[发明专利]微型三维土压力盒及其测试方法

说明书

技术领域

本发明属于常规应力测试领域，具体为一种微型三维土压力盒及其测试方法，适用于岩土工程领域。

技术背景

土压力测量装置是进行土工试验和土的力学参数确定的重要设备，其测量的精确度直接影响到能否正确认识土体。目前，常规的用于测试土体应力的设备为土压力盒，按照受力传递形式不同分为单膜、双膜土压力盒。土体在荷载作用在，将应力传递给土压力盒，在土压力盒受压侧布置电阻应变片或是钢弦测定土压力盒的受压面变形，以间接获知土体的应力。

常规的应力装置只能量测土体中某确定方向的应力情况；CN201410740140.2公开的基于三维应变花的研究成果可获取土体内部的应变状态，由于土体的复杂特性，使得其泊松比等弹塑性参数难以确定，因而利用应变状态计算土体内部三维应力状态存在很大缺陷。CN201410345195.3及CN201510956800.5等公开了一类基于菱形十二面体等基座的三维土压力状态测试装置，因将土压力盒依附于基座中，受土压力盒尺寸影响，决定了该土压力测试装置的体积过大，因而影响了应力状态的测试精度。

上述问题使得测试结果与真实值之间往往存在一定差值，造成土体中一点的三维应力状态认识不够准确。为掌握土体作为建筑材料在施工和使用过程中所处的应力状态，迫切需要一种具备尺寸更小、适用性广、结构简单、造价低廉、精度高等特点，且能够用于土体内部某点三维应力状态测试的装置，以对土体内部的常规应力状态进行计算和量测，进而有效评估工程的安全性能，

发明内容

本发明目的是提供一种微型三维土压力盒及其测试方法，以提升对土体内部常规应力状态的量测精度。

本发明采用的技术方案是提供一种微型三维土压力盒的装置，其中：该土压力盒包括有：菱形十二面体骨架、菱形弹性膜片、电阻应变片、数据导线、防水密封胶；所述菱形十二面体骨架的各面中心均设有圆形孔，将菱形弹性膜片设置于菱形十二面体骨架的各菱形面上，从而在菱形弹性膜片内壁形成圆形面，选取菱形十二面体骨架顶部四个及侧面两相邻的圆形面粘贴电阻应变片；数据导线孔设置在菱形十二面体骨架底部任一菱形面上，通过数据导线将电阻应变片的导线经数据导线孔引出并与数据采集仪相连接，将菱形弹性膜片与菱形十二面体骨架之间的空隙用防水密封胶填充牢固，即形成微型三维土压力盒。

所述菱形弹性膜片的刚度小于菱形十二面体骨架各面的刚度；且菱形弹性膜片的大小与菱形十二面体骨架各面大小相一致。

同时提供一种微型三维土压力盒的测试方法。

本发明的效果是该微型三维土压力盒尺寸较小，传力方式直接，且摆脱了基座制作等引起的误差，提高了基于多面体基座与常规土压力盒组合装置来量测土压力状态的精度。本发明的微型三维土压力盒为多面体实体形式，施加应力后，解决了因局部土体压力过大引起的测量装置自身扭曲变形。若单组电阻应变片的测试精度为δ，则三个主应力的测试精度为1.5δ，三个剪应力的测试精度为0.5δ，平均测试精度为δ。整体测试精度满足了土体应力测试的基本要求，能更精确的呈现真实的受力状态。

附图说明

图1为本发明的微型三维土压力盒效果图；

图2为本发明涉及的菱形十二面体骨架效果图；

图3为本发明涉及的与菱形十二面体骨架组合示意图；

图4为本发明涉及的电阻应变片布置于菱形弹性膜片的方式图；

图5为本发明的微型三维土压力盒建立的一种空间直角坐标系；

图6至图8为本发明的菱形十二面体骨架制作流程图。

图中：

1.菱形十二面体骨架 2.菱形弹性膜片 3.电阻应变片

4.数据导线 5.防水密封胶 6.圆形孔 7.数据导线孔

8.圆形面

具体实施方式

结合附图对本发明的微型三维土压力盒及其测试方法加以说明。

本发明的微型三维土压力盒及其测试方法设计原理：根据空间内一点的应力状态与主应力之间的矩阵关系，基于主应力方向与空间坐标系之间的角度关系确定计算矩阵及其逆矩阵，进而可依据获取的主应力与逆矩阵的乘积计算一点的应力状态。

本发明的微型三维土压力盒及其测试方法具体实施方式如下：