[发明专利]一种土压力测试装置及土压力测试修正计算方法

权利要求书

1.一种土压力测试装置，其特征在于，包括受压面板、压力传感器和弹性挡板，所述受压面板通过所述压力传感器与待测结构物连接，所述受压面板呈与待测结构物的表面相适应的形状，所述受压面板为刚性面板，所述受压面板与所述待测结构物的四周通过所述弹性挡板密封连接，形成密闭的测试空间。

2.如权利要求1所述的土压力测试装置，其特征在于，所述压力传感器包括应变梁，所述应变梁的上下表面分别贴有电阻应变片，所述应变梁的一端与所述待测结构物连接，所述应变梁的另一端与所述受压面板连接，所述电阻应变片通过导线连接到外部土压力测试仪。

3.如权利要求2所述的土压力测试装置，其特征在于，所述应变梁的一端通过锚固螺母与所述待测结构物连接，所述应变梁的另一端通过传力螺母与所述受压面板连接。

4.如权利要求1所述的土压力测试装置，其特征在于，所述弹性挡板为橡胶挡板，所述橡胶挡板可拆卸地设置在所述受压面板与所述待测结构物之间。

5.如权利要求1所述的土压力测试装置，其特征在于，当包括多个所述土压力测试装置时，多个所述土压力测试装置之间通过橡胶搭接板连接在一起。

6.如权利要求1所述的土压力测试装置，其特征在于，所述受压面板可拆卸地与所述压力传感器连接。

7.一种利用如权利要求1-6任一项所述的土压力测试装置进行土压力测试的修正计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、根据弹性位移公式可知，在受压面板曲面面积αRl范围内的土压力作用下，应变梁的变形挠度计算公式为：

ω0=Σ∫M‾MpEIds=P1l33EI=KP0;]]>

式中，ω₀为应变梁产生的变形挠度；P₀为受压面板曲面面积αRl范围内的土压力；α为受压面板的曲边弧度；R为受压面板的曲面半径；l为受压面板的直边长度；K为压力传感器的材料系数，对特定压力传感器，K为常量；E为应变梁的变形模量；I为应变梁的惯性矩；M_p为应变梁受到压力而引起的弯矩值；为单位力作用下应变梁受到的弯矩值；ds为应变梁的某一微段；P₁为应变梁与传力螺母连接的一端受到的压力，且P₁＝P₀；

S2、根据压力传感器上各点轴向应变ε₀与变形挠度ω₀的关系计算出轴向应变ε₀，计算公式为：

ϵ0=ω0k;]]>

式中，k为压力传感器的尺寸系数，k＝a²/h；a为压力传感器的长度；h为压力传感器的高度；对于确定的某一压力传感器，k为常量；

S3、根据S1、S2中两个公式，并通过土压力测试仪输出的变形量，得到受压面板曲面面积αRl范围内作用的土压力测量值为：

P0=kKϵ0]]>

S4、根据土压力测量值修正计算公式

P=Πi=1nki·P0]]>

计算出经过修正后的待测结构物对应的曲面面积αrl范围内的土

压力值；

式中，k_i(i＝1，2，3…)为各项影响因素所引起的测量误差的修正系数；

其中，垂直于土压力作用方向的压力传感器与待测结构物曲面的修正系数k₁为：

k₁＝r/R

式中，R为受压面板的曲面半径；r为待测结构物的曲面半径；

引入摩阻力修正系数k₂

k2=α-π3+0.1cosα+1.68]]>

式中，α为受压面板的曲边弧度，当α<1时，k₂取1；

引入尺寸效应修正系数k₃

k3=1+d2Rl sin(α/2)]]>

式中，l为受压面板的直边长度；α为受压面板的曲边弧度；d为土压力测试装置的厚度；

引入材料变形影响系数k₄，其值与受压面板、弹性挡板的材料性质有关，通过材料制造商提供的相关资料确定。