CN108844833B - 简易滑动面多点剪应力监测装置及监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种简易滑动面多点剪应力监测装置及监测方法，涉及岩土工程中边坡试验部分。监测装置包括开孔的监测面板、悬臂梁传感器、连接杆、探测块，其中，开孔的监测面板的功用是为了模拟滑动面，悬臂梁传感器的功用是为了监控滑动面不同位置处的剪应力状态，连接杆的功用则是实现开孔的剪切面与传感器的连接，探测块的功用是为了向传感器传递力。所述试验装置可实现对滑动面不同位置剪应力状态的实时监测，从而为岩土体变形与破坏程度的判别提供数据依据。

Description

简易滑动面多点剪应力监测装置及监测方法
技术领域
本发明涉及岩土工程领域试验与测试部分，具体适用于滑动面不同部位剪应力状态的监测。
背景技术
岩土工程材料失稳多由剪切破坏引起，如实际工程中岩土边坡的滑动、地基的失稳等，均是由于岩土体内部应力状态达到了其材料抗剪强度引起。然而，岩土材料破坏是一个渐进破坏的过程，只有准确知道岩土体滑动面的应力状态才能对岩土体本身稳定状态评价做出准确判断，所以有效监测滑动面上多点的应力状态是岩土工程安全评估与灾害防控的重要内容。然而，由于当前相关岩土体变形破坏的测试多是针对物理力学参数的测试，对于岩土体应力状态的测试方法与测试设备的研究却十分欠缺，因此，构建可用于实时测定岩土体滑动面应力状态的方法与设备对于岩土工程灾害预防具有重要指导意义。
截至目前，在滑动面试验监测方面，成果依旧十分有限。对于涉及滑动面监测试验的专利“滑坡区岩土材料多参数监测系统及方法(申请号：CN201510664872)”滑坡区岩土材料多参数监测系统及方法，属于监测滑坡滑动面物理参数，如弹性模量、含水率以及裂缝损伤等。
发明内容
本发明旨在为边坡滑动面或者土体发生水平剪切时剪切面多点剪应力状态提供一种简易的监测试验装置。
本发明的目的通过下述方式实现：
一种简易剪切面多点应力监测装置，包括：
监测面板，用于模拟滑动面供滑坡体滑动，监测面板上沿滑坡体滑动方向间隔设有多个开孔，每个开孔内均设有剪应力探测机构；
所述剪应力探测机构用于探测滑坡体在监测面板上滑动时对监测面板表面所产生的剪应力，包括：
探测块，所述探测块的体积小于开孔的孔径，探测块嵌设于开孔内，并且探测块的上表面和监测面板的上表面平齐，探测块的边缘与所述开孔之间的缝隙通过柔性密封材料连接；
悬臂梁传感器，每个探测块的底部连接一个悬臂梁传感器的一端，悬臂梁传感器的另一端通过一连接杆或连接块与监测面板的底部支撑连接；
信号采集系统，与所述悬臂梁传感器信号连接。
所述开孔为矩形通孔，所述探测块为矩形块。
所述柔性密封材料为硅胶、树脂或软橡胶。
一种基于所述简易滑动面多点剪应力监测装置的监测方法，滑坡体在监测面板上滑动，经过探测块的上表面时，对探测块的剪应力使探测块与悬臂梁传感器之间在弹性约束下发生错动，通过悬臂梁传感器测得探测块所受的力的大小F，由此可计算出剪应力
Figure BDA0001774167820000021
其中，A为探测块横截面面积。
在探测块表面用喷漆工艺，先上高强度底胶，然后再喷射不同滑坡材料做成的不同粗糙程度的滑动面来模拟不同材料性质的滑坡。
所述滑坡材料为混凝土或砂。
有益效果：
本发明具有以下优点和积极效果：
第一、本发明的一种简易滑动面多点剪应力监测装置可用于实时测量岩土体滑动面上多点的剪应力，为岩土体变形与破坏程度的判别提供数据依据；
第二、本发明一种简易剪切面多点应力监测装置构造简单，可拓展性强，可方便用于室内土工模型试验。
第三、本发明一种简易剪切面多点应力监测装置的探测块可替换性强，可在其探测块表面用喷漆工艺(先上高强度底胶，然后再喷射混凝土、砂等不同的滑坡材料)做成不同粗糙程度的滑动面来模拟不同材料性质的滑坡。
附图说明
图1为本发明简易滑动面多点剪应力监测装置的监测面板倾斜放置时的结构示意图；
图2为本发明剪应力探测机构未受力时的结构示意图；
图3为本发明剪切力探测机构受力发生形变时的结构示意图；
图4为本发明简易滑动面多点剪应力监测装置的监测面板水平放置时的结构示意图；
其中：1-监测面板；2-探测块；3-悬臂梁传感器；4-柔性密封材料；5-连接杆；6-滑坡体。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
