CN114441329A - 多孔连续介质体的孔隙水压力系数测定方法 - Google Patents

多孔连续介质体的孔隙水压力系数测定方法 Download PDF

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Abstract

一种多孔连续介质体的孔隙水压力系数测定方法，包括：获取立方体形状的多孔连续介质体并置于恒压室内；对恒压室进行抽真空并持续预定时间；将多孔连续介质体用塑料薄膜密封并贴上变形传感器；将多孔连续介质体置于恒压室内进行水压加载；定时记录变形传感器测得的变形值，并基于该变形值获取多孔连续介质体的第一体积应变值；去除塑料薄膜再变形传感器；将多孔连续介质体置于恒压室内进行水压加载；定时记录变形传感器测得的变形值，并基于该变形值获取所述多孔连续介质体的第二体积应变值；基于第一体积应变值和第二体积应变值，获取孔隙水压力系数。本发明可有效并准确测量出多孔连续介质体的孔隙水压系数。

Description

多孔连续介质体的孔隙水压力系数测定方法
技术领域
本发明涉及孔隙水压力系数的测定方法，具体涉及一种多孔连续介质体的孔隙水压力系数测定方法。
背景技术
大坝等多孔连续介质体在高水压环境下运行工作，由于孔隙构造等原因，结构体内部必然会产生渗流作用。外部和内部渗流作用下结构体的变形规律及应力计算通过公式σ′＝σ-αP(其中σ为结构体应力，σ′为结构体水作用下有效应力，α为孔隙水压力系数，P为外荷载)计算得到。该计算方法被广泛应用混凝土结构、岩体结构等在高水压作用下的应力变形分析，但是由于混凝土等结构体的特殊性孔隙水压力系数值无法确定，很多工程分析中将其直接定为“1”，结果导致很多工程出现计算错误的问题或者工程某些变形规律无法解释。基于上述问题，本发明提出了一种通过试验方法准确测定混凝土等结构体孔隙水压力系数。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决如何测定多孔连续介质体孔隙水压系数的技术问题，本发明提供了一种多孔连续介质体的孔隙水压力系数测定方法，所述方法包括：
获取立方体形状的多孔连续介质体并置于恒压室内；
对所述恒压室进行抽真空并持续预定时间；
将所述多孔连续介质体取出并用塑料薄膜密封；
对应所述多孔连续介质体的至少三个外表面贴上变形传感器；
将所述多孔连续介质体置于所述恒压室内，并对所述恒压室进行水压加载；
定时记录所述变形传感器测得的变形值，并基于该变形值获取所述多孔连续介质体的第一体积应变值
Figure BDA0003493708880000011
再次将所述多孔连续介质体取出，去除所述塑料薄膜；
对应所述多孔连续介质体的至少三个外表面贴上变形传感器；
将所述多孔连续介质体置于所述恒压室内，并对所述恒压室进行水压加载；
定时记录所述变形传感器测得的变形值，并基于该变形值获取所述多孔连续介质体的第二体积应变值
Figure BDA0003493708880000021
基于所述第一体积应变值
Figure BDA0003493708880000022
和第二体积应变值
Figure BDA0003493708880000023
获取所述多孔连续介质体的孔隙水压力系数。
在一实施例中，“定时记录所述变形传感器测得的变形值，并基于该变形值获取所述多孔连续介质体的第一体积应变值
Figure BDA0003493708880000024
”的步骤包括：
定时记录所述变形传感器测得的变形值，并构建所述变形值与时间的对应关系曲线；
取所述对应关系曲线平稳时的变形值作为所述第一体积应变值
Figure BDA0003493708880000025
在一实施例中，“定时记录所述变形传感器测得的变形值，并基于该变形值获取所述多孔连续介质体的第二体积应变值
Figure BDA0003493708880000026
”的步骤包括：
定时记录所述变形传感器测得的变形值，并构建所述变形值与时间的对应关系曲线；
取所述对应关系曲线平稳时的变形值作为所述第二体积应变值
Figure BDA0003493708880000027
在一实施例中，“基于所述第一体积应变值
Figure BDA0003493708880000028
和第二体积应变值
Figure BDA0003493708880000029
获取所述多孔连续介质体的孔隙水压力系数”的步骤包括：
按下式所示的方法获取所述孔隙水压力系数：
Figure BDA00034937088800000210
其中，β为孔隙水压力系数。
在一实施例中，所述多孔连续介质体为混凝土。
在一实施例中，所述水压加载的压强为2MPa。
