CN108120645A - 一种土压力原位测试装置及其测试方法 - Google Patents

一种土压力原位测试装置及其测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种土压力原位测试装置及其测试方法，该土压力原位测试装置包括背面板，所述背面板的正面设置有一凹槽，所述凹槽的敞口面上封装设置有一弹性接触面板，所述弹性接触面板与所述凹槽围合形成密闭的液压腔体；所述液压腔体与液压计连通，所述液压腔体内填充有液体。本发明的优点是：采用液压传导的方式测量土压力，安装过程中周边土层的影响较小，有效地解决了现有技术中存在的测量结果失真的问题。

Description

一种土压力原位测试装置及其测试方法
技术领域
本发明属于土木工程领域，具体涉及一种土压力原位测试装置及其测试方法。
背景技术
土体中压力状态测试是评价岩土工程结构安全，验证设计理论是否合理的重要方法之一，目前常用的土压力测试方法主要是通过在土体中埋设土压力盒进行的，传统的压力盒采用的是振弦式土压力盒，测试时通过预钻孔成孔后将土压力盒放至所需深度，然后通过在孔中回填土使土体充填土压力盒周边空间，周边原状土的土压力通过回填土传递至土压力盒接触面，通过采集振弦式土压力盒的振弦频率变化，来获取土压力的变化情况。
但由于土压力盒圆形接触面的周边由刚性材料包围、支撑，导致土压力不能较好的传递至接触面，且由于埋设方法采用预钻孔然后回填土的方法，不可避免的会引起土压力和周边回填不够密实或过度密实的情况，引起土压力盒周边土体应力状态发生改变，引起土压力测试结果的失真。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种土压力原位测试装置及其测试方法，该装置采用液压传导的方式测量土压力，安装过程中周边土层的影响较小，有效地解决了现有技术中存在的测量结果失真的问题。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种土压力原位测试装置，所述土压力原位测试装置包括背面板，所述背面板的正面设置有一凹槽，所述凹槽的敞口面上封装设置有一弹性接触面板，所述弹性接触面板与所述凹槽围合形成密闭的液压腔体；所述液压腔体与液压计连通，所述液压腔体内填充有液体。
所述背面板与刚性杆连接，二者直接连接或通过连接端连接；
所述背面板的底部为三角形、楔形或弧形。
所述液压计连接有信号线；所述信号线向上延伸至地面。
所述弹性接触面板通过摩擦接触的方式与所述背面板的正面进行连接。
一种土压力原位测试装置的测试方法，所述测试方法具体包括以下步骤：对所述土压力原位测试装置进行标定，通过液压计测量初始压力值P0；将所述土压力原位测试装置埋设至土体中，埋设至预定位置后通过所述液压计测量实际压力P。
所述土压力F的计算公式如下所示：
F = {(P-P0)A2+Fs}/A1
其中，A1为弹性接触面板与土体接触的面积，A2为液压腔体的液体压力作用于所述弹性接触面板上的面积；Fs为所述弹性接触面板四边所受摩擦力合力。
将所述土压力原位测试装置埋设至土体中具体包括以下步骤：将刚性杆与背面板连接；通过所述刚性杆将所述土压力原位测试装置压入土层。
将所述土压力原位测试装置埋设至土体中具体包括以下步骤：将刚性杆与背面板连接；在土体的表面钻孔，所述钻孔的深度小于所述土压力原位测试装置的设计埋设深度；通过所述刚性杆将所述土压力原位测试装置插入所述钻孔底部，并通过所述刚性杆将所述土压力原位测试装置下压至预定深度；下压完成后对所述钻孔进行回填。
本发明的优点是：
（1）土压力原位测试装置直接压入土层中或部分钻孔后压入土中，由于背面板底部设置有便于入土的构造，故对土体的扰动较小，且由于是压入土中，弹性接触面板可直接与测试位置所在原装土接触，能获取较为理想的测试效果。
（2）液压传感器与液压腔相连通；液压传感器在地下直接将液体压力转化为电信号传输至地面；由于地下环境基本为恒温条件，故液体压力不受外界环境温度的影响；
（3）液压腔体除了弹性接触面板以外均为刚性材料固定支撑，只有水平向的弹性接触面板可随着土压前后移动，故测试水平向土压力的力学概念清晰，测得的液体压力值与水平向的土压力值的换算存在明确的理论关系。
附图说明
图1为本发明实施1中土压力原位测试装置的正面视图；
图2为本发明实施1中土压力原位测试装置的侧视图；
图3为本发明中土压力原位测试装置压入土层过程中的示意图；
图4为本发明中土压力原位测试装置压入土层过程中的示意图；
图5为本发明实施2中土压力原位测试装置的正面视图；
