一種土壓力測試裝置及土壓力測試修正計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及巖土工程中土壓力測試技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種土壓力測試裝置及 土壓力測試修正計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 土壓力量測是研宄各類巖土工程問題力學(xué)機理的重要內(nèi)容之一，在各種室內(nèi)試驗 中廣泛采用土壓力盒測量土壓力；然而，現(xiàn)有土壓力盒多基于鋼弦式振動原理進行測試，因 鋼弦彈性模量較大致使其對土壓力細(xì)微變化的監(jiān)測能力較弱，表現(xiàn)為測量精度不夠，輸出 靈敏度不高；同時，在測量曲面擋土結(jié)構(gòu)物（如模型粧、隧道模擬支護結(jié)構(gòu)等）受到的土壓 力時，由于現(xiàn)有土壓力盒形狀均為小直徑圓柱體，盒表面為剛度較大的平面，被測面積與擋 土結(jié)構(gòu)物面積的比值較小，且無法調(diào)整測試表面，導(dǎo)致測試數(shù)據(jù)失真。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] (一）要解決的技術(shù)問題
[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、測試精度高的土壓力測試裝置及 使測試數(shù)據(jù)能更準(zhǔn)確反映待測結(jié)構(gòu)物的受力狀態(tài)的土壓力測試修正計算方法。
[0005] (二）技術(shù)方案
[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種土壓力測試裝置，其特征在于，包括受壓 面板、壓力傳感器和彈性擋板，所述受壓面板通過所述壓力傳感器與待測結(jié)構(gòu)物連接，所述 受壓面板呈與待測結(jié)構(gòu)物的表面相適應(yīng)的形狀，所述受壓面板與所述待測結(jié)構(gòu)物的四周通 過所述彈性擋板密封連接，形成密閉的測試空間。
[0007] 其中，所述壓力傳感器包括應(yīng)變梁，所述應(yīng)變梁的上下表面分別貼有電阻應(yīng)變片， 所述應(yīng)變梁的一端與所述待測結(jié)構(gòu)物連接，所述應(yīng)變梁的另一端與所述受壓面板連接，所 述電阻應(yīng)變片通過導(dǎo)線連接到外部土壓力測試儀。
[0008] 其中，所述應(yīng)變梁的一端通過錨固螺母與所述待測結(jié)構(gòu)物連接，所述應(yīng)變梁的另 一端通過傳力螺母與所述受壓面板連接。
[0009] 其中，所述彈性擋板優(yōu)選為橡膠擋板，所述橡膠擋板可拆卸地設(shè)置在所述受壓面 板與所述待測結(jié)構(gòu)物之間。
[0010] 其中，當(dāng)包括多個所述土壓力測試裝置時，多個所述土壓力測試裝置之間通過橡 膠搭接板連接在一起。
[0011] 其中，所述受壓面板為剛性面板，所述受壓面板可拆卸地與所述壓力傳感器連接。
[0012] 本發(fā)明還提供一種利用上述土壓力測試裝置進行土壓力測試的修正計算方法，其 包括如下步驟：
[0013] S1、根據(jù)彈性位移公式可知，在受壓面板曲面面積a Rl范圍內(nèi)的土壓力作用下， 應(yīng)變梁的變形撓度計算公式為：
【主權(quán)項】
1. 一種±壓力測試裝置，其特征在于，包括受壓面板、壓力傳感器和彈性擋板，所述受 壓面板通過所述壓力傳感器與待測結(jié)構(gòu)物連接，所述受壓面板呈與待測結(jié)構(gòu)物的表面相適 應(yīng)的形狀，所述受壓面板與所述待測結(jié)構(gòu)物的四周通過所述彈性擋板密封連接，形成密閉 的測試空間。
2. 如權(quán)利要求1所述的±壓力測試裝置，其特征在于，所述壓力傳感器包括應(yīng)變梁，所 述應(yīng)變梁的上下表面分別貼有電阻應(yīng)變片，所述應(yīng)變梁的一端與所述待測結(jié)構(gòu)物連接，所 述應(yīng)變梁的另一端與所述受壓面板連接，所述電阻應(yīng)變片通過導(dǎo)線連接到外部±壓力測試 儀。
