CN105758559B - 一种剪应力测试装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于岩土工程实验剪切面局部点应力测试领域，具体是一种剪应力测试装置和方法，剪应力测试装置包括传载体、承载体、传感器和应变仪，所述传载体位于所述承载体内，并可在所述承载体内滑动，所述传感器呈环状，其内壁贴有应变片，所述应变片通过线路与所述应变仪连接，所述传感器位于承载体内，并可被所述传载体在所述承载体内的滑动挤压。有益效果是结构简单，操作便利，能够测得岩土结构面上局部点的剪应力。

Description

一种剪应力测试装置和方法
技术领域
本发明属于岩土工程实验剪切面局部点应力测试领域，具体是一种剪应力测试装置和方法。
背景技术
在岩土工程结构工程试件试验剪应力的测定方法：用贴应变片测量其在试验式的应变通过公式换算出剪应力，其属于间接测量。众所周知，结构试件(混凝土试件、钢结构试件等)天生具有贴片方便、可靠的优点，这一测量方法沿用至今，也取得了大量的科研成果。
岩土工程试验中都是利用传感器来测量土体的剪应力，且都是平均意义下的结果。如普通直剪实验利用应力环的变形来测量剪应力值，其中最大的缺点就是所有的测量都是平均值，平均值只代表平均水平，不能代表某点的具体值。试验试件的尺寸越大误差就越大，尺寸越小越接近实际情况，其实大型粗粒土直剪、压缩试验机测量出来的剪应力值误差是偏大的。总的说来，近几十年来，作为经典土体剪应力的测量方法没有太大的变化，而且模型实验深部滑面剪应力无法用现有仪器测量是一件遗憾的事情，大量的学者研究结构面上的剪应力分布提出了各种各样的数学模型，但是都是从理论上推导的结果，试验测量出结构面上局部点的剪应力数值几乎没有，原因就是没有测量深部滑面剪应力的设备。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单，操作便利，能够测得岩土结构面上局部点的剪应力的剪应力测试装置和方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种剪应力测试装置，包括传载体、承载体、传感器和应变仪，所述传载体位于所述承载体内，并可在所述承载体内滑动，所述传感器呈环状，其内壁贴有应变片，所述应变片通过线路与所述应变仪连接，所述传感器位于承载体内，并可被所述传载体在所述承载体内的滑动挤压。
进一步，所述传载体呈矩形块状，所述承载体呈顶部开口的矩形盒状，所述传载体与所述承载体相互接触侧壁之间设有滚轴排。
进一步，所述承载体的顶部开口对应所述传感器的位置设置有覆盖所述传感器的挡板。
进一步，所述承载体对应所述传感器的侧壁上开设有入线孔，所述线路远离所述应变仪的一端穿过所述入线孔与所述应变片连接。
进一步，所述传感器为钢质圆环。
进一步，所述传载体由混凝土或岩石或水泥砂浆或土壤制成。
采用上述剪应力测试装置检测岩土结构面上局部点的剪应力，包括以下步骤：
S1、测量所述传载体上表面的面积A，采用F-n关系曲线标定装置标定得出力F与应变数n的关系曲线；
S2、在模拟岩土的表面预留所述承载体的槽子并预埋接线管；
S3、将所述承载体放入所述槽子，所述承载体的表面与模拟岩土的表面齐平且所述传载体的材料与模拟岩土材料一致，将所述线路远离所述传感器的一端穿过所述接线管与所述应变仪相连，检查应变仪与传感器接通，完成剪应力检测装置的安装；
S4、在模拟岩土表面填埋有覆盖所述承载体的土料；
S5、所述土料在所述承载体表面变形或滑动产生力F，该力F带动所述传载体在所述承载体内滑动，所述传感器被所述传载体挤压受到该力F，所述应变仪记录所述传感器每个受力点应变数n的变化过程；
S6、通过应变仪记录的应变数和传感器已标定的力F和应变数n的关系曲线得出力F，再通过τ＝F/A得出得出所述传载体上表面各点的剪应力τ。
进一步，所述F-n关系曲线标定装置为MST标定装置。
进一步，所述土料在所述承载体表面的变形或滑动由加压装置加压发生或所述土料的自重带动发生。
进一步，所述加压装置为液压机。
本发明的有益效果是：结构简单，操作便利，得到的所述传载体上表面各点的剪应力τ即为岩土结构面上局部点的剪应力。
附图说明
图1为本发明的俯视剖视图；
图2为本发明的俯视图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、承载体，2、滚轴排，3、传载体，4、传感器，5、线路，6.应变仪，7、挡板。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1和图2所示，一种剪应力测试装置，包括传载体3、承载体1、传感器4和应变仪6，传载体3位于承载体1内，并可在承载体内滑动，传感器4呈环状，其内壁贴有应变片，应变片通过线路5与应变仪6连接，传感器4位于承载体1内，并可被传载体3在承载体1内的滑动挤压。