图6为本发明实施2中土压力原位测试装置的侧视图；
图7为本发明实施3中土压力原位测试装置的正面视图；
图8为本发明实施3中土压力原位测试装置的侧视图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-8，图中标记1-8分别为：弹性接触面板1、背面板2、液压腔体3、压力传导管4、液压计5、连接端6、信号线7、刚性杆8
实施例1：如图1、2所示，本实施例具体涉及一种土压力原位测试装置，该土压力原位测试装置包括背面板2；背面板2是由金属制成的厚板，在背面板2的正面设置有凹槽；背面板2的正面还设置有弹性接触面板1，弹性接触面板1与凹槽围合形成密封的液压腔体3；背面板2内部设置有液压计5，液压计5通过压力传导管4与液压腔体3连通；液压腔体3以及压力传导管4内部填充有液体；液压计5用于测量液压腔体3内部的液体压力。
如图1、2所示，弹性接触面板1为厚度较薄的金属板；弹性接触面板1可在土压的作用下产生微小的变形，导致液压腔体3内部的压力升高；通过液压计5检测液压腔体3的压力即可检测到作用在弹性接触面板1上的土压力；在本实施例中，弹性接触面板1可以通过摩擦接触的方式与背面板2连接，背面板2的厚度远远大于弹性接触面板1；在土压力的作用下产生的变形远远小于弹性接触面板1的变形。
如图1、2所示，背面板2的底部呈三角形，背面板2的顶部设置有供刚性杆8连接的连接端6；在连接端6的顶部端面设置有通孔，液压计5通过该通孔安装至背面板2的内部；液压计5连接有信号线7；信号线7从连接端6顶部端面的通孔延伸至背面板2外侧；使用过程中，信号线7与刚性杆8均向上延伸至地面，信号线7可将液压计5与数据采集仪器连接。
如图1至4所示，本实施例还涉及一种使用上述土压力原位测试装置的土压力原位测试方法，本实施例的土压力原位测试方法具体包括以下步骤：
1）对土压力原位测试装置进行标定，在标定过程中通过液压计测量初始压力值P0；通过标定可以使得土压力原位测试装置的测试结果更加准确；
2）将土压力原位测试装置埋设至土体中；埋设过程中，可根据埋设深度的不同，从如下两种埋设方法中选取适当的埋设方法：
2a)当土压力原位测试装置埋设深度较小时，可直接将土压力原位测试装置压入土层内部；具体的，如图1和图3所示，首先将刚性杆8连接在背面板2顶部的连接端，随后确定埋设点位置，最后通过静压设备将刚性杆8以及土压力原位测试装置一同压入土层的预设深度；
2b) 当土压力原位测试装置埋设深度较大时，需要对土层进行钻孔成孔；具体的，如图1和图4所示，首先将刚性杆8连接在背面板2顶部的连接端，同时在地面对土层进行钻孔成孔，钻孔的深度比土压力原位测试装置的埋设深度小0.2m以上，将刚性杆8连同土压力原位测试装置下放至钻孔的底部，再通过刚性杆8将土压力原位测试装置下压至预定埋设深度，下压完成后对钻孔进行回填。
3）读取测试数据；读取过程中，通过与液压计5连接的信号线7读取液压计5的读数P，根据步骤1）和步骤3）的测量结果计算土压力原位测试装置所在位置的土压力F；土压力F的计算公式如下所示：
F = {(P-P0)A2+Fs}/A1
其中，A1为弹性接触面板1与土体接触的面积，A2为液压腔体3的液体压力作用于弹性接触面板1的面积；Fs为所述弹性接触面板四边所受摩擦力合力。
本实施例的有益技术效果为：
（1）土压力原位测试装置直接压入土层中或部分钻孔后压入土中，由于背面板底部设置有便于入土的三角形构造，故对土体的扰动较小，且由于是压入土中，背面板可直接与测试位置所在原装土接触，能获取较为理想的测试效果。
（2）液压传感器放置于连接端内部；液压传感器在地下直接将液体压力转化为电信号传输至地面；由于地下环境基本为恒温条件，故液体压力不受外界环境温度的影响；
（3）液压腔体除了弹性接触面板以外均为刚性材料固定支撑，只有水平向的弹性接触面板可随着土压前后移动，故测试水平向土压力的力学概念清晰，测得的液体压力值与水平向的土压力值的换算存在明确的理论关系。
实施例2：如图5、6所示，本实施例与实施例1的主要区别在于背面板2的底部形状以及液压计5的安装方式；本实施例中，背面板2的底部为楔形；本实施例中，液压腔体3的顶部开设有压力传导管4；液压计安装在背面板2的顶部，并通过压力传导管4与液压腔体连接；液压计5的信号线设置在刚性杆8的外侧；此外，本实施例中刚性杆8直接与背面板2的顶部连接，背面板2的顶部没有连接端。
实施例3：如图7、8所示，本实施例与实施1的主要区别在于液压计5的安装方式；本实施例中，液压计5嵌设在液压腔体3的内表面，液压计5直接与液压腔体3连通；此外，本实施例中，背面板2的底部为弧形结构。

