[发明专利]循环荷载下土体内应力测试简易仪器及方法

说明书

本发明涉及一种岩土工程方面的土体动力学特性测试技术，特别涉及一种循环荷载下土体内应力简易测试仪器及方法。许多研究及报告都记录得在循环荷载下路基土会发生动应力累积，但此现象没有引起学界的重视。本发明主要功能是可测量土中内应力对不同循环荷载大小、加载波形、加载频率、土体密实程度等因素的响应情况，还可获取土体在循环荷载作用下的沉降曲线、动态弹性模量、总变形模量、静态弹性模量等参数。本发明属于一种室内试验简单、方便获取土体动力学特性的创新技术；借助杠杆压力仪，本仪器可实现十倍荷载输出，节约仪器耗材和动力能源。仪器控制和数据采集均可利用计算机系统实现自动化控制。

技术领域

本发明涉及一种岩土工程方面的土体动力学特性测试技术，特别涉及一种循环荷载下土体内应力测试简易仪器及方法。本发明还可以用于沉降变形测试、变形模量测试。本发明属于一种室内试验简单、方便获取土体动力学特性的创新技术。

背景技术

公路、铁路、飞机跑道等地基所承受的荷载均为长期反复动荷载，动荷载下的土体力学行为与静荷载下的土体力学行为存在着本质的差异。许多路基土会在远小于静力强度的循环荷载下发生破坏。在反复荷载作用下，基层和地基的永久变形将会加速上层路面结构的变形，这将引起路面灾害和交通安全问题。

在道路工程和基础工程中，土中动应力是指土中的动附加应力，简称动应力。需要说明的是，区别于单元体试验(如三轴试验)的外荷载，土中动应力是指一种结构内应力。

道路基础工程领域的原位测试和模型试验，均有记录得路基土中动附加应力响应随车辆荷载次数增加而累积的现象。另一方面，动应力法加固软土地基时，亦有监测得地基中总应力和孔压的响应均滞后于夯击的加载和卸载；土中残余有效应力随夯击次数的增加而增加。

虽然研究及工程报告都记录得在循环荷载下路基土、天然地基土会发生动应力累积。但土中动应力累积现象没有引起学者们的重视。我们应该认识到，路基土和天然地基土在交通荷载下的应力累积现象是一种客观的、长期的现象。应力累积现象应引起学者和工程师们的重视且加以研究。

本发明主要功能是可测量土中内应力对不同循环荷载量大小、加载波形、加载频率、土体初始密实程度等因素的响应。本仪器还可获取土体在循环荷载作用下的沉降曲线、动态弹性模量、总变形模量、静态弹性模量等参数。

发明内容

为了模拟行车过程中或动力法加固地基过程中路基土和天然地基土中的动应力响应，本发明借鉴了测定土体弹性模量的杠杆压力仪的优点，经加工改进，设计了专门的循环荷载下土体内应力测试仪。借助杠杆压力仪，本仪器可实现10倍输出循环荷载，节约了仪器耗材和动力能源。通过计算机控制系统，本发明可控制循环荷载的加载波形、幅度、周期、间歇时间，使用灵活方便。本发明主要功能是可测量土中内应力对不同循环荷载量大小、加载波形、加载频率、土体初始密实程度等因素的响应。本仪器还可获取土体在循环荷载作用下的沉降曲线、动态弹性模量、总变形模量、静态弹性模量等参数。

本发明的技术方案为：循环荷载下土体内应力测试仪，包括：(1)土样周围位置静荷载施加系统，(2)土样中心位置循环荷载施加系统，(3)应力、位移测量系统，和(4)计算机控制系统。

周围位置静荷载施加系统和中心位置循环荷载施加系统需要利用到杠杆压力仪。杠杆压力仪的尺寸和结构组成见《土工试验方法标准GB/T50123-1999》和《杠杆压力仪JJG107-2012》。

本发明各分部分的详细描述如下：

(1)所述土样周围位置静荷载施加系统包括：刚性受力架，测力环，千斤顶，杠杆压力仪中的重型击实筒和压力传递杆。重型击实筒(土样筒)的尺寸为：内径152mm、筒高166mm；筒内垫块直径151mm；护筒高度50mm。压力传递杆与土样接触的部位为一个环形：外径151mm、内径51mm(见图2和图3)。