CN105784495A - 一种测量岩土材料侧压力系数及泊松比的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩土材料侧压力系数及泊松比的测试装置，其特征在于：由限位支架、钢环、液压囊、止水阀、限位板、液压表、下压板、上压板，底座构成。压力机施加已知的轴向压力，液压表测出试侧向变形对液体所产生的压力，间接测出岩土材料的侧向压力，从而计算出侧压力系数，进而推算出岩土材料泊松比。本发明的优点在于能够较准确的测量出岩土材料的泊松比，简单实用可靠。

Description

一种测量岩土材料侧压力系数及泊松比的装置

技术领域

本发明主要用于岩土材料试验中测量岩土材料的侧压力系数和泊松比，是一种新型的仪器和测量装置，并且极大地提高了测量结果的精准度。

背景技术

泊松比是反映材料弹性特性的一个常数，是指材料在单向受压(或受拉)时，径向应变与轴向应变的绝对值的比值，通常用于工程部件的数值压力分析。常用的测量方法是通过在试样上粘贴电阻应变片的方式测量其泊松比，但此方法测量的变形范围有限，并且试样附加了粘贴片的刚度，会引起一定的误差,与此同时土体压缩过程变形相对较大，应变片易脱落，产生较大变形，不能二次使用。该新型快速测量岩土材料的侧压力系数及泊松比装置很好的克服了这些缺点，操作简单，便捷，并且误差极小。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种新型、简易的装置来测量岩土材料的侧压力系数和泊松比，用简单的操作获得理想的结果。

为实现上述目的，本发明可采取技术方案如下：

一种测量岩土材料侧压力系数及泊松比的装置，由限位支架、钢环、液压囊、止水阀、限位板、液压表、下压板、上压板，底座构成。所述底座的左、右部分别对称安装有限位支架，所述左限位支架、右限位支架结构相同，所述底座的中部安装下压板，下压板的高度略高出底座，所述钢环固定在左右限位支架上，且底部高度平行与下压板，所述液压囊黏贴在钢环内部，底部连接有注水口，所述止水阀安装在注水口，控制水的进入；液压囊上部有出水口，用导管连接，导管的另一端连接液压表，液压表压力的变化，即岩土体材料围压变化，所述限位板安装在限位支架的上部，起到对上压板的一个位移限定，所述上压板连接于压力机，上压板对被测量岩土材料提供轴向的压力。

本发明的理论原理为：在有侧限压缩岩土材料的条件下，围压σ_x＝σ_y，无侧向变形，即ε_x＝ε_y＝0，带入广义胡克定律：

${\mathrm{\ϵ}}_x=\frac{1}{E}\[{\mathrm{\σ}}_x-\mathrm{\ν}({\mathrm{\σ}}_y+{\mathrm{\σ}}_z)\]$

${\mathrm{\ϵ}}_y=\frac{1}{E}\[{\mathrm{\σ}}_y-\mathrm{\ν}({\mathrm{\σ}}_x+{\mathrm{\σ}}_z)\]$

即：

σ_x-ν(σ_x+σ_z)＝0

可得侧压力系数与泊松比ν的关系：

$\mathrm{\ξ}=\frac{{\mathrm{\σ}}_x}{{\mathrm{\σ}}_z}=\frac{\mathrm{\ν}}{1-\mathrm{\ν}}$

即:

$\mathrm{\ν}=\frac{\mathrm{\ξ}}{1+\mathrm{\ξ}}$

根据上述理论原理，在该实验中施加一定的轴向压力σ₁，通过测得液压囊中液体压力，也就是岩土材料的围压σ₃。做出σ₃-σ₁曲线，在弹性阶段其平均斜率即为岩土材料的侧压力系数，在根据上述算得试样的泊松比。

本发明的有益效果为：通过简单的实验步骤，测得我们需要的数据，再加以简单运算，即可得到我们需要的岩土材料的侧压力系数和泊松比。该实验装置运用的理论原理简单，操作方法便捷，测算结果精确。

