CN109682687A - 一种袋装砂袋体应力应变测试方法及设备 - Google Patents

Abstract

一种袋装砂袋体应力应变测试方法及设备，其结构包括：应力应变测试装置、U型密封盖结构、测试电缆、手持便携测试仪、土工织物和密封块体，应力应变测试装置与土工织物上下端连接，U型密封盖结构与应力应变测试装置连接，测试电缆一端穿过U型密封盖结构与应力应变测试装置连接，手持便携测试仪与测试电缆另一端连接，密封块体与应力应变测试装置两侧连接。本发明与传统技术相比，可以实现水下完全密封，测试设备有电缆线连出，可以从围堤外侧伸出，且无需交流电即可随时用手持式便携测试仪进行测试，与袋装砂袋体等柔性土工织物的融合性较好，应力应变数据真实可靠。适用于岩土工程、海港工程的袋装砂围堤施工中土工织物袋体的应力应变测试与监控。

Description

一种袋装砂袋体应力应变测试方法及设备

技术领域

本发明涉及岩土工程、港口工程中袋装砂围堤袋体等土工织物的应力应变测试技术，具体涉及一种袋装砂袋体应力应变测试方法及设备。

背景技术

在岩土工程、港口工程中，为了节省石材，许多围堤的建造采用袋装砂袋体，袋内一般采用水力充填砂或者淤泥等容易获取的材料。袋装砂围堤的优点是泥沙可以就地取材，进而可以节省大量的石材，保护山体的自然环境，减少陆地运输工程量，从而节约工程造价；缺点是袋装砂围堤的袋体设计偏于保守，主要原因是袋体应力普遍采用设计预估推算等方法获取，袋体设计偏于保守的结果就是成本的上升，同时，因施工中无法有效采集袋体的应力应变数据，施工速率无法有效保证，在大面积施工条件下，围堤容易发生滑动失稳等现象。

关于应力应变的数据采集的方法，传统方法是采用钢筋应力计、振弦式位移计或者电阻应变片等手段进行采集，但是传统的方法应用在袋装砂袋体上存在诸多问题，如钢筋应力计仅适用于刚性材料(柔性袋体上无法安装)、钢筋应力计遇海水腐蚀(海水环境下耐久性差)、电阻应变片的安装困难(柔性袋体上无法直接使用)、电阻应变片的数据采集需要交流电(目前观测设备所限)、电阻应变片的耐久性与隔水性能差等问题。因而近年来许多科研机构提出采用光纤材料等测试袋装砂袋体等土工织物的应力应变，但是这种方法较为适用于科研领域，所测的应力应变数据在大规模推广应用上也存在很多局限性。同时，袋装砂袋体的伸长率指标达10％～30％以上，普通电阻应变计根本无法提供如此大的量程，因此，在围堤袋装砂袋体等土工织物的应力应变测试领域急需要开发出一种原理简单、价格低廉、经久耐用、适用于大规模推广的测试方法及设备。

为了解决上述问题，我们做出了一系列改进。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种袋装砂袋体应力应变测试方法及设备，以克服现有技术所存在的上述缺点和不足。

一种袋装砂袋体应力应变测试设备包括：应力应变测试装置、U型密封盖结构、测试电缆、手持便携测试仪、土工织物和密封块体，所述应力应变测试装置与土工织物上下端连接，所述U型密封盖结构与应力应变测试装置连接，所述测试电缆一端穿过U型密封盖结构与应力应变测试装置连接，所述手持便携测试仪与测试电缆另一端连接，所述密封块体与应力应变测试装置两侧连接；

其中，所述应力应变测试装置包括：刚性应变计、特制基板、连接圆孔、螺栓、特制粘结剂和特殊防水耐候胶，所述连接圆孔设于刚性应变计上，所述特制基板通过连接圆孔、螺栓和特殊防水耐候胶与刚性应变计连接，所述特制基板通过特制粘结剂与土工织物连接。

进一步，所述U型密封盖结构包括：U型密封盖盖体、小孔和橡胶密封圈，所述U型密封盖盖体通过特殊防水耐候胶与应力应变测试装置连接，所述小孔设于U型密封盖盖体一侧，所述橡胶密封圈与小孔内部连接，所述小孔通过橡胶密封圈与测试电缆连接。

一种袋装砂袋体应力应变测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将一定宽度的土工织物袋体在液压伺服拉伸机上进行拉伸实验，直至破坏，在拉伸过程中，记录拉力F与袋体变形量的大小，袋体变形量为延伸率δ；

步骤二：应力应变测试设备用特制粘结剂黏贴在相同宽度的土工织物袋体之上，应力应变测试设备与特制基板的固定采用螺栓连接，同样在液压伺服拉伸机上进行拉伸实验，直至粘结剂破坏，在拉伸的过程中，记录拉力F、延伸率δ、应变测试设备读数值ε'；