优选地，传载体3呈矩形块状，尺寸为50mmx100mmx20mm，承载体1呈顶部开口的矩形盒状，传载体3与承载体1相互接触侧壁之间设有滚轴排2，提高传载体3和承载体1结构可靠性，利用小尺寸的传载体3进行剪应力检测，检测精度高，利用滚轴排2减小传载体3与承载体1接触面之间的摩擦，提高本装置的使用寿命，并消除摩擦对剪应力测试的影响。
优选地，承载体1的顶部开口对应传感器4的位置设置有覆盖传感器4的挡板7，避免传感器4被岩土覆盖，提高其检测精度。
优选地，承载体1对应传感器4的侧壁上开设有入线孔，线路5远离应变仪6的一端穿过入线孔与应变片连接，便于线路5的布局。
优选地，传感器4为钢质圆环，提高传感器4的强度，进而提高其检测精度。
优选地，传载体3由岩石制成，用以匹配岩石剪应力测试实验环境。
采用上述剪应力测试装置检测岩石结构面上局部点的剪应力，包括以下步骤：
S1、测量所述传载体(3)上表面的面积A，采用F-n关系曲线标定装置标定得出力F与应变数n的关系曲线；
S2、在模拟岩石的表面预留承载体1的槽子并预埋接线管；
S3、将承载体1放入槽子，承载体1的表面与模拟岩石的表面齐平且传载体3的材料与模拟岩石材料一致，将线路5远离传感器4的一端穿过接线管与应变仪6相连，检查应变仪6与传感器4接通，完成剪应力检测装置的安装；
S4、在模拟岩石表面填埋有覆盖承载体1的土料；
S5、所述土料在所述承载体表面变形或滑动产生力F，该力F带动所述传载体(3)在所述承载体(1)内滑动，所述传感器(4)被所述传载体(3)挤压受到该力F，所述应变仪(6)记录所述传感器(4)每个受力点应变数n的变化过程；
S6、通过应变仪6记录的应变数和传感器4已标定的力F和应变数n的关系曲线得出力F，再通过τ＝F/A得出传载体3上表面各点的剪应力τ，即岩石结构面上局部点的剪应力。
优选地，所述F-n关系曲线标定装置为MST标定装置，确保F-n关系曲线标定准确。
优选地，所述土料在所述承载体表面的变形或滑动由加压装置加压发生或所述土料的自重带动发生，实现所述土料在所述承载体表面的变形或滑动。
优选地，所述加压装置为液压机，确保所述土料在所述承载体表面的变形或滑动的稳定性，进而确保实验准确性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种剪应力测试装置，其特征在于：包括传载体(3)、承载体(1)、传感器(4)和应变仪(6)，所述传载体(3)位于所述承载体(1)内，并可在所述承载体内滑动，所述传感器(4)呈环状，其内壁贴有应变片，所述应变片通过线路(5)与所述应变仪(6)连接，所述传感器(4)位于承载体(1)内，并可被所述传载体(3)在所述承载体(1)内滑动挤压；
所述传载体(3)与所述承载体(1)相互接触侧壁之间设有滚轴排(2)。
2.根据权利要求1所述的一种剪应力测试装置，其特征在于：所述传载体(3)呈矩形块状，所述承载体(1)呈顶部开口的矩形盒状；
所述承载体(1)的顶部开口对应所述传感器(4)的位置设置有覆盖所述传感器(4)的挡板(7)；
所述传感器(4)为钢质圆环；
所述传载体(3)由混凝土或岩石或水泥砂浆或土壤制成。
3.根据权利要求1至2任一项所述的一种剪应力测试装置，其特征在于：所述承载体(1)对应所述传感器(4)的侧壁上开设有入线孔，所述线路(5)远离所述应变仪(6)的一端穿过所述入线孔与所述应变片连接。
4.一种剪应力测试方法，其特征在于，采用权利要求1至3任一项所述的一种剪应力测试装置检测岩土结构面上局部点的剪应力，包括以下步骤：
S1、测量所述传载体(3)上表面的面积A,采用F-n关系曲线标定装置标定得出力F与应变数n的关系曲线；
S2、在模拟岩土的表面预留所述承载体(1)的槽子并预埋接线管；
S3、将所述承载体(1)放入所述槽子，所述承载体(1)的表面与模拟岩土的表面齐平且所述传载体(3)的材料与模拟岩土材料一致，将所述线路(5)远离所述传感器(4)的一端穿过所述接线管与所述应变仪(6)相连，检查应变仪(6)与传感器(4)接通，完成剪应力检测装置的安装；
S4、在模拟岩土表面填埋有覆盖所述承载体(1)的土料；
S5、所述土料在所述承载体表面变形或滑动产生力F，该力F带动所述传载体(3)在所述承载体(1)内滑动，所述传感器(4)被所述传载体(3)挤压受到该力F，所述应变仪(6)记录所述传感器(4)每个受力点应变数n的变化过程；
S6、通过应变仪(6)记录的应变数和传感器(4)已标定的力F和应变数n的关系曲线得出力F，再通过τ＝F/A得出所述传载体(3)上表面各点的剪应力τ。
5.根据权利要求4所述的一种剪应力测试方法，其特征在于，所述F-n关系曲线标定装置为MST标定装置。
6.根据权利要求4或5所述的一种剪应力测试方法，其特征在于，所述土料在所述承载体表面的变形或滑动由加压装置加压发生或所述土料的自重带动发生。
7.根据权利要求6所述的一种剪应力测试方法，其特征在于，所述加压装置为液压机。
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