CN106767669A - 土体单向应变测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种土体单向应变测试装置，该土体单向应变测试装置埋置于土体内部，并与数据采集系统相连接，该装置包括刚性管、弹性囊、感压器、填充液、数据线、密封圈、密封胶、孔塞，其中刚性管侧壁设置有圆形孔和充液孔，刚性管两端外壁设置有密封槽；将感压器测试端经刚性管侧壁的圆形孔置入刚性管；用密封圈将弹性囊布置在刚性管密封槽上；将填充液从充液孔充入刚性管内部并用孔塞将充液孔密封；用密封胶将刚性管上的缝隙填充密实；将感压器连接的数据线与数据采集系统相连接，即形成土体单向应变测试装置。同时提供一种土体单向应变测试装置的实施方法。本发明能够获取土体在外荷载作用下某方向的应变量，该装置为认识土体的力学和变形特性提供了便利。

Description

土体单向应变测试装置及其测试方法

技术领域

本发明属于岩土工程领域，涉及一种土体单向应变测试装置及其测试方法，用于土体内相对应变量的测试。

背景技术

连续性或多孔材料在外力作用下，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种形变称为应变。研究土体应变的变化机理对于认识土体的强度和变形特性具有重要作用。

土体具有与金属不同的材料属性，其应变不能简单的依据土体的表面变化来解释。因土体的压硬性、非线性等特征，土体的实际应变不能直接计算获得。由于土体的碎散、无定向刚度等特性，土体中的应变无法直接测试。专利号2014107401402公布了用于测试土体内部三维应变状态的测试装置，然而土体应变测试需要足够的材料相似度，该专利并未实质性指出骨架材料类型，且该专利无法用于某固定方向的土体应变测试。

为有效测试不同土体的弹性性能，合理评估土体的应变、强度及变形特性，有必要对土体的应变进行测试。

发明内容

本发明的目的是提供一种土体单向应变测试装置及其测试方法，以实现土体的应变测试，土体单向应变测试装置是以其他介质的应变为单位，建立土体应变与介质应变关系，从而获取其应变。

为解决上述问题，本发明提供一种土体单向应变测试装置，该土体单向应变测试装置埋置于土体内部，并与数据采集系统相连接，其中：该装置包括刚性管、弹性囊、感压器、填充液、数据线、密封圈、密封胶、孔塞，所述刚性管侧壁设置有圆形孔和充液孔，刚性管两端外壁设置有密封槽；将感压器测试端经刚性管侧壁的圆形孔置入刚性管，通过密封圈将弹性囊设在刚性管密封槽上，将填充液经充液孔填充入刚性管内部，并通过孔塞将充液孔密封，通过密封胶将刚性管与弹性囊之间的缝隙填充密实；将感压器连接的数据线与数据采集系统相连接，即形成土体单向应变测试装置。

同时提供一种土体单向应变测试装置的测试方法。

本发明效果是能够获取土体在外荷载作用下某方向的应变量，打破了土体单向应变不能直接测试的局限。经测试，同一土体单向应变测试装置经多次加载标定的相对应变值误差小于1％。精度的提高不仅能解决土体单向应变测试的难题，还为土体的强度及变形研究提供了保障。

附图说明

图1为本发明的土体单向应变测试装置剖面图；

图2为本发明涉及的刚性管效果图。

图中：

1.刚性管 2.弹性囊 3.感压器 4.填充液 5.数据线 6.密封圈

7.密封胶 8.孔塞 11.圆形孔 12.充液孔 13.密封槽

具体实施方式

结合附图对本发明的土体单向应变测试装置及其测试方法加以说明。

本发明的土体单向应变测试装置及其测试方法是基于：通过利用液体压强随外载变化而不断变化的原理，结合土体应变与介质应变之间的关系，提出了土体单向应变测试装置。

本发明的土体单向应变测试装置结构是，该土体单向应变测试装置埋置于土体内部，并与数据采集系统相连接，其特征是：该装置包括刚性管1、弹性囊2、感压器3、填充液4、数据线5、密封圈6、密封胶7、孔塞8，如图1所示。其中刚性管1侧壁设置有圆形孔11和充液孔12，刚性管1两端外壁设置有密封槽13，如图2所示。将感压器3测试端经刚性管侧壁的圆形孔11置入刚性管1；用密封圈6将弹性囊2布置在刚性管密封槽12上；将填充液4从充液孔12充入刚性管1内部，并用孔塞8将充液孔12密封；通过密封胶7将刚性管与弹性囊2之间的缝隙填充密实；将感压器3连接的数据线5与数据采集系统相连接，即形成土体单向应变测试装置。