附图说明

图1是本发明的主视结构示意图

图2是本发明的俯视结构示意图

图中：1加压板；2下承压板；3液压囊；4钢环；5液压表；6止水阀；7限位支架；8限位板；9被测岩土材料；10底座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

本发明由限位支架、钢环、液压囊、止水阀、限位板、液压表、下压板、上压板，底座，压力机组合而成，用压力机施加已知的轴向压力，液压表测出岩土材料侧向所受压力，从而计算出侧压力系数，进而计算出岩土材料的泊松比。其结构形式如附图1所示，包括放置在被测岩土材料9上部的上压板1、放置在被测岩土材料9下部的下压板2，所述上压板1固定在压力机上，用来提供对岩土材料轴向的压力，所述下压板2固定在底座10上，所述钢环4固定在限位支架上，所述钢环4的内部粘贴着液压囊3，所述液压囊3的底部设置一注水口，连接注水口的导管上安装止水阀6，用止水阀6控制水的进入，顶部通过导管与液压表5连接，所述液压表5与限位支架7相连接，液压表5可以用来测量岩土材料围压的变化。所述左、右部限位支架对称安装在底座10上。

具体实施步骤如下：

(1)将提前制定好的限位支架固定在底座的左右两侧，下压板安装在底座的中部，将液压囊良好黏贴在钢环内部，接着将其一同安装在限位支架上，并使底部高度与下压板平行，液压囊的底部通过导管连接止水阀，上部出水口连接液压表，并将液压表固定在限位支架上。

(2)将岩土材料样制作成标准圆柱形样本，尺寸大小：高度同钢环高度，直径比钢环直径略小10毫米左右。

(3)将岩土材料样放入固定好的设备中，即钢环内，打开止水阀，通过底部注水口向液压囊内注水，直至液压囊全部充满水，通过上部出水口排出气泡，关闭止水阀。此时液压表会有一定的压力值，读取并记录下来。

(4)开启压力机，实验开始，压缩岩土材料。加荷过程按照相关技术规程的加载方式与速率对试件进行加压，记录不同压力大小下对应的液压表的读数，直至岩土材料破坏。

(5)数据处理：加荷过程中不同压力下σ₁，压力表的读数减去初始压力，即为不同压力下对应的围压σ₃，做出σ₃-σ₁曲线，其前半部分线性阶段的平均斜率即为土的侧压力系数ξ，再根据公式：

$\mathrm{\ν}=\frac{\mathrm{\ξ}}{1+\mathrm{\ξ}}$

算得岩土材料样的泊松比。

以上部分描写和叙述了本发明的基本原理、主要特征、创新性和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施范例的限制，上述实施范例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种测量岩土材料侧压力系数及泊松比的装置，其特征在于：包括限位支架、钢环、液压囊、止水阀、限位板、液压表、下压板、上压板，底座构成。压力机施加已知的轴向压力，液压表测出土体横向所受压力，从而计算出侧压力系数，进而计算出测量岩土材料泊松比。

2.如权利要求1所述的一种测量岩土材料侧压力系数及泊松比的装置，其特征在于：所述的限位支架对称布置在底座上。

3.如权利要求1所述的一种测量岩土材料侧压力系数及泊松比的装置，其特征在于：所述钢环对称固定在限位支架上。

4.如权利要求1所述的一种测量岩土材料侧压力系数及泊松比的装置，其特征在于：所述液压囊黏贴在钢环内部，止水阀安装在液压囊底部的注水口处。

5.如权利要求1所述的一种测量岩土材料侧压力系数及泊松比的装置，其特征在于：所述限位板固定在限位支架上，限定上压板的位置，防止发生偏移。

6.如权利要求1所述的一种测量岩土材料侧压力系数及泊松比的装置，其特征在于：所述液压表固定在限位支架上，并与液压囊连接，用于测围压。

7.如权利要求1所述的一种测量岩土材料侧压力系数及泊松比的装置，其特征在于：所述上压板与压力机相连，对土体提供轴向压力。

8.如权利要求1所述的一种测量岩土材料侧压力系数及泊松比的装置，其特征在于：所述下压板位于底座上，承压并限定土样位置。