[发明专利]确定拉拔试验中土工材料非线性力学行为的装置以及方法

说明书

本发明公开了一种确定拉拔试验中土工材料非线性力学行为的装置及方法，包括一个试验箱，在所述的试验箱内盛装有土体，在所述的土体的顶部设有向下的垂直压力；在所述的试验箱的侧面设有一个横向插装在土体内的土工材料试件，在所述的土工材料试件的端部设有固定装置；通过固定装置对土工材料试件在土体内进行拉拔，土体给土工材料试件一定的剪切阻力。

技术领域

本发明涉及土木工程领域，具体涉及拉拔试验中土工材料非线性力学行为的确定装置以及方法。

背景技术

拉拔试验的原理是摩擦作用，通过施加法向应力，使筋材与土体之间紧密结合，从而利用彼此界面上的静摩擦力抵抗外力(拉拔力)。在拉拔试验过程中能够直接测得数据是拉拔设备提供的拉力F和拉伸材料的总体位移u。目前，用于拉拔实验结果的分析方法不能分析破坏过程中筋土产生的应力、应变和位移，无法给出拉拔破坏前筋材产生的位移和应变的充分信息。所以，本发明专利提供了一种拉拔试验中土工材料非线性力学行为的确定方法，能够分析筋材在土中的位移、应变和受力，能模拟试验过程，并对测试数据加以处理，其分析结果的可靠性也大大提高。

发明内容

本发明基于拉拔试验，给出了一种分析拉拔试验中土工材料非线性力学行为装置以及确定方法。

本发明为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明采用的装置的技术方案如下：

确定拉拔试验中土工材料非线性力学行为的装置，包括一个试验箱，在所述的试验箱内盛装有土体，在所述的土体的顶部设有向下的垂直压力；在所述的试验箱的侧面设有一个横向插装在土体内的土工材料试件，在所述的土工材料试件的端部设有固定装置；通过固定装置对土工材料试件在土体内进行拉拔，土体给土工材料试件一定的剪切阻力。

进一步的，沿所述的土工材料试件的轴向方向间隔的设有导电胶带。

采用上述装置对确定拉拔试验中土工材料非线性力学行为的方法，包括以下步骤：

步骤1测量土工材料试件所受到的拉力F、位移u和土工材料的横截面积A，得到轴向拉应力σ；

步骤2根据土工材料微元体在拉拔试验中的受力平衡，得到土工材料微元体的平衡微分方程；

步骤3.根据土工材料的全过程应力—应变曲线，建立轴向拉应力σ与土工材料的应变ε之间的公式；将σ-ε关系用双折线模型表达；

步骤4.将筋土间摩擦力τ—土工材料试件位移u的关系曲线近似考虑为双曲线模型；

步骤5.根据步骤2、步骤3、步骤4中得到的关系，得到土工材料试件位移u关于土工材料试件长度变量x的分布确定τ、σ和ε与x的关系；得到σ、τ、u和ε中任意两者之间的关系。

具体的过程如下：

进一步的，步骤1测量土工材料试件所受到的拉力F、位移u和土工材料的横截面积A，得到轴向拉应力σ；

进一步的，步骤2根据土工材料微元体在拉拔试验中的受力平衡，得到土工材料微元体的平衡微分方程，即公式(2)：

F+dF-F+2τ(Δx+Δw)dx＝0 (2)

简化得到公式(3)如下：

dσ·A＝-2τ(1+ε)dx (3)

其中，其中，代表土工材料的应变，Δx表示土工材料微元体变形前的长度，Δw表示该微元体变形后的伸长量；τ代表筋土之间的摩擦力；dx表示土工材料微元体的长度；dF表示微元体受到的微拉力；dσ表示微元体受到的微轴向拉应力。

进一步的，步骤3根据土工材料的全过程应力—应变曲线，建立轴向拉应力σ与土工材料的应变ε之间的公式；将σ-ε关系用双折线模型表达；