸式应变传感器进行监测，两个外接磁吸式应变传感器呈180°对称布置。外接磁吸式应变传感器是通过吸附到铁本色圆柱螺母上来实现对固化土试件应变的监测。

11、进一步地，铁本色圆柱螺母通过ab强力胶黏剂黏贴到固化土试件表面，铁本色圆柱螺母可以采用辅助对中粘结安装装置进行粘结。

12、进一步地，为了测得非饱和固化土中基质吸力的随加载过程的变化情况，设计了基质吸力测试装置，通过外接正负孔压传感器来实现基质吸力的测量。孔压传感器采用尺寸为直径5mm的微型传感器，测量范围为±1000kpa。

13、进一步地，为了测得固化土基质吸力变化情况，需要在固化土试件表面套上合适尺寸的橡胶膜，并利用密封专用乳胶做好密封。

14、进一步地，拉伸疲劳试验试件前期安装和粘结完成后，需要通过拉伸夹具连接到试验机上，试验机采用utm试验机进行，拉伸试验夹具采用utm试验机配带的转接头拉伸夹具。

15、本实用新型提供了一种适用于基层或底基层非饱和固化土材料直接拉伸疲劳开裂的试验装置，包括圆柱形拉伸转接头、拉伸试验夹具、铁本色圆柱螺母，外接应变传感器，孔压传感器以及utm试验机，其中重要改进部分包括以下几点：改进了拉伸转接头表面纹路，以井字型图案作为表面纹路，增加了拉伸转接头表面与固化土试件断面之间的粘结面积和粘结牢固性；此外，设计了非饱和固化土中基质吸力测量装置，通过在底部拉伸转接头中设置孔压传感器埋设预留孔，将微型外接正负孔压传感器埋设在固化土试件底部，并通过橡胶膜及密封专用乳胶来实现密封。最后基于以上装置给出了合理有效的实施方案，从而确保了非饱和固化土直接拉伸疲劳试验的成功率，为确定基层或底基层非饱和固化土材料的直接拉伸疲劳开裂性能提供了有利支撑。

技术特征：

1.一种非饱和固化土直接拉伸疲劳开裂试验装置，其特征在于，utm试验机、上部拉伸转接头、下部拉伸转接头、拉伸试验夹具、铁本色圆柱螺母，外接磁吸式应变传感器及孔压传感器；其中上部拉伸转接头底部、下部拉伸转接头顶部通过ab强力胶黏剂与固化土试件上下表面粘结，铁本色圆柱螺母从侧面通过ab强力胶黏剂黏贴到固化土试件表面，外接磁吸式应变传感器通过与铁本色圆柱螺母连接实现固化土试件变形监测；所述固化土试件外表面通过橡胶膜包裹密封，铁本色圆柱螺母端部与橡胶膜交界处通过密封专用乳胶密封；所述下部拉伸转接头设有预留孔用于装设孔压传感器，所述孔压传感器与固化土试件内部土体紧密连接；上部拉伸转接头顶部、下部拉伸转接头底部通过拉伸试验夹具装载至utm试验机中。

2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述上部拉伸转接头、下部拉伸转接头的形状为圆柱体。

3.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述上部拉伸转接头顶部、下部拉伸转接头底部均设有螺纹孔，上部拉伸转接头顶部、下部拉伸转接头底部与拉伸试验夹具通过螺纹杆连接。

4.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述上部拉伸转接头底部、下部拉伸转接头顶部设有井字型凹槽。

5.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述预留孔上表面边缘设有凸起。

6.根据权利要求5所述的试验装置，其特征在于，所述固化土试件底部设有与凸起对应的凹槽。

技术总结
本技术提供了一种实用型非饱和固化土直接拉伸疲劳开裂试验装置。该试验装置包括上下部拉伸转接头、拉伸试验夹具、铁本色圆柱螺母，外接应变传感器，孔压传感器、以及UTM试验机。上下部拉伸转接头顶部与固化土试件上下表面粘结，铁本色圆柱螺母粘贴到固化土试件表面，外接磁吸式应变传感器实现固化土试件变形监测；固化土试件外表面通过橡胶膜包裹密封，下部拉伸转接头设有预留孔用于装设孔压传感器，上部拉伸转接头顶部、下部拉伸转接头底部通过拉伸试验夹具装载至UTM试验机中。本装置各部件相互之间配合，确保了直接拉伸疲劳试验的成功率，使得非饱和固化土材料疲劳开裂性能的测试成为可能。

技术研发人员：江训利,罗雪,黄志义
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：20221117
技术公布日：2024/1/12