[发明专利]一种用于岩土模型试验内部微应变测量的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明属于工程测量领域，具体涉及一种微应变测量方法及其装置，特别是一种用于岩土模型试验内部微应变测量的方法及其装置，用于岩土模型试验内部微应变快速、准确的测量。

背景技术

岩土模型试验是岩土工程中一项重要的工作，由于岩土材料力学性质的复杂性和多变性，目前尚未有一种力学模型能够较好地描述岩土体的各种力学性质，因此岩土模型试验在理论研究与工程实践中有着重要意义。岩土模型试验中应变成果的质量取决于应变测量装置的精度以及其安装方式，而应变成果的质量的好坏直接影响到模型成果的正确性。目前，岩土模型内部应变的测量方法，往往采用在其内部布设一定数量的标点（通常用彩色小石子），然后通过玻璃窗在外部量测，这种方法虽然应用很普遍，但其存在以下问题：（1）观测成果受标尺、读数方法等影响，精度较低。在研究一些微小变形，如膨胀土的涨缩变形、粘土的沉降、黄土的振陷时，往往很难量测出来。（2）只能观测玻璃窗附近的土体的变形，不能观测其内部变形。（3）不能实现自动、快速地连续记录。因此，研究一种可自动、连续准确测量岩土体内部微应变的方法及其装置是十分必要的。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明的目的在于，提供一种一种用于岩土模型试验内部微应变测量的方法及其装置，能够快速、连续的准确测量岩土模型内部微应变，提高了岩土模型内部微应变测量成果的质量与精度。

为了达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于岩土模型内部微应变的测量方法，具体包括如下步骤：

步骤1：制作基板：在测量开始之前，将3个霍尔位移传感器固定在一个模具中，保证三者位于同一平面内且构成一边长为3cm的等边三角形；然后将环氧树脂灌入模具，使其包围霍尔位移传感器且环氧树脂不能盖过霍尔位移传感器的顶面；

步骤2：传感器标定：利用激光对霍尔位移传感器进行标定，得到标点与霍尔位移传感器位移的标定曲线；

步骤3：基板及标点的埋设：将标点埋入模型试验箱中待测处的土体中，将该标点对应的基板固定在模型试验箱内侧，使作为标点的圆形磁钢片与其对应的基板平行，且标点距该基板的距离与传感器标定时两者的距离一致。

步骤4：数据采集：将霍尔位移传感器的电源线通过电源模块连接至直流电源，将其信号线连接至数据采集器，将数据采集器连接上位机；在测量开始前启动数据采集器，记录保存每个霍尔位移传感器的初始信号并发送给上位机；测量开始后，标点随土体内部的位移移动，霍尔位移传感器发出信号，数据采集器以一定的频率采集并记录每个霍尔位移传感器的输出信号，试验完毕共采集N次，每次的采集数据包括三个霍尔位移传感器的输出数据，并将采集到的信号发送给上位机；

步骤5：数据处理：上位机通过数据采集器发送的初始信号得出标点的初始位置，也即测试开始前标点距每个霍尔式位移传感器的距离；然后将某次采集到的三个霍尔位移传感器的输出值分别代入标定曲线对应的公式，得到该次采集数据时标点距每个霍尔位移传感器的一组距离数据r₁、r₂和r₃，按照同样的方式对每次采集的数据进行处理，共得到n组距离数据，其中，n表示试验期内的采集次数；分别将每组距离数据r₁、r₂、r₃转化为竖直向和水平向的位移分量。

本发明的方法还包括如下其他技术特征：

所述步骤5中的分别将每组距离数据r₁、r₂、r₃转化为竖直向和水平向的位移分量，具体操作过程如下：

1）以基板上三个霍尔位移传感器构成的等边三角形的中心作为原点建立坐标系，分别得到三个霍尔式位移传感器的坐标值（a₁，b₁）、（a₂，b₂）和（a₃，b₃）；将某组距离数据r₁、r₂、r₃以及（a₁，b₁）、（a₂，b₂）和（a₃，b₃）代入下列方程组求解，得到某次采集数据时标点在坐标系中的坐标（m，n）；