[发明专利]土介质自由应力场中微型土压力传感器的标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种土介质自由应力场中微型土压力传感器的标定方法。

背景技术

在岩土工程领域中，往往需要通过土工模型试验模拟工程现场的结构形式、荷载加载方式等工况与土介质应力分布、应力应变等的关系，从而为岩土工程的设计、施工、维护等提供可靠的试验依据。土介质荷载的确定即土压力的测量是土工模型试验中的关键问题，直接影响着土工模型试验结果的准确性和可靠性。土工模型试验中土压力的测量，多依赖于土介质中预先埋置的微型土压力传感器。

微型土压力传感器在用于土工模型试验时，由于试验系统与出厂时的试验系统存在差异，使用前需进行液压标定试验，通过输入液体荷载p_l及输出信号q_με的关系曲线，拟合得出微型土压力传感器液压标定系数k=p_l/q_με。采用液体荷载进行标定，是因为液体介质具有流动性，施加的液体荷载能够无阻碍地传递到微型土压力传感器承压面，即微型土压力传感器承压面承受的荷载（液压修订值p_t′）与该点的真实液体荷载一致，不存在匹配误差问题。

而由于微型土压力传感器的几何尺寸和材料特性与土介质间存在差异，必然导致微型土压力传感器与土介质相互影响（扰动），致使经液压标定后的微型土压力传感器的液压修订值p_t′仍与未扰动时该点的真实土压力p′_o不一致，从而导致匹配误差问题。

针对这一问题，目前常用的方法是将微型土压力传感器置于与土工模型试验环境尽可能一致的土介质中进行标定试验，对标定试验中输入荷载p_o与输出信号q进行线性函数拟合，进而在土工模型试验中对微型土压力传感器的输出信号q′采用线性函数进行拟合修正，得出土介质中的土压力p′_o。然而，由于土介质在加载过程中，其模量不断变化，很难保证标定试验条件与土工模型试验条件下土介质模量的一致性，并且土介质模量对土介质荷载分布影响较大，因此这种方法对于土介质模量变化较大的情况而言，其测量结果误差较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种土介质自由应力场中微型土压力传感器的标定方法，该方法合理地剔除了微型土压力传感器置于自由应力场中与土介质相互作用所产生的匹配误差问题，可明显提高土压力测量的准确性，为岩土工程的设计、施工、维护等提供更可靠的试验依据。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是：一种土介质自由应力场中微型土压力传感器的标定方法，包括以下步骤：

（1）液压标定试验：通过液压标定试验，由输入液体荷载p_l及输出信号q_με的关系曲线，拟合得出微型土压力传感器液压标定系数k=p_l/q_με；

（2）土介质标定试验：测量出现场土介质的含水率ω和压实系数K，并对现场土介质进行击实试验测出其最大干密度ρ_dmax；同时，另取现场土介质充填于土工离心机模型箱中，填高为h，且在土介质的充填高度为h/2时水平放置微型土压力传感器；充填完成后，在土介质表面布置位移计，启动离心机，使离心机以离心加速度20g为一级，逐级加载，直到离心加速度达到100g止；

（3）获取土介质模量：在离心机逐级加载的同时，位移计测出各级加载的离心加速度g_i时的土介质沉降量△h_i，并计算出各级加载的土介质应变ε_i，ε_i=△h_i/h；土介质在各级加载的离心加速度g_i作用下对微型土压力传感器产生的理论荷载，其中ρ为土介质密度，ρ=Kρ_dmax（1+ω）；最后计算出各级离心加速度g_i作用下的土介质模量；其中各参数符号的下标i为离心机逐级加载的级数序号，i=1、2、3、4、5；

（4）获取匹配误差：记录微型土压力传感器在各级加载时的输出信号q_i，通过（1）步得到的液压标定系数k，计算出微型土压力传感器在各级加载时的液压修订值，确定出各级加载时的匹配误差β_i，