[发明专利]土体抗剪强度的原位测量方法及其远程实时自动测量系统

权利要求书

1.一种土体抗剪强度的原位测量方法，其特征在于包括以下步骤：

将一对剪切波速测量压电片以固定间隔距离d垂直插入到土体(19)中，一对剪切波速测量压电片包括剪切波激励压电片(8)和剪切波接收压电片(9)，剪切波激励压电片(8)通过正弦电压u_a激励产生机械振动，在土体(19)中形成剪切波；

剪切波接收压电片(9)接收经土体(19)传来的剪切波产生机械振动，进而产生电压u_b，u_a与u_b之间的滞后时间为Δt，由以下公式1得到剪切波速V_s：

V_s＝d/Δt  (1)

再通过土体含水率传感器测得土体含水率w_i，采用以下公式2得到土体抗剪强度τ，完成原位测量过程：

τ＝f_i(V_s)∣_wi  (2)

其中，f_i表示随w_i变化下V_s与τ的函数关系。

2.根据权利要求1所述的一种土体抗剪强度的原位测量方法，其特征在于：测量时，所述剪切波激励压电片(8)和剪切波接收压电片(9)之间不存在除土体以外干扰剪切波传播的介质。

3.根据权利要求1所述的一种土体抗剪强度的原位测量方法，其特征在于：所述的V_s与τ的函数关系f_i(V_s)具体采用以下公式3：

其中，c_i’为土体的内凝聚力，ρ_i为土体密度，为土的内摩擦角，μ_i为土的泊松比，ε_i’为土的轴向应变；这些参数均为在土体含水率为w_i时的参数。

4.用于实施权利要求1所述方法的一种土体抗剪强度的远程实时自动测量系统，其特征在于：包括一对剪切波速测量压电片、土体含水率传感器(10)、土体含水率信号采集电路、正弦波发生电路、鉴相电路、微控制器、远程信号发送电路、远程信号接收电路和上位计算机；一对剪切波速测量压电片、土体含水率传感器(10)垂直插装到土体(19)中，一对剪切波速测量压电片由正弦波发生电路激励产生激励和接收的剪切波信号，再经鉴相电路连接到微控制器中转化为土体剪切波速信息；土体含水率传感器(10)采集土体含水率信息经土体含水率信号采集电路传送到微控制器；微控制器对土体含水率信息和土体剪切波速信息处理得到土体抗剪强度信息，通过远程信号发送电路连接天线发送无线信号，无线信号经天线接收后由远程信号接收电路将土体剪切强度信息传送到上位计算机(8)；上述各个器件均由蓄电池供电，蓄电池与太阳能供电装置连接，在白天进行充电储备电能，在晚上向各器件供电。

5.根据权利要求4所述的一种土体抗剪强度的远程实时自动测量系统，其特征在于：所述的一对剪切波速测量压电片包括固定间隔距离安装的剪切波激励压电片(8)和剪切波接收压电片(9)，剪切波激励压电片(8)与正弦波发生电路连接，通过正弦波发生电路的激励信号发生机械振动，在土体(19)中形成剪切波；剪切波接收压电片(9)在一个滞后时间后接收到剪切波接收信号，剪切波接收信号经电压采集放大电路放大后与剪切波激励压电片(8)的激励信号连接到鉴相电路，鉴相电路输出与滞后时间成正比的电压信号到微控制器中转化为土体剪切波速信息。

6.根据权利要求5所述的一种土体抗剪强度的远程实时自动测量系统，其特征在于：所述的剪切波激励压电片(8)和剪切波接收压电片(9)之间设有用于固定距离的压电片固定组件，通过压电片固定组件保持剪切波激励压电片(8)和剪切波接收压电片(9)之间的固定距离；压电片固定组件包括T形固定架(2)和定位件(3)，剪切波激励压电片(8)和剪切波接收压电片(9)的压电片(1)顶端均连接有相同的T形固定架(2)，两个T形固定架(2)上端之间连接有用于固定两片压电片插装入土体位置的定位件(3)，两片压电片垂直插入土体后拆卸定位件(3)。