[发明专利]一种土工合成材料各向异性拉伸试验系统及方法

权利要求书

1.一种土工合成材料各向异性拉伸试验系统，其特征在于：所述土工合成材料各向异性拉伸试验系统包括试验台架(10)、导轨(8)、刻度盘(9)、试样托架(6)、试验框架梁(5)、液压加载装置(4)、固定端(2)、移动端(3)、夹具(1)、位移传感器(7)以及信号采集控制装置(11)；所述试验台架(10)的上表面设置有圆形的刻度盘(9)、导轨(8)以及试样托架(6)；所述导轨(8)与刻度盘(9)同心设置；待进行拉伸试验的土工合成材料试样(13)的横截面呈圆形并置于试样托架(6)上；所述试验框架梁(5)设置在导轨(8)上并在导轨(8)上自如滑动；所述固定端(2)、液压加载装置(4)以及位移传感器(7)分别固定设置在试验框架梁(5)上；所述液压加载装置(4)与位移传感器(7)相连；所述液压加载装置(4)与移动端(3)固定相连并带动移动端(3)移动；所述固定端(2)的端部以及移动端(3)的端部分别设置有用于夹持待进行拉伸试验的土工合成材料试样(13)的夹具(1)；所述固定端(2)、待进行拉伸试验的土工合成材料试样(13)以及移动端(3)在工作时处于同一水平高度；所述信号采集控制装置(11)分别与试样托架(6)、液压加载装置(4)以及位移传感器(7)相连。

2.根据权利要求1所述的土工合成材料各向异性拉伸试验系统，其特征在于：所述导轨(8)上设置有限位凹槽以及置于限位凹槽中的滑动滚珠(12)；所述试验框架梁(5)通过滑动滚珠(12)与导轨(8)连接并在导轨(8)上自如滑动。

3.根据权利要求1或2所述的土工合成材料各向异性拉伸试验系统，其特征在于：所述夹具(1)夹持待进行拉伸试验的土工合成材料试样(13)的宽度不小于200mm；两夹具(1)之间夹持待进行拉伸试验的土工合成材料试样(13)的夹持长度不小于100mm。

4.根据权利要求3所述的土工合成材料各向异性拉伸试验系统，其特征在于：所述液压加载装置(4)的拉伸速率在0.05mm/min至50mm/min之间。

5.根据权利要求4所述的土工合成材料各向异性拉伸试验系统，其特征在于：所述试样托架(6)是可升降型试样托架。

6.一种基于如权利要求1-5任一权利要求所述的土工合成材料各向异性拉伸试验系统对土工合成材料进行各向异性拉伸试验的实施方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)裁取待进行拉伸试验的土工合成材料试样(13)，所述待进行拉伸试验的土工合成材料试样(13)的横截面呈圆形，所述待进行拉伸试验的土工合成材料试样(13)的直径是220mm至240mm之间；

2)将待进行拉伸试验的土工合成材料试样(13)放置于试样托架(6)上，标记待进行拉伸试验的土工合成材料试样(13)的放置方向；

3)通过信号采集控制装置(11)控制试样托架(6)上升至与夹具(1)同一水平高度，将试验框架梁(5)上两夹具(1)之间的中线方向调整至刻度盘(9)标记0°处；

4)将待进行拉伸试验的土工合成材料试样(13)在夹具(1)中对中夹持，夹具(1)夹持待进行拉伸试验的土工合成材料试样(13)的宽度不小于200mm；夹具(1)夹持待进行拉伸试验的土工合成材料试样(13)的夹持长度不小于100mm；

5)开动液压加载装置(4)，对已夹持好的待进行拉伸试验的土工合成材料试样(13)进行预拉伸，通过信号采集控制装置(11)控制位移传感器(7)和液压加载装置(4)，使待进行拉伸试验的土工合成材料试样(13)的伸长量至夹具(1)夹持待进行拉伸试验的土工合成材料试样(13)的夹持长度的0.5％，通过信号采集控制装置(11)记录液压加载装置(4)负荷；

6)停止加载，将位移传感器(7)调零；

7)重新开启液压加载装置(4)连续加荷直至待进行拉伸试验的土工合成材料试样(13)断裂，停机并恢复至初始位置；通过信号采集控制装置(11)记录液压加载装置(4)最大负荷，精确不低于1.0N，记录位移传感器(7)最大负荷下的伸长量，精确不低于0.1mm；

8)使用下式计算土工合成材料试样(13)的拉伸强度：

α_f＝F_fC

其中：

α_f为土工合成材料试样(13)拉伸强度；

F_f为土工合成材料试样(13)最大负荷；

对于非织造品、高密度织物或其他类似的土工合成材料试样(13)：

C＝1/B

其中：

B为夹具(1)夹持待进行拉伸试验的土工合成材料试样(13)的宽度；

对于稀松机织土工织物、土工格栅或其他类似的松散结构土工合成材料试样(13)：

C＝N_m/N_s

其中：

N_m为土工合成材料试样(13)1m宽度内的拉伸单元数；

N_s为土工合成材料试样(13)内的拉伸单元数；

9)使用下式计算土工合成材料试样(13)最大负荷下的伸长率：

ϵ=ΔLL0(1+0.5%)×100]]>

其中：

ε为土工合成材料试样(13)伸长率(％)；

L₀为土工合成材料试样(13)夹持长度；

ΔL为土工合成材料试样(13)最大负荷下的伸长量；

10)选用不同的待进行拉伸试验的土工合成材料试样(13)，重复步骤2)～步骤9)，其中，操作步骤2)时，不同的待进行拉伸试验的土工合成材料试样(13)放置在试样托架(6)的位置与步骤2)中待进行拉伸试验的土工合成材料试样(13)的试验位置相同；进行步骤3)时，将试验框架梁(5)夹具(1)中线方向调整至刻度盘(9)标记22.5°处；

11)判断不同的待进行拉伸试验的土工合成材料试样(13)是90°对称还是45°对称；若是90°对称，则将试验框架梁(5)夹具(1)中线方向分别调整至刻度盘(9)标记45°、67.5°以及90°，重复步骤10)，即完成不同的待进行拉伸试验的土工合成材料试样(13)分别在45°、67.5°以及90°时的拉伸试验；若是45°对称，则将试验框架梁(5)夹具(1)中线方向分别调整至刻度盘(9)标记45°，重复步骤10)，即完成不同的待进行拉伸试验的土工合成材料试样(13)在45°时的拉伸试验；

12)绘制待进行拉伸试验的土工合成材料试样(13)在各方向的拉伸强度和最大负荷下的伸长率包络图。