Claims (9)

1.一种土压力原位测试装置，其特征在于所述土压力原位测试装置包括背面板，所述背面板的正面设置有一凹槽，所述凹槽的敞口面上封装设置有一弹性接触面板，所述弹性接触面板与所述凹槽围合形成密闭的液压腔体；所述液压腔体与液压计连通，所述液压腔体内填充有液体。
2.根据权利要求1所述的一种土压力原位测试装置，其特征在于所述背面板与刚性杆连接，二者直接连接或通过连接端连接。
3.根据权利要求1所述的一种土压力原位测试装置，其特征在于所述背面板的底部为三角形、楔形或弧形。
4.根据权利要求1所述的一种土压力原位测试装置，其特征在于所述液压计连接有信号线；所述信号线向上延伸至地面。
5.根据权利要求1所述的一种土压力原位测试装置，其特征在于所述弹性接触面板通过摩擦接触的方式与所述背面板的正面进行连接。
6.一种涉及权利要求1至5中任一所述土压力原位测试装置的测试方法，其特征在于所述测试方法具体包括以下步骤：对所述土压力原位测试装置进行标定，通过液压计测量初始压力值P0；将所述土压力原位测试装置埋设至土体中，埋设至预定位置后通过所述液压计测量实际压力P。
7.根据权利要求6所述的土压力原位测试装置的测试方法，其特征在于所述土压力F的计算公式如下所示：
F = {(P-P0)A2+Fs}/A1
其中，A1为弹性接触面板与土体接触的面积，A2为液压腔体的液体压力作用于所述弹性接触面板上的面积；Fs为所述弹性接触面板四边所受摩擦力合力。
8.根据权利要求6所述的一种土压力原位测试装置的测试方法，其特征在于将所述土压力原位测试装置埋设至土体中具体包括以下步骤：将刚性杆与背面板连接；通过所述刚性杆将所述土压力原位测试装置压入土层。
9.根据权利要求6所述的一种土压力原位测试装置的测试方法，其特征在于将所述土压力原位测试装置埋设至土体中具体包括以下步骤：将刚性杆与背面板连接；在土体的表面钻孔，所述钻孔的深度小于所述土压力原位测试装置的设计埋设深度；通过所述刚性杆将所述土压力原位测试装置插入所述钻孔底部，并通过所述刚性杆将所述土压力原位测试装置下压至预定深度；下压完成后对所述钻孔进行回填。
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