实施例
1)边坡滑坡简易滑动面多点剪应力监测
如图1所示，为本发明简易滑动面多点剪应力监测装置实施例1，此模型为倾斜的土质边坡，为了实时监测土坡发生滑坡时滑动面上的多点剪应力状态，将简易滑动面多点剪应力监测装置安置在边坡的滑动剪切面上。
2)土体发生水平剪切时简易滑动面多点剪应力监测
如图2所示，为本发明简易滑动面多点剪应力监测装置实施例2，此模型为土体发生水平剪切时，将简易滑动面多点剪应力监测装置安置在水平剪切面上，实时监测水平剪切面上的多点应力状态。
本发明监测的是滑动面的力学参数(应力状态)，通过探测块以及设置在探测块底部的悬臂梁传感器对监测面板上滑坡体的剪应力进行实时监测。
所述悬臂梁传感器的型号：DINI ARGEO狄纳乔SBT-1KL合金钢悬臂梁传感器。
本发明简易滑动面多点剪应力监测装置包括监测面板1、探测块2、悬臂梁传感器3、柔性密封材料4、连接杆5；其连接关系是：
将探测块安置在监测面板1的开孔中，并且探测块2的上表面和监测面板1的上表面平齐，在监测面板1的孔中和探测块2之间稍留有缝隙，用硅胶或者橡胶材料4将监测面板1和探测块2连接起来，以保证二者能形成一整体共同参与工作。
如图2为简易装置传感器细部连接图；除了在监测面板1的孔中和探测块2之间稍留有的缝隙，对于悬臂梁传感器3和监测面板1之间用连接杆5进行连接，连接杆5一端刚接于监测面板1的底面，另外一端和悬臂梁传感器3刚接。
信号采集系统，与所述悬臂梁传感器信号连接。
作为本发明技术方案的一个优选实施例，所述开孔为矩形通孔，所述探测块为矩形块。
作为本发明技术方案的一个优选实施例，所述柔性密封材料为硅胶或软橡胶。
进一步的，可在探测块表面用喷漆工艺，先上高强度底胶，然后再喷射混凝土、砂等不同的滑坡材料做成不同粗糙程度的剪切面来模拟不同材料性质的滑坡。
一种基于所述简易滑动面多点剪应力监测装置的监测方法，滑坡体在监测面板上滑动，经过探测块的上表面时，对探测块的剪应力使探测块与悬臂梁传感器之间在弹性约束下发生相对错动，该错动引起悬臂梁传感器应变片的变化，从而监测到应变值，计算出平移错动的数值；由于错动值同时也等于悬臂梁的挠曲变形量，因此根据悬臂梁挠曲变形量与所受荷载之间的关系，可求出探测块所受的力的大小F，进而由此可计算出剪切力
Figure BDA0001774167820000041
其中，A为探测块横截面面积。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种简易滑动面多点剪应力监测装置，其特征在于,包括：
监测面板,用于模拟滑动面供滑坡体滑动,监测面板上沿滑坡体滑动方向间 隔设有多个开孔,每个开孔内均设有剪应力探测机构;
所述剪应力探测机构用于探测滑坡体在监测面板上滑动时对监测面板表面 所产生的剪应力,包括:
探测块,所述探测块的面积小于开孔面积,探测块嵌设于开孔内,并且探测块的上表面和监测面板的上表面平齐,探测块的边缘与所述开孔之间的缝隙通过 柔性密封材料连接；
悬臂梁传感器,每个探测块的底部连接一个悬臂梁传感器的一端,悬臂梁传 感器的另一端通过一连接杆或连接块与监测面板的底部支撑连接；
信号采集系统,与所述悬臂梁传感器信号连接。
2.根据权利要求 1 所述的简易滑动面多点剪应力监测装置,其特征在于, 所述开孔为矩形通孔,所述探测块为矩形块。
3.根据权利要求 1 所述的简易滑动面多点剪应力监测装置,其特征在于, 所述柔性密封材料为硅胶、树脂或软橡胶。
4.一种基于权利要求 1-3 中任一所述简易滑动面多点剪应力监测装置的监测方法,其特征在于,滑坡体在监测面板上滑动,经过探测块的上表面时,对探测块的剪应力使探测块与悬臂梁传感器之间在弹性约束下发生错动,通过悬臂梁传感器测得探测块所受的力的大小F,由此可计算出剪应力
Figure QLYQS_1
,其中,A 为探测块横截面面积。
5.根据权利要求 4 所述简易滑动面多点剪应力监测装置的监测方法,其征在于,在探测块表面用喷漆工艺,先上高强度底胶,然后再喷射不同滑坡材料 做成的不同粗糙程度的滑动面来模拟不同材料性质的滑坡。
6.根据权利要求 5 所述简易滑动面多点剪应力监测装置的监测方法,其特征在于,所述滑坡材料为混凝土或砂。
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