所述土体单向应变测试装置的测试方法之一种，该方法包括以下步骤：

1)将组装好的土体单向应变测试装置进行外部应变与液压之间关系的标定获取标定系数K；

2)将组装好的土体单向应变测试装置埋入土体内部，并将数据线5与数据采集系统连接；

3)开启数据采集系统，待采集系统显示的数据稳定后记录土体单向应变测试装置的压力值P₀；

4)对土体进行加载，获取压力值P₁；

5)利用式(1)即可计算埋设方向的土体单向应变值，公式(1)为

ε＝(p₁-p₀)K (1)

式(1)中，ε为土体应变量；P₀为步骤1)中的记录的压力值；P₁为步骤2)中获取的压力值。

所述土体单向应变测试装置的相对应变测试方法另一种，该方法包括以下步骤：

1)将组装好的土体单向应变测试装置埋入土体内部，并将数据线5与数据采集系统连接；

2)开启数据采集系统，待采集系统显示的数据稳定后记录土体单向应变测试装置的压力值P₀；

3)对土体进行加载，获取压力值P₁；

4)利用式(2)即可计算埋设方向的土体单向应变值，公式(2)为

式(2)中，h为土体单向应变量；P₀为步骤2)中记录的压力值；P₁为步骤3)中加载后获取的压力值；ρ为应变囊内填充液密度；g为重力常数，取9.8N/kg。依据土体单向应变测试装置，可获取土体内部的相对应变量。

土体应变测试装置的相对应变测试方法计算推导过程如下：

常规的应变测量依据柔度材料的应变作为土体材料的应变。本发明的测试方法提出土体应变依据归一化测试方法，将土体的应变转化为柔性材料的应变，建立柔性材料与土体应变之间的数值关系。一定深度情况下液体中压强计算式为

P＝ρgh (3)

式(3)中，P为压强值；ρ为液体密度；g为重力常数；h为所处液体下的深度。若液体中一点的压强值P已知，则可计算出所处的液体深度。基于此原理，若已知一定荷载作用下也体内产生一定的压力增量P_Δ，则可以推算出一点的液面增加量h_Δ，计算式为

式(4)中，P为压强值；P_Δ为压强增量值；ρ为液体密度；g为重力常数。因此，依据土体单向应变测试装置可获取不同时刻的压强增量，进而间接获取某方向土体的平均线应变量。

以上所述仅为结合本次制作过程进行说明，对于本领域的实际应用来说，本发明可以有各种变化和更改。凡在本发明的精神和原则之内，所作的修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种土体单向应变测试装置，该土体单向应变测试装置埋置于土体内部，并与数据采集系统相连接，其特征是：该装置包括刚性管(1)、弹性囊(2)、感压器(3)、填充液(4)、数据线(5)、密封圈(6)、密封胶(7)、孔塞(8)，所述刚性管(1)侧壁设置有圆形孔(11)和充液孔(12)，刚性管(1)两端外壁设置有密封槽(13)；将感压器(3)测试端经刚性管(1)侧壁的圆形孔(11)置入刚性管(1)，通过密封圈(6)将弹性囊(2)设在刚性管密封槽(12)上，将填充液(4)经充液孔(12)填充入刚性管(1)内部，并通过孔塞(8)将充液孔(12)密封，通过密封胶(7)将刚性管与弹性囊(2)之间的缝隙填充密实；将感压器(3)连接的数据线(5)与数据采集系统相连接，即形成土体单向应变测试装置。

2.利用权利要求1所述的土体单向应变测试装置的测试方法，该方法包括有一种的步骤是：

1)将组装好的土体单向应变测试装置进行外部应变与液压之间关系的标定而获取标定系数K；

2)将组装好的土体单向应变测试装置埋入土体内部，并将数据线(5)与数据采集系统连接；

3)开启数据采集系统，待采集系统显示的数据稳定后记录土体单向应变测试装置的压力值P₀；

4)对土体进行加载，获取压力值P₁；

5)利用式(1)计算埋设方向的土体单向应变值，公式(1)为

ε＝(p₁-p₀)K (1)

式(1)中，ε为土体应变量

另一种的步骤是：

1)将组装好的土体单向应变测试装置埋入土体内部，并将数据线(5)与数据采集系统连接；

2)开启数据采集系统，待采集系统显示的数据稳定后记录土体单向应变测试装置的压力值P₀；

3)对土体进行加载，获取压力值P₁；

4)利用式(2)计算埋设方向的土体单向应变量，公式(2)为

$h=\frac{P_1-P_0}{\mathrm{\ρ}g}---\left(2\right)$

式(2)中，h为土体单向应变量；ρ为应变囊内填充液的密度；g为重力常数9.8N/kg，依据土体单向应变测试装置，获取土体内部的相对应变量。