本发明的优点在于：
本发明提供的多孔连续介质体的孔隙水压力系数测定方法，可出测定出更为精确的多孔连续介质体的孔隙水压系数。
附图说明
图1是用于本发明的多孔连续介质体的孔隙水压力系数测定方法的实验设备示意图；
图2是本发明的一种多孔连续介质体的孔隙水压力系数测定方法的主要流程示意图；
图3是本发明中变形值与时间的对应关系曲线示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。
参阅附图1，图1示例性示出了多孔连续介质体的孔隙水压力系数测定方法所使用的实验设备。如图1所示，该实验设备包括恒压室1、变形传感器2、水压箱3、水压控制器4、真空泵5、压力表6。通过水压箱3和水压控制器4可以对恒压室1加载水压。通过真空泵5可以对恒压室1进行抽真空。恒压室1具有排气口7以及供连接变形传感器2线路的线路接口8。该变形传感器2是对应贴在多孔连续介质体9的外表面。
参阅附图2，图2示例性示出了一种多孔连续介质体的孔隙水压力系数测定方法的主要流程。如图2所示，本实施例提供的多孔连续介质体的孔隙水压力系数测定方法包括：
步骤S1：获取立方体形状的多孔连续介质体并置于恒压室内。具体地，该多孔连续介质体可以是混凝土，例如：与大坝、水库等的相同类型混凝土制作而成的立方体形状的混凝土块。
步骤S2：对恒压室进行抽真空并持续预定时间。具体地，通过持续预定时间长度地抽真空，可以有效去除多孔连续介质体内部的水分，使多孔连续介质体9处于完全干燥状态。而具体抽真空的时间可以根据实际情况设定，只要能够实现多孔连续介质体完全干燥即可。
步骤S3：将多孔连续介质体取出并用塑料薄膜密封。具体地，将多孔连续介质体从恒压室内取出，并且用塑料薄膜将多孔连续介质体完全密封。
步骤S4：对应多孔连续介质体的至少三个外表面贴上变形传感器。具体地，在将多孔连续介质体密封后，对应多孔连续介质体的至少三个外表面贴上变形传感器。利用该变形传感器测量多孔连续介质体的变形值。
步骤S5：将多孔连续介质体置于恒压室内，并对恒压室进行水压加载。具体地，将多孔连续介质体置于恒压室内，之后向恒压室加载水压，水压值可以选用较低的压强，不会出现水压过高压破坏多孔连续介质体情况。本实施例中，多孔连续介质体为混凝土，水压的压强为2MPa。
步骤S6：定时记录变形传感器测得的变形值，并基于该变形值获取多孔连续介质体的第一体积应变值
Figure BDA0003493708880000041
具体地，定时记录变形传感器测得的变形值，并构建变形值与时间的对应关系曲线；取对应关系曲线平稳时的变形值作为第一体积应变值
Figure BDA0003493708880000042
如图3所示，为一种变形值与时间的对应关系曲线，横坐标为时间，纵坐标为变形值。其中虚线表示多孔连续介质体密封有塑料膜时对应的变形值与时间的对应关系曲线，从该曲线中可以看出曲线变化趋势为，先略微下降，再逐渐上升，随着时间的推移呈平稳状态，取对应关系曲线平稳时的变形值作为第一体积应变值
Figure BDA0003493708880000043
步骤S7：再次将多孔连续介质体取出，去除塑料薄膜。具体地，在测出第一体积应变值
Figure BDA0003493708880000044
后，将多孔连续戒子体从恒压室中取出，将塑料膜去掉。
步骤S8：对应多孔连续介质体的至少三个外表面贴上变形传感器。具体地，在去掉塑料膜的多孔连续介质体的至少三个外表面贴上变形传感器2。此时，该至少三个变形传感器是直接贴在多孔连续介质体的外表面。
步骤S9：将多孔连续介质体置于恒压室内，并恒压室进行水压加载。该步骤与步骤S5相同。
步骤S10：定时记录变形传感器测得的变形值，并基于该变形值获取多孔连续介质体的第二体积应变值
Figure BDA0003493708880000045
具体地，定时记录变形传感器测得的变形值，并构建变形值与时间的对应关系曲线；取对应关系曲线平稳时的变形值作为第二体积应变值
Figure BDA0003493708880000046
如图3所示，其中实线表示多孔连续介质体去掉塑料膜后对应的变形值与时间的对应关系曲线，从该曲线中可以看出曲线变化趋势呈逐渐下降的趋势，随着时间的推移呈平稳状态，取对应关系曲线平稳时的变形值作为第二体积应变值
Figure BDA0003493708880000047