步骤三：根据拉力F与延伸率δ之间的关系曲线，建立两者的数学函数关系式：ε＝δ＝f(F)。根据公式则F＝EAε，土工织物的拉力F与土工织物的应变ε是关于弹性模量E和截面积A的线性函数；

步骤四：建立土工织物的应力σ与应变测试读数值之间关系曲线，应变测试设备的读数值ε'与土工织物的延伸率δ都是通过实验实际得出，通过反复进行若干组实验，得出两者之间的关系式：ε'＝f(δ)，而如ε＝δ＝f(F)可知，延伸率δ又是拉力F的函数，便可建立应变测试设备的读数值ε'与土工织物拉力F之间的关系，进而就建立了应变测试设备的读数值ε'与土工织物真实应力和应变之间的关系：ε'＝f(ε)。

步骤五：通过测量应变测试设备的读数值ε'，得知土工织物的真实的应力和应变状态。

本发明的有益效果：

本发明与传统技术相比，通过室内试验建立应变测试设备读数值与袋装砂袋体应力应变之间的关系函数，再通过工程实际的应变测试设备的读数值获取真实的袋体应力应变参数，设备的结构上增设刚性应变计，刚性应变计用螺栓固定在特制基板上，将特制基板与袋装砂袋体等土工织物用特制粘结剂粘结，然后用特制防水密封外壳将刚性应变计密封起来，形成一个密封测试设备，可以实现水下完全密封，测试设备有电缆线连出，可以从围堤外侧伸出，且无需交流电即可随时用手持式便携测试仪进行测试，与袋装砂袋体等柔性土工织物的融合性较好，通过换算得出的应力应变数据真实可靠。本发明专利适用于岩土工程、海港工程中大面积的袋装砂围堤施工中土工织物袋体的应力应变测试与监控。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的应力应变测试装置的密封结构图。

图3为本发明的应力应变测试装置的结构示意图。

图4为本发明的应力应变测试方法原理图。

图5为本发明的室内率定实验相关曲线图。

附图标记：

应力应变测试装置100、刚性应变计110、特制基板120、连接圆孔130、螺栓140、特制粘结剂150和特殊防水耐候胶160。

U型密封盖结构200、U型密封盖盖体210、小孔220、橡胶密封圈230、测试电缆300、手持便携测试仪400、土工织物500和密封块体600。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明作进步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。

实施例1

图1为本发明的结构示意图。图2为本发明的应力应变测试装置的密封结构图。图3为本发明的应力应变测试装置的结构示意图。图4为本发明的应力应变测试方法原理图。图5为本发明的室内率定实验相关曲线图。

如图1、图2、图3、图4和图5所示，一种袋装砂袋体应力应变测试设备包括：应力应变测试装置100、U型密封盖结构200、测试电缆300、手持便携测试仪400、土工织物500和密封块体600，应力应变测试装置100与土工织物500上下端连接，U型密封盖结构200与应力应变测试装置100连接，测试电缆300一端穿过U型密封盖结构200与应力应变测试装置100连接，手持便携测试仪400与测试电缆300另一端连接，密封块体600与应力应变测试装置100两侧连接；

其中，应力应变测试装置100包括：刚性应变计110、特制基板120、连接圆孔130、螺栓140、特制粘结剂150和特殊防水耐候胶160，连接圆孔130设于刚性应变计110上，特制基板120通过连接圆孔130、螺栓140和特殊防水耐候胶160与刚性应变计110连接，特制基板120通过特制粘结剂150与土工织物500连接。

U型密封盖结构200包括：U型密封盖盖体210、小孔220和橡胶密封圈230，U型密封盖盖体210通过特殊防水耐候胶160与应力应变测试装置100连接，小孔220设于U型密封盖盖体210一侧，橡胶密封圈230与小孔220内部连接，小孔220通过橡胶密封圈230与测试电缆300连接。

一种袋装砂袋体应力应变测试方法包括如下步骤：

步骤一：将一定宽度的土工织物袋体在液压伺服拉伸机上进行拉伸实验，直至破坏，在拉伸过程中，记录拉力F与袋体变形量(延伸率δ)的大小，这两者之间有一定的曲线关系，这个曲线关系的得出可以通过若干组相同的实验得出。

步骤二：应力应变测试设备用特制粘结剂黏贴在相同宽度的土工织物袋体之上，应力应变测试设备与特制基板的固定采用螺栓连接，同样在液压伺服拉伸机上进行拉伸实验，直至粘结剂破坏(粘结剂破坏后，袋体应力就无法通过粘结剂传递)，在拉伸的过程中，记录拉力F、袋体变形量(延伸率δ)、应变测试设备读数值ε'。

