[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

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程中土压力测试技术领域，特别是涉及一种土压力测试装置及土压力测试修正计算方法。

背景技术

土压力量测是研究各类岩土工程问题力学机理的重要内容之一，在各种室内试验中广泛采用土压力盒测量土压力；然而，现有土压力盒多基于钢弦式振动原理进行测试，因钢弦弹性模量较大致使其对土压力细微变化的监测能力较弱，表现为测量精度不够，输出灵敏度不高；同时，在测量曲面挡土结构物(如模型桩、隧道模拟支护结构等)受到的土压力时，由于现有土压力盒形状均为小直径圆柱体，盒表面为刚度较大的平面，被测面积与挡土结构物面积的比值较小，且无法调整测试表面，导致测试数据失真。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种结构简单、性能可靠、测试精度高的土压力测试装置及使测试数据能更准确反映待测结构物的受力状态的土压力测试修正计算方法。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供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。

其中，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。

其中，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。

其中，所述弹性挡板优选为橡胶挡板，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。

其中，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。

其中，所述受压面板为刚性面板，所述受压面板可拆卸地与所述压力传感器连接。

本发明还提供一种利用上述土压力测试装置进行土压力测试的修正计算方法，其包括如下步骤：

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：

式中，ω₀为应变梁上产生的变形挠度；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，对于特定压力传感器，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为应变梁受到压力所引起的弯矩值；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：

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、根据上述两个公式，并通过土压力测试仪输出的变形量，可得到受压面板曲面面积αRl范围内作用的土压力测量值为：

S4、根据土压力测量值修正计算公式

可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

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

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；