本發(fā)明屬于巖土工程領(lǐng)域，涉及一種土體單向應(yīng)變測試裝置及其測試方法，用于土體內(nèi)相對應(yīng)變量的測試。

背景技術(shù)：

連續(xù)性或多孔材料在外力作用下，它的幾何形狀和尺寸將發(fā)生變化，這種形變稱為應(yīng)變。研究土體應(yīng)變的變化機理對于認識土體的強度和變形特性具有重要作用。

土體具有與金屬不同的材料屬性，其應(yīng)變不能簡單的依據(jù)土體的表面變化來解釋。因土體的壓硬性、非線性等特征，土體的實際應(yīng)變不能直接計算獲得。由于土體的碎散、無定向剛度等特性，土體中的應(yīng)變無法直接測試。專利號2014107401402公布了用于測試土體內(nèi)部三維應(yīng)變狀態(tài)的測試裝置，然而土體應(yīng)變測試需要足夠的材料相似度，該專利并未實質(zhì)性指出骨架材料類型，且該專利無法用于某固定方向的土體應(yīng)變測試。

為有效測試不同土體的彈性性能，合理評估土體的應(yīng)變、強度及變形特性，有必要對土體的應(yīng)變進行測試。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種土體單向應(yīng)變測試裝置及其測試方法，以實現(xiàn)土體的應(yīng)變測試，土體單向應(yīng)變測試裝置是以其他介質(zhì)的應(yīng)變?yōu)閱挝?，建立土體應(yīng)變與介質(zhì)應(yīng)變關(guān)系，從而獲取其應(yīng)變。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種土體單向應(yīng)變測試裝置，該土體單向應(yīng)變測試裝置埋置于土體內(nèi)部，并與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接，其中：該裝置包括剛性管、彈性囊、感壓器、填充液、數(shù)據(jù)線、密封圈、密封膠、孔塞，所述剛性管側(cè)壁設(shè)置有圓形孔和充液孔，剛性管兩端外壁設(shè)置有密封槽；將感壓器測試端經(jīng)剛性管側(cè)壁的圓形孔置入剛性管，通過密封圈將彈性囊設(shè)在剛性管密封槽上，將填充液經(jīng)充液孔填充入剛性管內(nèi)部，并通過孔塞將充液孔密封，通過密封膠將剛性管與彈性囊之間的縫隙填充密實；將感壓器連接的數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接，即形成土體單向應(yīng)變測試裝置。

同時提供一種土體單向應(yīng)變測試裝置的測試方法。

本發(fā)明效果是能夠獲取土體在外荷載作用下某方向的應(yīng)變量，打破了土體單向應(yīng)變不能直接測試的局限。經(jīng)測試，同一土體單向應(yīng)變測試裝置經(jīng)多次加載標(biāo)定的相對應(yīng)變值誤差小于1％。精度的提高不僅能解決土體單向應(yīng)變測試的難題，還為土體的強度及變形研究提供了保障。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的土體單向應(yīng)變測試裝置剖面圖；

圖2為本發(fā)明涉及的剛性管效果圖。

圖中：

1.剛性管 2.彈性囊 3.感壓器 4.填充液 5.數(shù)據(jù)線 6.密封圈

7.密封膠 8.孔塞 11.圓形孔 12.充液孔 13.密封槽

具體實施方式

結(jié)合附圖對本發(fā)明的土體單向應(yīng)變測試裝置及其測試方法加以說明。

本發(fā)明的土體單向應(yīng)變測試裝置及其測試方法是基于：通過利用液體壓強隨外載變化而不斷變化的原理，結(jié)合土體應(yīng)變與介質(zhì)應(yīng)變之間的關(guān)系，提出了土體單向應(yīng)變測試裝置。

