CN104075843A - 土压力盒现场即时标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种土压力盒现场即时标定方法，标定时，将笔记本电脑、数据连接线、应变采集仪、沙箱、承载板、多个重物和待标定的土压力盒提到需要测土压力的现场，利用原状土将土压力盒埋在沙箱的中心，将土压力盒和应变采集仪连接，然后用现场原状土填充将沙箱表面铺平，覆盖上承载板；对承载板逐级加载，应变采集仪分别采集每次的微应变值；将采集的微应变值和对应的载荷值输入到笔记本电脑；电脑采用回归公式进行直线拟合，最终获得土压力盒的应变与应力之间的精确关系。本发明利用电脑进行数据处理，从电脑上可以直观、快捷地得到输入量与输出量间的数量关系，标定结束后，接着可以用标定好的土压力盒现场测土压力，标定方便、准确。

Description

土压力盒现场即时标定方法

技术领域

本发明涉及一种土压力盒标定方法。 

背景技术

在岩土工程的压力监测中，大多采用土压力盒作为压力传感器，土压力盒使用多次后需要标定，然后才能重新使用。现有的标定方法是，利用压力装置产生的气体压力进行标定，并运用端点法来确定灵敏度系数。但是这种方法存在两点主要问题：(1)按端点法确定的系数过于简单，容易产生试验误差；(2)气体介质与试验土(或砂)有差异，由于传感器内部结构材料具有不同的介质兼容性，不同的介质中其灵敏度系数并不一样，在气体或液体介质中得到的灵敏度系数不宜直接应用于岩土工程的测量中。因此传统的土压力盒传感器标定方法已经无法保证标定的准确性，而且对现在大多数土压力盒传感器已不再适用。 

中国专利申请号2008102463021公开了一种土压力盒原位标定装置及其方法，该装置的结构是：在圆形标定坑中，从下到上依次设置和连接有钢筋混凝土底板(3)、套上了橡胶袋(5)的土压力盒(1)、中粗砂(11)、原状土(4)、橡胶垫(10)、加载钢板(2)、千斤顶(6)和反力架(7)；反力架(7)和埋入圆形标定坑锚固孔中的地锚(8)互相垂直，通过栓销(9)连接。标定方法主要是：①将土压力盒(1)接上钢弦频率测定仪(12)，测量土压力盒(1)在不受荷载条件下的初读数；②将土压力盒(1)置于土压力盒原位标定装置中；③逐级加载开始标定试验：④标定出压力输入量与频率输出量之间的数量关系。该公开文献公开的标定方法虽然能确保输入的压力和输出的频域关系可靠，但存在以下无缺陷：一是前期准备工作特别繁琐，需要在现场开挖标定坑，坑外组装千斤顶的反力架和地 锚，坑周挖出锚固孔并安装地瞄，然后在标定坑底浇筑钢筋混凝土底板，最后埋置土压力盒；二是标定结束后的数据处理分析不但麻烦而且不直观，在千斤顶记载过程中，需要现场记录多组载荷和输出的频率值，然后再对多组数据进行分析处理，标定出压力输入量与频率输出值的数量关系，标定人员一时半会看不到标定结果。上述两个缺陷，导致该公开文献标定方法不但繁琐，而且标定时间长，根本无法适应现场即时标定。因此有必要开发一种土压力盒现场便捷标定方法。 

发明内容

为了解决上述土压力盒标定方法存在的操作繁琐、标定时间长的技术缺陷，本发明提出一种土压力盒现场即时标定方法。 

本发明的土压力盒现场即时标定方法采取以下步骤： 

第一步：首先准备实验工具：一台笔记本电脑、多根数据连接线、应变采集仪、沙箱、承载板、多个重物、待标定的土压力盒(或称压力传感器)； 

第二步：将制备好的实验工具提到需要测土压力的现场，在沙箱中填充现场原状土，土压力盒埋在沙箱的中心，用数据连接线将土压力盒和应变采集仪连接，然后用现场原状土填充将沙箱表面铺平，覆盖上承载板； 

第三步；将这多个重物从小到大逐级加载到承载板上给土压力盒施载，应变采集仪分别采集每次的微应变值； 

第四步：将应变采集仪每次采集的微应变值和对应的记载载荷值输入到笔记本电脑； 

第五步：电脑采用回归公式(1.1)、(1.2)、(1.3)进行直线拟合，最终获得土压力盒的应变与应力之间的精确关系；回归公式如下： 

y＝ax+b     (1.1) 

$a=\frac{\mathrm{\Σ}{x_i}^2\mathrm{\Σ}{y}_i-\mathrm{\Σ}{x}_i{y}_i}{\mathrm{n\Σ}{x_i}^2-{\left(\mathrm{\Σ}{x}_i\right)}^2}---\left(1.2\right)$

$b=\frac{\mathrm{n\Σ}{x}_i{y}_i-\mathrm{\Σ}{x}_i\mathrm{\Σ}{y}_i}{\mathrm{n\Σ}{x_i}^2-{\left(\mathrm{\Σ}{x}_i\right)}^2}---\left(1.3\right)$

式中： 

y_i——第i次应力值(等于第i次荷载值/土压力盒的受力面积)；单位MPa； 

x_i——在荷载i值下压力传感器的第i个输出应变读数，单位με； 

n——荷载级数。 

本发明的工作原理和积极效果是： 

工作原理是：在特定实际条件下，选取多个重物逐级进行载荷，利用应变采集仪得到相应的应变，然后使用电脑利用回归公式进行直线拟合，最后得到土压力盒传感器的输入量(压力)与输出量(应变)间的数量关系。 

