[发明专利]用于黄土及软土的压入式三向土压力传感器及其测量方法

说明书

本发明公开了一种用于黄土及软土的压入式三向土压力传感器及其测量方法，其土压力传感器包括探头外壳，探头外壳包括探头外壳上部以及探头外壳压入部分；探头外壳压入部分的侧壁的上部为圆柱面，侧壁的下部由三个互为60°夹角的平面围成，在每个平面的中部位置开有圆形卡槽，圆形卡槽内覆盖并固定有刚性片，刚性片的中心固定有附着于其上的电阻应变片；电阻应变片通过信号引线与设于探头外壳内部的应变采集模块连接，并通过引线与上位机信号连接；探头外壳内部还水平固定有电子罗盘模块，电子罗盘均通过传感器引线与上位机信号连接。本发明可以实现黄土、软土以及地下水位以下地层三相土压力的测量，相比于以往的土压力测量方案，安装简便，节约成本及施工工期，测量精度高。

技术领域

本发明涉及土压力检测领域，特别涉及一种用于黄土及软土的压入式三向土压力传感器及其测量方法。

背景技术

岩土介质中土压力测量是土力学理论和岩土工程实验研究中的一个重要内容，大量岩土工程理论和实际中问题的解决，往往依靠现场模型或模型试验直接的测量结果，目前土测量的基本方法是采用将土压力传感器埋于土中或者埋于土中结构物表面，进而对土压力进行直接测量。由于相较其他测量方式条件更易达到，土压力传感器仍然是世界各国进行土介质实验研究的基本工具。

在实际运用过程中，传统的圆盘结构的土压力传感器，在测量黄土及软土压力时，存在以下问题：

(1)多采用探井安装的方式，施工周期长，难度大，成本高，尤其是在松软岩土体或水下安装时，施工困难，坍孔风险较大；

(2)安装过程需要较大的工作面，造成传感器周边岩土体扰动，改变了原来的应力场，使得传感器测出的实际压力与真实压力有误差；

(3)一个传感器仅能测定一个方向的土压力；传感器置于深部，传感器本身无法侦测位置变化，在滑坡等监测中，传感器位置或角度变化，严重影响测量成果；

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种用于黄土及软土的压入式三向土压力传感器及其测量方法，简化黄土及软土的土压力的测量，提高测量精度。

本发明的技术方案是：用于黄土及软土的压入式三向土压力传感器，包括探头外壳，所述探头外壳包括用于连接触探杆的探头外壳卡扣部分以及与该探头外壳卡扣部分连接的位于探头外壳卡扣部分下方的探头外壳上部；所述探头外壳上部的侧壁的下部由三个互为60°夹角的平面围成，且三个互为60°夹角的平面之间的三条相交线不同时平行；在每个平面的中部位置开有圆形卡槽，所述圆形卡槽内覆盖并固定有刚性片，所述刚性片的中心固定有附着于其上的电阻应变片；所述电阻应变片通过信号引线与设于探头外壳内部的现场总线式采集模块信号连接，所述现场总线式采集模块通过传感器引线与上位机信号连接；所述探头外壳内部还水平固定有电子罗盘，电子罗盘通过电子罗盘引线与上位机信号连接。

较佳地，所述圆形卡槽的直径为30mm；所述刚性片为钢片，钢片的直径为29mm，厚度为1mm；所述钢片固定于所述圆形卡槽内。

较佳地，所述探头外壳上部的侧壁为圆柱面，圆柱面的圆柱直径为48mm。

较佳地，所述探头外壳上部的中部开有用于引出传感器引线以及电子罗盘引线的通孔。

较佳地，所述现场总线式采集模块的信号输出的传感器引线、电子罗盘的信号输出的电子罗盘引线的输出信号通过A/D转换后，直接将数据传入上位机进行数据分析和处理。

较佳地，所述探头外壳上部与探头外壳卡扣部分之间的连接方式是卡扣连接；探头外壳卡扣部分与触探杆螺纹连接。

较佳地，所述现场总线式采集模块采用舟正科技公司生产的型号为DAQM-4202的采集模块。

用于黄土及软土的压入式三向土压力传感器的测量方法，包括如下步骤：