3. 如權(quán)利要求2所述的±壓力測試裝置，其特征在于，所述應(yīng)變梁的一端通過錯固螺 母與所述待測結(jié)構(gòu)物連接，所述應(yīng)變梁的另一端通過傳力螺母與所述受壓面板連接。
4. 如權(quán)利要求1所述的±壓力測試裝置，其特征在于，所述彈性擋板為橡膠擋板，所述 橡膠擋板可拆卸地設(shè)置在所述受壓面板與所述待測結(jié)構(gòu)物之間。
5. 如權(quán)利要求1所述的±壓力測試裝置，其特征在于，當(dāng)包括多個所述±壓力測試裝 置時，多個所述±壓力測試裝置之間通過橡膠搭接板連接在一起。
6. 如權(quán)利要求1所述的±壓力測試裝置，其特征在于，所述受壓面板為剛性面板，所述 受壓面板可拆卸地與所述壓力傳感器連接。
7. -種±壓力測試的修正計算方法，其特征在于，包括如下步驟： 51、 根據(jù)彈性位移公式可知，在受壓面板曲面面積aR1范圍內(nèi)的±壓力作用下，應(yīng)變 梁的變形提度計算公式為：
式中，《。為應(yīng)變梁產(chǎn)生的變形提度；P。為受壓面板曲面面積aR1范圍內(nèi)的上壓力；a為受壓面板的曲邊弧度；R為受壓面板的曲面半徑；1為受壓面板的直邊長度；K為壓力傳 感器的材料系數(shù)，對特定壓力傳感器，K為常量；E為應(yīng)變梁的變形模量；I為應(yīng)變梁的慣性 矩；Mp為應(yīng)變梁受到壓力而引起的彎矩值；屏為單位力作用下應(yīng)變梁受到的彎矩值；ds為 應(yīng)變梁的某一微段；Pi為應(yīng)變梁與傳力螺母連接的一端受到的壓力，且P1=P。； 52、 根據(jù)壓力傳感器上各點軸向應(yīng)變e。與變形提度的關(guān)系計算出軸向應(yīng)變e。，計 算公式為：
式中，k為壓力傳感器的尺寸系數(shù)，k=aVh;a為壓力傳感器的長度；h為壓力傳感器 的高度；對于確定的某一壓力傳感器，k為常量； 53、 根據(jù)S1、S2中兩個公式，并通過±壓力測試儀輸出的變形量，得到受壓面板曲面面 積aR1范圍內(nèi)作用的上壓力測量值為；
54、 根據(jù)±壓力測量值修正計算公式
計算出經(jīng)過修正后的待測結(jié)構(gòu)物對應(yīng)的曲面面積arl范圍內(nèi)的±壓力值； 式中，ki(i= 1，2,3-〇為各項影響因素所引起的測量誤差的修正系數(shù)； 其中，垂直于±壓力作用方向的壓力傳感器與待測結(jié)構(gòu)物曲面的修正系數(shù)ki為：ki=r/R 式中，R為受壓面板的曲面半徑；r為待測結(jié)構(gòu)物的曲面半徑； 引入摩阻力修正系數(shù)k2
式中，a為受壓面板的曲邊弧度，當(dāng)a<1時，k2取1 ; 引入尺寸效應(yīng)修正系數(shù)ks
式中，1為受壓面板的直邊長度；a為受壓面板的曲邊弧度；(1為±壓力測試裝置的厚 度； 引入材料變形影響系數(shù)k4,其值與受壓面板、彈性擋板的材料性質(zhì)有關(guān)，通過材料制造 商提供的相關(guān)資料確定，或通過實際試驗測定。
【專利摘要】本發(fā)明涉及壓力測試技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種土壓力測試裝置，其包括受壓面板、壓力傳感器和彈性擋板，所述受壓面板通過所述壓力傳感器與待測結(jié)構(gòu)物連接，所述受壓面板呈與待測結(jié)構(gòu)物的表面相適應(yīng)的形狀，所述受壓面板與所述待測結(jié)構(gòu)物的四周通過所述彈性擋板密封連接，形成密閉的測試空間；本發(fā)明還公開了一種土壓力測試修正計算方法。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、測試精度高，測試數(shù)據(jù)能更準(zhǔn)確地反映待測結(jié)構(gòu)物的受力狀態(tài)。
【IPC分類】G01N3-08
【公開號】CN104792615
【申請?zhí)枴緾N201510154723
【發(fā)明人】張永杰, 王桂堯, 夏旖琪, 沙琳川, 楊聞達, 肖侃, 李侑軍
【申請人】長沙理工大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月2日