需要说明的是，在上述测量过程中，由于该多孔连续介质体为立方体形状，所以该至少三个变形传感器中每一个变形传感器测量得到的变形值应是相同的。亦即在同一时刻，该至少三个变形传感器测量的变形值为相同时，得到的数据为准确数据。在该至少三个变形传感器测量的变形值为相同存在差异时，则表示得到的数据为错误数据。因为在进行水压加载时，若水压过高很容易破坏多孔连续介质体结构，而这种破坏是细观结构上的破坏，不易察觉。而本发明可通过判读变形传感器测量的数据即可获知，测量数据的准确性，也可保证后期获取的孔隙水压力系数准确性。
步骤S11：基于第一体积应变值
Figure BDA0003493708880000051
和第二体积应变值
Figure BDA0003493708880000052
获取多孔连续介质体的孔隙水压力系数。具体地，可以按公式(1)所示的方法获取孔隙水压力系数：
Figure BDA0003493708880000053
其中，β为孔隙水压力系数。
该公式(1)的公式推导如下所示，根据理论分析结果可知，只要获取多孔连续介质体在不同状态下的体积应变值即可得到多孔连续介质体的孔隙水压力系数。
Figure BDA0003493708880000054
Figure BDA0003493708880000055
其中，1/K为压缩系数，1/Km为多孔连续介质体基质压缩系数；εv为体积应变，p为外荷载。根据上述公式可知，εt v为多孔连续介质体孔隙内部满水满压状态下的变形量；ε0 v为多孔连续介质体内部完全干燥状态没水没空气状态下的变形量。
综上，本发明提供的多孔连续介质体的孔隙水压力系数测定方法，可有效且更为准确地测量出多孔连续介质体的孔隙水压系数。
以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多孔连续介质体的孔隙水压力系数测定方法，其特征在于，所述方法包括：
获取立方体形状的多孔连续介质体并置于恒压室内；
对所述恒压室进行抽真空并持续预定时间；
将所述多孔连续介质体取出并用塑料薄膜密封；
对应所述多孔连续介质体的至少三个外表面贴上变形传感器；
将所述多孔连续介质体置于所述恒压室内，并对所述恒压室进行水压加载；
定时记录所述变形传感器测得的变形值，并基于该变形值获取所述多孔连续介质体的第一体积应变值
Figure FDA0003493708870000011
再次将所述多孔连续介质体取出，去除所述塑料薄膜；
对应所述多孔连续介质体的至少三个外表面贴上变形传感器；
将所述多孔连续介质体置于所述恒压室内，并对所述恒压室进行水压加载；
定时记录所述变形传感器测得的变形值，并基于该变形值获取所述多孔连续介质体的第二体积应变值
Figure FDA0003493708870000012
基于所述第一体积应变值
Figure FDA0003493708870000013
和第二体积应变值
Figure FDA0003493708870000014
获取所述多孔连续介质体的孔隙水压力系数。
2.如权利要求1所述的多孔连续介质体的孔隙水压力系数测定方法，其特征在于，“定时记录所述变形传感器测得的变形值，并基于该变形值获取所述多孔连续介质体的第一体积应变值
Figure FDA0003493708870000015
”的步骤包括：
定时记录所述变形传感器测得的变形值，并构建所述变形值与时间的对应关系曲线；
取所述对应关系曲线平稳时的变形值作为所述第一体积应变值
Figure FDA0003493708870000016
3.如权利要求1所述的多孔连续介质体的孔隙水压力系数测定方法，其特征在于，“定时记录所述变形传感器测得的变形值，并基于该变形值获取所述多孔连续介质体的第二体积应变值
Figure FDA0003493708870000017
”的步骤包括：
定时记录所述变形传感器测得的变形值，并构建所述变形值与时间的对应关系曲线；
取所述对应关系曲线平稳时的变形值作为所述第二体积应变值
Figure FDA0003493708870000021
4.如权利要求1所述的多孔连续介质体的孔隙水压力系数测定方法，其特征在于，“基于所述第一体积应变值
Figure FDA0003493708870000022
和第二体积应变值
Figure FDA0003493708870000023
获取所述多孔连续介质体的孔隙水压力系数”的步骤包括：
按下式所示的方法获取所述孔隙水压力系数：
Figure FDA0003493708870000024
其中，β为孔隙水压力系数。
5.如权利要求1所述的多孔连续介质体的孔隙水压力系数测定方法，其特征在于，所述多孔连续介质体为混凝土。
6.如权利要求1所述的多孔连续介质体的孔隙水压力系数测定方法，其特征在于，所述水压加载的压强为2MPa。
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