[发明专利]一种高精度三维土压力测试装置及其量程调整系统

说明书

本发明公开了一种高精度三维土压力测试装置及其量程调整系统，包括竖向主测力弹簧、若干水平测力弹簧、底板、内筒、中心顶板、边顶板以及若干外侧板。本装置为内外圆筒体系，内筒用于测量竖向土压力及土体位移，外筒用于测量周围土体的水平向土压力及土体位移。其量程调整系统通过给测力弹簧通电，使测力弹簧内部导体产生磁场，通过控制电流的大小来控制磁场力，调节测力系统的刚度，控制测试装置的量程，以实现超深基坑土体、临近桥墩开挖土体、超高边坡内部土体土压力实时监测。

技术领域

本发明涉及一种高精度三维土压力测试装置及其量程调整系统，适用于土木工程领域。

背景技术

随着土木工程领域大型基础设施的不断增多，超高超大跨建筑、大跨度桥梁、隧道、高速铁路及地铁的规模不断扩大，为保障施工过程的安全可靠，高边坡开挖，临近建筑深基坑开挖，临近高铁桥墩等施工过程中，临近土体的位移场异变参数需要实时监测，以避免因工程事故的发生而给人们生命和财产的巨大损失。

高边坡失稳、基坑塌陷等工程问题时有发生，事实表明，问题的主要原因是在施工过程中，支护体系承载力不足，监测的时效性差，没有实时掌握待测土体的三维应力状态，导致事故的发生。施工场地周围土体压力实时监测作为保证施工安全的有效手段，显得至关重要。目前，国内外学者关于土压力测试装置做了诸多研究，提出多种新型的土压力测试装置，既有的土压力测试装置以提高测试精度为主，将传统的单向土压力测试装置通过整合等方式来实现多维土压力测试，而且，此种土压力测试装置具有不可控性，其内部测试系统的量程具有不可调节性，难以适应各种土体作用下的土压力测量。实际工程施工过程中，实时掌握土体位移场异变时土体的三维应力状态至关重要，实时监测土体位移是解决问题的根本所在。对于某一深度土体的三维应力状态实时监测，如高边坡内部土体实时状态，邻近建筑深基坑开挖土体的位移实时动态，临近高铁桥墩打桩时，桥墩周围土体受竖向冲击荷载作用时不同深度土体的三维位移实时监测，目的在于确保正常施工的条件下，确保周围设施的正常安全运行。

目前，传统的土压力测试装置及测试方法仍旧存在不足：

(1)土体土压力、土体位移测试的单方向性

(2)土压力测试装置量程的不可控制性

土压力测试装置本身的可控制性差，很难适用于各种土体，特别是埋深较大的土体压力、位移的测量。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种高精度三维土压力测试装置及其量程调整系统，所述高精度三维土压力测试装置可实时掌握土体的三维应力状态，所述量程调整系统可依据实测土体参数调整装置的量程。

技术方案：一种高精度三维土压力测试装置，包括竖向主测力弹簧、若干水平测力弹簧、底板、内筒、中心顶板、边顶板以及若干外侧板；其中，所述底板的中心位置固定有底板永磁铁，所述中心顶板为圆形，其内侧面上固定有顶板永磁铁；所述边顶板中间设有通孔，所述通孔的直径与所述内筒的内径以及所述中心顶板的直径均一致，所述中心顶板设置在所述边顶板中间的通孔内；

所述竖向主测力弹簧垂直固定在所述底板永磁铁上，所述内筒套在所述竖向主测力弹簧外，并垂直固定在所述底板上，所述内筒的顶部与所述边顶板固接；所述中心顶板侧面与所述内筒的内侧面上设有匹配的竖直滑轨；所述若干外侧板以圆环阵列间隔竖直设置在所述内筒外，相邻外侧板之间采用柔性连接连接，所述内筒外侧壁上固定有内侧永磁铁，每块所述外侧板内侧壁上固定有外侧永磁铁，在每块所述外侧板与内筒之间设置所述水平测力弹簧，所述水平测力弹簧的两端分别固定在所述内侧永磁铁和外侧永磁铁上；每块所述外侧板的两端部与边顶板以及底板之间设有匹配的水平滑轨。

进一步的，还包括若干竖向次测力弹簧，所述竖向次测力弹簧在所述内筒内，围绕所述竖向主测力弹簧以圆环阵列间隔竖直设置，其底部固定在所述底板永磁铁上；在每块所述外侧板与内筒之间设置有多个所述水平测力弹簧，多个所述水平测力弹簧位于同一竖直平面内，并等间距设置。