本發(fā)明的土體單向應(yīng)變測試裝置結(jié)構(gòu)是，該土體單向應(yīng)變測試裝置埋置于土體內(nèi)部，并與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接，其特征是：該裝置包括剛性管1、彈性囊2、感壓器3、填充液4、數(shù)據(jù)線5、密封圈6、密封膠7、孔塞8，如圖1所示。其中剛性管1側(cè)壁設(shè)置有圓形孔11和充液孔12，剛性管1兩端外壁設(shè)置有密封槽13，如圖2所示。將感壓器3測試端經(jīng)剛性管側(cè)壁的圓形孔11置入剛性管1；用密封圈6將彈性囊2布置在剛性管密封槽12上；將填充液4從充液孔12充入剛性管1內(nèi)部，并用孔塞8將充液孔12密封；通過密封膠7將剛性管與彈性囊2之間的縫隙填充密實；將感壓器3連接的數(shù)據(jù)線5與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連接，即形成土體單向應(yīng)變測試裝置。

所述土體單向應(yīng)變測試裝置的測試方法之一種，該方法包括以下步驟：

1)將組裝好的土體單向應(yīng)變測試裝置進行外部應(yīng)變與液壓之間關(guān)系的標(biāo)定獲取標(biāo)定系數(shù)K；

2)將組裝好的土體單向應(yīng)變測試裝置埋入土體內(nèi)部，并將數(shù)據(jù)線5與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接；

3)開啟數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，待采集系統(tǒng)顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定后記錄土體單向應(yīng)變測試裝置的壓力值P₀；

4)對土體進行加載，獲取壓力值P₁；

5)利用式(1)即可計算埋設(shè)方向的土體單向應(yīng)變值，公式(1)為

ε＝(p₁-p₀)K (1)

式(1)中，ε為土體應(yīng)變量；P₀為步驟1)中的記錄的壓力值；P₁為步驟2)中獲取的壓力值。

所述土體單向應(yīng)變測試裝置的相對應(yīng)變測試方法另一種，該方法包括以下步驟：

1)將組裝好的土體單向應(yīng)變測試裝置埋入土體內(nèi)部，并將數(shù)據(jù)線5與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接；

2)開啟數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，待采集系統(tǒng)顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定后記錄土體單向應(yīng)變測試裝置的壓力值P₀；

3)對土體進行加載，獲取壓力值P₁；

4)利用式(2)即可計算埋設(shè)方向的土體單向應(yīng)變值，公式(2)為

式(2)中，h為土體單向應(yīng)變量；P₀為步驟2)中記錄的壓力值；P₁為步驟3)中加載后獲取的壓力值；ρ為應(yīng)變囊內(nèi)填充液密度；g為重力常數(shù)，取9.8N/kg。依據(jù)土體單向應(yīng)變測試裝置，可獲取土體內(nèi)部的相對應(yīng)變量。

土體應(yīng)變測試裝置的相對應(yīng)變測試方法計算推導(dǎo)過程如下：

常規(guī)的應(yīng)變測量依據(jù)柔度材料的應(yīng)變作為土體材料的應(yīng)變。本發(fā)明的測試方法提出土體應(yīng)變依據(jù)歸一化測試方法，將土體的應(yīng)變轉(zhuǎn)化為柔性材料的應(yīng)變，建立柔性材料與土體應(yīng)變之間的數(shù)值關(guān)系。一定深度情況下液體中壓強計算式為

P＝ρgh (3)

式(3)中，P為壓強值；ρ為液體密度；g為重力常數(shù)；h為所處液體下的深度。若液體中一點的壓強值P已知，則可計算出所處的液體深度?；诖嗽?，若已知一定荷載作用下也體內(nèi)產(chǎn)生一定的壓力增量P_Δ，則可以推算出一點的液面增加量h_Δ，計算式為

式(4)中，P為壓強值；P_Δ為壓強增量值；ρ為液體密度；g為重力常數(shù)。因此，依據(jù)土體單向應(yīng)變測試裝置可獲取不同時刻的壓強增量，進而間接獲取某方向土體的平均線應(yīng)變量。

以上所述僅為結(jié)合本次制作過程進行說明，對于本領(lǐng)域的實際應(yīng)用來說，本發(fā)明可以有各種變化和更改。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。