CN103983516A - 一种测算土体泊松比的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测算土体泊松比的装置及方法，包括放置在被测土柱顶部的上压板、放置在被测土柱底部的下压板和套装在被测土柱外圈上的柔性钢圈，所述的柔性钢圈的外侧面粘结一个测量土体横向变形的传感器I，在所述的上压板的底部设有一个测量土体竖向变形的传感器II。本发明利用两个电阻式位移计分别测量土体的竖向变形和横向变形，从而推算出土体的泊松比。将有助于解决土体泊松比难测的问题，此外用这种方法测量土体泊松比相比于粘贴应变片更简单易行且比较准确。
Description
技术领域
本发明提供了一种测算土体泊松比的新方法，属于土木工程领域。
背景技术
泊松比是由法国科学家最先发现并提出，他在1829年发表的《弹性体平衡和运动研究报告》一文中，用分子间相互作用的理论导出弹性体的运动方程，发现在弹性介质中可以传播纵波和横波，并且从理论上推演出各向同性弹性杆在受到纵向拉伸时，横向收缩应变与纵向伸长应变之比是一常数。故此在材料的比例极限内，由均匀分布的纵向应力所引起的横向应变与相应的纵向应变之比的绝对值称为泊松比。
在泊松比的提出近200年的历史中，测定材料泊松比的方法层出不穷，现在主要以粘贴应变片测量为主，这种方法在测量弹性体的泊松比时十分精确，但对于一些弹性较弱的材料，用这种方法测量却非常困难，比如土体，当用粘贴应变片的方法测量土体的泊松比时，在土体压缩过程中，土体易开裂变形，应变片容易脱落，使测量实验无法正常进行。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出一种适用于测算土体泊松比的新方法，它综合使用柔性薄钢圈、电阻式位移计、基准支架和压力机来测算土体的泊松比，这种方法相比于粘贴应变片更简单易行且比较准确，但该发明不适宜测量半刚性体的泊松比，如岩石等。
本发明采用的技术方案如下：
一种测算土体泊松比的装置，包括放置在被测土柱顶部的上压板、放置在被测土柱底部的下压板和套装在被测土柱外圈上的柔性钢圈，所述的柔性钢圈的外侧面粘结一个测量土体横向变形的传感器I，在所述的上压板的底部设有一个测量土体竖向变形的传感器II。
所述的传感器I连接一个套环；所述的套环套装在基准支架上。
所述的传感器II固定在基准支架。
所述的传感器I、传感器II均为电阻式位移计。
所述的传感器II尖端靠在压力机的上压板上。
所述的上压板、下压板均位于压力机上，上压板对被测土柱提供向下的压力。
所述的基准支架与下压板连接，安装在上压板和下压板的侧面。
所述的测算土体泊松比的方法，包括以下步骤：
(1)准备一片柔性薄钢片约40cm长、1cm宽，将其制成圈状，并将其侧面与电阻式位移计I粘结到一起，并在该电阻式位移计上粘结一个小套环，再准备一支电阻式位移计II，并预制好一个基准支架；
(2)将预先制好的基准支架固定到压力机的下压板上；
(3)制作圆柱形被测土柱，成型后备用；
(4)将固定有电阻式位移计I的薄钢圈套于圆柱体试件上，并将其置于压力机下压板上，同时将电阻式位移计I的小套环套于基准支架上，将另一支电阻式位移计II固定于基准支架上，使电阻式位移计尖端靠在压力机上压板上。
(5)开启压力机，使其压缩试件，在土体压缩过程中记录电阻式位移计的变化量，直至土体破坏。
(6)根据公式计算土体的泊松比。
步骤(6)所述的土体的泊松比的计算方法如下：
在材料弹性范围内，横向线应变ε横和竖向应变ε竖的比值为一常数，其比值的绝对值即为材料的泊松比，通常用μ表示，即
当用该发明装置测量土体泊松比时，由于压力机对被测土柱的压缩作用，使被测土柱产生竖向位移，该位移由压力机上压板处的电阻式位移计记录，该值记为Δh，原被测土柱高度记为h，则被测土柱的竖向应变为试件的竖向应变必然会引起土体横向的变形，该值由位于被测土柱位置处的电阻式位移计记录，记为Δl，原被测土柱的直径记为d，则被测土柱的横向应变为由此可得到被测土柱的泊松比为：
本发明的有益效果如下：
本发明利用两个电阻式位移计分别测量土体的竖向变形和横向变形，从而推算出土体的泊松比。将有助于解决土体泊松比难测的问题，此外用这种方法测量土体泊松比相比于粘贴 应变片更简单易行且比较准确。
附图说明
图1本发明的具体结构图；
图中：1上压板2下压板3柔性薄钢圈4电阻式位移计I5小套环6基准支架7被测土柱，8电阻式位移计I。
具体实施方式