积极效果是：本发明标定方法前期工作制备简单，标定土压力盒的沙箱直接手提到现场即可，不用现场挖坑和安装加载设备的辅助部件，在标定时，利用模拟压力盒在实际应用过程中的介质环境进行标定，选取不同的重物进行载荷，利用电脑进行数据处理，从电脑上可以直观、快捷地得到输入量(压力)与输出量(应变)间的数量关系，标定结束后，接着可以用标定好的土压力盒现场测土压力，应变采集仪采集微应变值，根据标定好的输入量(压力)与输出量(应变)间的数量关系，即可得到土压力数值。 

附图说明

图1是利用本发明标定方法现场标定的示意图。 

具体实施方式

下面结合图1，以5个土压力盒标定为例，说明本发明的技术方案。 

实施例中涉及的土压力盒是BW型箔式微型压力盒。 

具体实施的技术方案步骤如下： 

第一步：首先准备实验工具：一台笔记本电脑、多根数据连接线、数据采集箱(应变采集仪)、沙箱、承载板(标定重1kg，编号为T)、三个不同的重物(编号T₁、T₂、T₃分别重2Kg、3Kg、7Kg)、土压力盒。 

第二步：将待测土压力的土压力盒埋在沙箱中，要求土压力盒埋在沙箱的中心位置，用信号线依次将土压力盒和应变采集仪、计算机连接，将沙箱表面用原状土铺平，覆盖上承载板。 

第三步：将T₁重物放在承载板上，对沙箱进行加载，并采集土压力盒的微应变值，然后依次将T₂、T₃、T₁+T₂、T₁+T₃、T₂+T₃、T₁+T₂+T₃放上，因为承载板重量为1Kg，每次计算载荷的时候，分别加1Kg。记录每次加载后的土压力盒的微应变值，要求每次加载持续的时间为15s，并记录结果，见表1所列。 

第四步：将七次的微应变值和记载的载荷值输入到笔记本电脑。 

第五步：电脑采用回归公式(1.1)、(1.2)、(1.3)进行直线拟合，最终获得土压力盒1的应变与应力之间的精确关系；回归公式如下： 

y＝ax+b     (1.1) 

$a=\frac{\mathrm{\Σ}{x_i}^2\mathrm{\Σ}{y}_i-\mathrm{\Σ}{x}_i{y}_i}{\mathrm{n\Σ}{x_i}^2-{\left(\mathrm{\Σ}{x}_i\right)}^2}---\left(1.2\right)$

$b=\frac{\mathrm{n\Σ}{x}_i{y}_i-\mathrm{\Σ}{x}_i\mathrm{\Σ}{y}_i}{\mathrm{n\Σ}{x_i}^2-{\left(\mathrm{\Σ}{x}_i\right)}^2}---\left(1.3\right)$

式中：y_i——第i次应力值；单位MPa 

x_i——在荷载i值下压力传感器的第i个输出应变读数，单位με； 

n——荷载级数。 

第六步：换土压力盒2、土压力盒3、土压力盒4、土压力盒5继续重复进行标定。 

表1 BWV型微型压力盒标定试验应变—应力对应表 

注：上述表中：荷载1为T+T₁；荷载2为T+T₂；荷载3为T+T₃；荷载4为T+T₁+T₂；荷载5为T+T₁+T₃；荷载6为T+T₂+T₃；荷载7为T+T₁+T₂+T₃；压力传感器的受力面积为0.000214m²；T₁、T₂、T₃三个重物分别重2Kg、3Kg、7Kg。T是承载板，重量为1kg； 

土压力盒1回归公式为y＝298x+0.00358 a＝298 b＝0.00358 

土压力盒2回归公式为y＝458x+0.00236 a＝458 b＝0.00236 

土压力盒3回归公式为y＝287x+0.00410 a＝287 b＝0.00410 

土压力盒4回归公式为y＝347x+0.00192 a＝347 b＝0.00192 

土压力盒5回归公式为y＝368x+0.00321 a＝368 b＝0.00321 。

Claims (1)

1.一种土压力盒现场即时标定方法，其特征在于： 

第一步：首先准备实验工具：一台笔记本电脑、多根数据连接线、应变采集仪、沙箱、承载板、多个重物和待标定的土压力盒； 

第二步：将准备好的实验工具提到需要测土压力的现场，在沙箱中填充现场原状土，土压力盒埋在沙箱的中心，用数据连接线将土压力盒和应变采集仪连接，然后用现场原状土填充将沙箱表面铺平，覆盖上承载板； 

第三步；将这多个重物从小到大逐级加载到承载板上给土压力盒施载，应变采集仪分别采集每次的微应变值； 

第四步：将应变采集仪每次采集的微应变值和对应的记载载荷值输入到笔记本电脑； 

第五步：电脑采用回归公式(1.1)、(1.2)、(1.3)进行直线拟合，最终获得土压力盒的应变与应力之间的精确关系；回归公式如下： 

y＝ax+b     (1.1) 

式中： 

y_i——第i次应力值，等于第i次荷载值/土压力盒的受力面积；单位MPa； 

x_i——在荷载i值下压力传感器的第i个输出应变读数，单位με； 

n——荷载级数。