步骤三：根据拉力F与延伸率δ之间的关系曲线，建立两者的数学函数关系式：ε＝δ＝f(F)。根据公式则F＝EAε，土工织物的拉力F与土工织物的应变ε是关于弹性模量E和截面积A的线性函数。

步骤四：建立土工织物的应力σ与应变测试读数值之间关系曲线，应变测试设备的读数值ε'与土工织物的延伸率δ都是通过实验实际得出，通过反复进行若干组实验，得出两者之间的关系式：ε'＝f(δ)，而如ε＝δ＝f(F)可知，延伸率δ又是拉力F的函数，因此，便可建立应变测试设备的读数值ε'与土工织物拉力F之间的关系，进而就建立了应变测试设备的读数值ε'与土工织物真实应力和应变之间的关系：ε'＝f(ε)。

步骤五：通过测量应变测试设备的读数值ε'，得知土工织物的真实的应力和应变状态。

本发明的工作原理是，在测试应力应变之前，先进行相关的率定实验，首先，将一定宽度的土工织物500的袋体在液压伺服拉伸机上进行拉伸实验，直至破坏，在拉伸过程中，记录拉力F与袋体变形量(延伸率δ)的大小，这两者之间有一定的曲线关系，这个曲线关系的得出可以通过若干组相同的实验得出。然后，将应力应变测试装置100用特制粘结剂150黏贴在相同宽度的土工织物500的袋体之上，应力应变测试装置100与特制基板120的固定采用螺栓140连接，同样在液压伺服拉伸机上进行拉伸实验，直至粘结剂破坏(粘结剂破坏后，袋体应力就无法通过粘结剂传递)，在拉伸的过程中，记录拉力F、袋体变形量(延伸率δ)、应力应变测试设备读数值ε'。根据这三者之间的关系进行转换。通过两种室内拉伸实验(并行进行若干组，取平均值)，先建立拉力F与延伸率δ之间的关系式，然后，通过黏贴应力应变测试设备，建立应力应变测试设备的读数值ε'与延伸率δ之间的关系式。这样就可以得到应力应变测试设备的读数值ε'与土工织物拉力F之间的关系，进而通过测量应力应变测试设备的读数值ε'，得知土工织物的真实的应力和应变状态。

该发明的应力应变测试装置100主要采用刚性应变计110，刚性应变计110有金属的外壳，其上有2个连接圆孔130，可以供螺栓140通过。将该刚性应变计110用两个大小合适的螺栓140固定在特制基板120上，再将特制基板120用特制粘结剂150粘贴在袋装砂袋体等柔性土工织物500的表面，待特制粘结剂150粘合完成后，刚性应变计110就被固定到袋装砂袋体等柔性土工织物500的表面，再通过引出测试电缆300，用手持便携测试仪400测读袋装砂袋体等柔性土工织物500在外加荷载下的读数变化。通过土工织物500与特制基板120之间的变形关系换算，可以测得袋装砂袋体等柔性土工织物500的应力应变状态。这种新型袋装砂袋体应力应变测试装置的优点是没有将应力应变测试装置100直接安装在袋装砂袋体等柔性土工织物500之上，通过特制基板120作为传媒，将应力应变经过换算间接求得，这样的好处是应力应变测试装置100不容易在荷载作用下发生损坏，耐久性好，容易密封。应力应变测试装置100的特制基板120用特制粘结剂150黏贴在袋装砂袋体等柔性土工织物500上之前，需对整个体系进行第一次密封。首先用特殊防水耐候胶160将螺栓140的孔洞全部灌进密封，保证螺栓孔洞不会成为渗水通道。在上述密封完成后，将整个新型应力应变测试设备的特制基板120用特制粘结剂150黏贴在袋装砂袋体等柔性土工织物500上，胶体凝固后，在其上盖上一个U型密封盖结构200，该U型密封盖结构200事先特殊预制，大小正好覆盖整个新型应力应变测试装置，且两端U型端部长度要大于刚性应变计110的厚度，将特制基板120的端部密封在内。U密封盖盖体210的一端开有小孔220，该小孔220供测试电缆300通过，小孔220内部有橡胶密封圈230，防止小孔220成为渗水通道。整个U型密封盖结构200覆盖完成后，在周围涂抹3道特殊防水耐候胶160，起到密封作用。经过计算和现场试验分析，整个新型应力应变测试装置在正常情况下，可以承受300kPa以上的压力而不发生破坏，适用于大型围堤工程中的袋装砂袋体等柔性土工织物500的应力应变测试。