本发明由薄钢圈、电阻式位移计、基准支架和压力机组合而成，用两个电阻式位移计分别测量土体的竖向变形和横向变形，从而推算出土体的泊松比，其结构形式如附图所示，包括放置在被测土柱7顶部的上压板1、放置在被测土柱7底部的下压板2和套装在被测土柱外圈上的柔性薄钢圈3，所述的柔性薄钢圈3的外侧面粘结一个测量土体横向变形的电阻式位移计I4，在所述的上压板的底部设有一个测量土体竖向变形的电阻式位移计II8。电阻式位移计I4连接一个套环；所述的套环套装在基准支架6上。电阻式位移计II8固定在基准支架6。电阻式位移计II8尖端靠在压力机的上压板上1。上压板1、下压板2均位于压力机上，上压板对被测土柱提供向下的压力。基准支架6安装在下压板上。
具体测试方法如下：
(1)准备一片柔性薄钢片约40cm长、1cm宽，将其制成如附图所示形状，并将其与电阻式位移计粘结到一起，并在该电阻式位移计上粘结一个小套环，再准备一支电阻式位移计，并预制好如附图所示的基准支架。
(2)将预先制好的基准支架固定到压力机的下压板上。
(3)制作圆柱形被测土柱，成型后备用。
(4)将固定有电阻式位移计的薄钢圈套于圆柱体试件上，并将其置于压力机下压板上，时电阻式位移计的小套环套于基准支架上，将另一支电阻式位移计固定于基准支架上，使电阻式位移计尖端靠在压力机上压板上。
(5)开启压力机，使其压缩试件，在土体压缩过程中记录电阻式位移计的变化量，直至土体破坏。
(6)根据公式计算土体的泊松比；
在材料弹性范围内，横向线应变ε横和竖向应变ε竖的比值为一常数，其比值的绝对值即为材料的泊松比，通常用μ表示，即
当用该发明装置测量土体泊松比时，由于压力机对被测土柱的压缩作用，使被测土柱产生竖向位移，该位移由压力机上压板处的电阻式位移计记录，该值记为Δh，原被测土柱高度记为h，则被测土柱的竖向应变为试件的竖向应变必然会引起土体横向的变形，该值由位于被测土柱位置处的电阻式位移计记录，记为Δl，原被测土柱的直径记为d，则被测土柱的横向应变为由此可得到被测土柱的泊松比为
在实验室测一粘性土的泊松比，实验前测得该粘性土的含水量为31％，用模具将其制成高20cm、直径10cm的圆柱体，成型后放在该发明装置下测其泊松比，测得该试件的竖向位移为28.056mm，横向位移为21.154mm，通过上述公式计算得到该粘性土的泊松比为0.48。
Claims (9)
1.一种测算土体泊松比的装置，其特征在于：包括放置在被测土柱顶部的上压板、放置在被测土柱底部的下压板和套装在被测土柱外圈上的柔性钢圈，所述的柔性钢圈的外侧面粘结一个测量土体横向变形的传感器I，在所述的上压板的底部设有一个测量土体竖向变形的传感器II。
2.如权利要求1所述的测算土体泊松比的装置，其特征在于：所述的传感器I连接一个套环；所述的套环套装在基准支架上。
3.如权利要求1所述的测算土体泊松比的装置，其特征在于：所述的传感器II固定在基准支架。
4.如权利要求1所述的测算土体泊松比的装置，其特征在于：所述的传感器I、传感器II均为电阻式位移计。
5.如权利要求1所述的测算土体泊松比的装置，其特征在于：所述的传感器II尖端靠在压力机的上压板上。
6.如权利要求1所述的测算土体泊松比的装置，其特征在于：所述的上压板、下压板均位于压力机上，上压板对被测土柱提供向下的压力。
7.如权利要求1所述的测算土体泊松比的装置，其特征在于：所述的基准支架与下压板连接，安装在上压板和下压板的侧面。
8.一种测算土体泊松比方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)准备一片柔性薄钢片约40cm长、1cm宽，将其制成圈状，并将其侧面与电阻式位移计I粘结到一起，并在该电阻式位移计上粘结一个小套环，再准备一支电阻式位移计II，并预制好一个基准支架；
(2)将预先制好的基准支架固定到压力机的下压板上；
(3)制作圆柱形被测土柱，成型后备用；
(4)将固定有电阻式位移计I的薄钢圈套于圆柱体试件上，并将其置于压力机下压板上，同时将电阻式位移计I的小套环套于基准支架上，将另一支电阻式位移计II固定于基准支架上，使电阻式位移计尖端靠在压力机上压板上。
(5)开启压力机，使其压缩试件，在土体压缩过程中记录电阻式位移计的变化量，直至土体破坏。
(6)根据公式计算土体的泊松比。
9.如权利要求8所述的一种测算土体泊松比方法，其特征在于：步骤(6)所述的土体的泊松比的计算公式如下：
其中：ε横表示横向线应变；ε竖表示竖向应变；Δh被测土柱产生竖向位移；h原被测土柱高度；原被测土柱的直径记为d，土体横向的直径变形Δl。
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