[发明专利]孔隙类材料的基质体积模量测定方法及装置

说明书

本发明公开一种孔隙类材料的基质体积模量测定方法及装置，制备立方体孔隙类材料试件，并于其六个面上贴设应变片，将应变片经数据传输线连接数据采集器，试件放置于恒压箱中，恒压箱装满水，通过水压控制器抽取水压箱中的水以对恒压箱加水压，直至水压稳定为T，根据应变片采集的应变数据定时记录立方体孔隙类材料试件于三个方向的应变值，直至应变值稳定不变，将三个方向的应变值相加得到加和应变值，并得到稳定不变时的终加和应变值，根据终加和应变值及水压T，计算该孔隙类材料试件的基质体积模量。本发明可测定孔隙类材料的基质体积模量数值，测量结果准确真实，能够为水工结构工程的有效应力研究提供科学的数据基础。

技术领域

本发明涉及一种混凝土等孔隙类材料的基质体积模量测定方法及装置，属于水利水电工程技术领域。

背景技术

大坝等混凝土结构经常在水环境中工作，水压力是构成结构的主要荷载，因此对于混凝土结构的工作环境和荷载特点，对在水荷载下的混凝土应力特征分析是十分必要的。由于混凝土硬化过程中的化学反应作用，导致胶凝材料的体积变形，从而会形成大量的孔隙。这些孔隙的存在，对混凝土结构的力学特性会有很大的影响，导致混凝土的某些特性十分复杂。其中在水荷载计算中，1941年Biot提出了有效应力法，其中的有效系数决定了孔隙水压力对混凝土结构的应力场影响程度，该有效系数为β＝1-K/K_m，其中，K为宏观体积模量，其可通过三轴实验确定，K_m为基质体积模量，其是计算有效系数的重要因子，是求得有效系数的关键所在。

因应水工结构工程的需要，对于孔隙结构的基质体积模量研究于20世纪60年代得到了空前的发展和广泛的应用。到目前为止，国内外很多学者都对岩石、混凝土等孔隙类材料的基质体积模量进行研究，主要通过理论宏观三轴实验结合理论公式反推法、经验法、电磁波法等取得混凝土等孔隙类材料的基质体积模量。这些方法均是通过间接方法获得基质体积模量，对于混凝土等孔隙类材料的基质体积模量尚没有统一数值，因而对于混凝土结构的水荷载计算，难以保证结果的准确性和真实性。

发明内容

鉴于上述原因，本发明的目的在于提供一种孔隙类材料的基质体积模量测定方法及装置，基于有效应力理论，测定孔隙类材料的基质体积模量数值，测量结果准确真实，能够为水工结构工程的有效应力研究提供科学的数据基础。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种孔隙类材料的基质体积模量测定装置，包括恒压箱、水压箱、水压控制器、立方体孔隙类材料试件，

立方体孔隙类材料试件的六个面上分别设置应变片，各应变片分别经相应的数据传输线与用于采集应变数据的数据采集器相连接，水压箱与恒压箱通过水压控制器相连接，

立方体孔隙类材料试件放置于恒压箱中，使得该试件的六个面上同时受到同样大小的水荷载，恒压箱装满水，通过水压控制器抽取水压箱中的水以对恒压箱加水压，直至水压稳定为T，根据应变片采集的应变数据定时记录立方体孔隙类材料试件于三个方向的应变值，直至应变值稳定不变，将三个方向的应变值相加得到加和应变值，绘制加和应变值与时间之间的关系曲线图，从关系曲线图中得到最终稳定的终应变值，根据公式(1)计算该孔隙类材料试件的基质体积模量：

其中，ε为终应变值，T为水压，K_m为基质体积模量。

进一步的，

所述三个方向的应变值是指，立方体孔隙类材料试件具有两两相对的三个对应面，每个对应面的两个面对应一个方向，每个对应面的两个面上的应变片所采集的应变数据相加除以二得到对应该方向上的应变值。

所述立方体孔隙类材料试件的长、宽、高均为150毫米，所述恒压箱的长、宽、高均为20厘米。

所述恒压箱上设有排气口与排水口。