测试系统安装在土工织物500的正反两侧，通过特制粘结剂150进行粘贴，在测试系统的端部设置密封块体600进行密封和防水。在土工织物500的上下两个表面均布置应力应变测试装置100的目的是为了消除应力应变测试过程中的偏心力的作用，通过相互纠正，得出最接近实际的应力应变参数。在实际安装过程中，将一组应力应变测试装置100安装在土工织物500的经向，另外一组应力应变测试装置100安装在土工织物500的纬向，可以得到双向的应力应变参数值，从而为工程设计和施工提供相对完整的实测数据，为工程建设服务。

本发明通过室内试验建立应变测试设备读数值与袋装砂袋体应力应变之间的关系函数，再通过工程实际的应变测试设备的读数值获取真实的袋体应力应变参数，设备的结构上增设刚性应变计，刚性应变计用螺栓固定在特制基板上，将特制基板与袋装砂袋体等土工织物用特制粘结剂粘结，然后用特制防水密封外壳将刚性应变计密封起来，形成一个密封测试设备，可以实现水下完全密封，测试设备有电缆线连出，可以从围堤外侧伸出，且无需交流电即可随时用手持式便携测试仪进行测试，与袋装砂袋体等柔性土工织物的融合性较好，通过换算得出的应力应变数据真实可靠。本发明专利适用于岩土工程、海港工程中大面积的袋装砂围堤施工中土工织物袋体的应力应变测试与监控。

以上对本发明的具体实施方式进行了说明，但本发明并不以此为限，只要不脱离本发明的宗旨，本发明还可以有各种变化。

Claims (3)

1.一种袋装砂袋体应力应变测试设备，其特征在于，包括：应力应变测试装置(100)、U型密封盖结构(200)、测试电缆(300)、手持便携测试仪(400)、土工织物(500)和密封块体(600)，所述应力应变测试装置(100)与土工织物(500)上下端连接，所述U型密封盖结构(200)与应力应变测试装置(100)连接，所述测试电缆(300)一端穿过U型密封盖结构(200)与应力应变测试装置(100)连接，所述手持便携测试仪(400)与测试电缆(300)另一端连接，所述密封块体(600)与应力应变测试装置(100)两侧连接；

其中，所述应力应变测试装置(100)包括：刚性应变计(110)、特制基板(120)、连接圆孔(130)、螺栓(140)、特制粘结剂(150)和特殊防水耐候胶(160)，所述连接圆孔(130)设于刚性应变计(110)上，所述特制基板(120)通过连接圆孔(130)、螺栓(140)和特殊防水耐候胶(160)与刚性应变计(110)连接，所述特制基板(120)通过特制粘结剂(150)与土工织物(500)连接。

2.根据权利要求1所述的一种袋装砂袋体应力应变测试设备，其特征在于：所述U型密封盖结构(200)包括：U型密封盖盖体(210)、小孔(220)和橡胶密封圈(230)，所述U型密封盖盖体(210)通过特殊防水耐候胶(160)与应力应变测试装置(100)连接，所述小孔(220)设于U型密封盖盖体(210)一侧，所述橡胶密封圈(230)与小孔(220)内部连接，所述小孔(220)通过橡胶密封圈(230)与测试电缆(300)连接。

3.一种袋装砂袋体应力应变测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将一定宽度的土工织物袋体在液压伺服拉伸机上进行拉伸实验，直至破坏，在拉伸过程中，记录拉力F与袋体变形量的大小，袋体变形量为延伸率δ；

步骤二：应力应变测试设备用特制粘结剂黏贴在相同宽度的土工织物袋体之上，应力应变测试设备与特制基板的固定采用螺栓连接，同样在液压伺服拉伸机上进行拉伸实验，直至粘结剂破坏，在拉伸的过程中，记录拉力F、延伸率δ、应变测试设备读数值ε'；

步骤三：根据拉力F与延伸率δ之间的关系曲线，建立两者的数学函数关系式：ε＝δ＝f(F)，根据公式则F＝EAε，土工织物的拉力F与土工织物的应变ε是关于弹性模量E和截面积A的线性函数；

步骤四：建立土工织物的应力σ与应变测试读数值之间关系曲线，应变测试设备的读数值ε'与土工织物的延伸率δ都是通过实验实际得出，通过反复进行若干组实验，得出两者之间的关系式：ε'＝f(δ)，而如ε＝δ＝f(F)可知，延伸率δ又是拉力F的函数，便可建立应变测试设备的读数值ε'与土工织物拉力F之间的关系，进而就建立了应变测试设备的读数值ε'与土工织物真实应力和应变之间的关系：ε'＝f(ε)；

步骤五：通过测量应变测试设备的读数值ε'，得知土工织物的真实的应力和应变状态。