土工直接拉伸试验装置的研制及应用

针对现有土工直接拉伸试验装置的不足,研制了一套卧式直接拉伸试验装置;装置由拉伸加载系统、数字液压伺服控制系统、数据采集分析系统3部分组成。试验装置可开展多种易成型材料的直接拉伸试验,能精确测试材料的抗拉强度并能给出拉应力–应变曲线;巧妙设计了加载夹具解决了试验材料与拉伸装置的连接难题;能精确连续控制试验拉力,并能获得材料抗拉强度峰后段的拉应力–应变曲线。使用新研制的试验装置开展了黏土、铁晶砂相似材料和水泥砂浆的直接拉伸试验,试验结果表明:在黏土直接拉伸试验所涉及的含水率范围内,当干密度保持不变时,黏土的抗拉强度随含水率的增加逐渐降低,而峰值拉应变则随含水率的增加逐渐增加;黏土达到峰值强度后,并不会突然断裂而是存在一个软化段,此时土体仍然具有一定的承载能力;铁晶砂相似材料的抗拉强度随着松香酒精溶液浓度的增加而提高;随灰砂比的提高,水泥砂浆的抗拉强度和拉伸弹性模量均相应提高。

击实黏土单轴拉伸特性试验研究

为研究土的拉伸特性,对击实黏土进行直接拉伸试验。试验表明,不同抗拉强度的击实黏土具有不同的拉伸应力-应变曲线型式,即应变软化型、应变硬化型和应变强化型;在试验涉及的干密度和含水率范围内,击实黏土的抗拉强度随干密度的增加而增加,随含水率的增加而减小,且具有较好的线性关系;拉伸速率对击实黏土的抗拉强度和应力-应变曲线的型式也有明显影响,对同一干密度和含水率的土样,低拉伸速率测得的抗拉强度往往较小,且应力-应变曲线为软化型,而较高的拉伸速率测得的抗拉强度较大,且应力-应变曲线为强化型。

利用直接拉伸应力-裂缝宽度曲线计算PVA纤维增强水泥基复合材料断裂能的方法研究

分析比较了各国学者针对PVA纤维增强水泥基复合材料进行单轴直接拉伸采用的试件形式和试验方法,发现用矩形长条试件、两端粘贴铝片,并采用闭环试验机、位移控制方法得到的拉伸效果最好,这揭示了应变硬化效果与选择的拉伸方法关系较大。对比了混凝土、钢纤维混凝土和PVA纤维增强水泥基复合材料的拉伸应力-应变曲线,以及由其拉伸应力-应变曲线计算得到的对应应变软化材料和应变硬化材料的应力-裂缝宽度曲线,根据得到的应变硬化材料的应力-裂缝宽度曲线计算出了PVA纤维增强水泥基复合材料的断裂能是普通混凝土的50倍。

岩石单轴拉伸蠕变特性试验研究

采用自行设计加工的岩石拉伸试验装置,对砂岩进行了直接拉伸蠕变试验。结果表明:拉伸试验中蠕变量与总应变的比值明显高于压缩试验中相应值,表明岩石拉伸蠕变变形能力高于岩石单轴压缩蠕变。分析等时应力-应变曲线直线段斜率变化规律,得到Kelvin体弹性模量随时间变化的表达式,将其代入Kelvin模型中,得到一个改进的非线性广义Kelvin模型,并通过串联的方式,将之与一个能反映非线性加速蠕变特征的黏塑性体联结,组成一个新的非线性蠕变模型。利用非线性曲线拟合软件1st Opt,对试验曲线进行拟合,对模型参数进行辨识,对比试验曲线和拟合曲线,二者能较好地吻合,验证了模型的适用性。