[发明专利]一种角度测量装置及其土体应变状态测试方法

权利要求书

1.一种角度测量装置，其特征是：包括圆柱形外壳体、内芯、内杆、电阻环、导线、弹簧和受力板，所述圆柱形外壳体下方为半圆柱体、上方为圆柱形外体；所述内芯置于圆柱形体外体内；所述内杆置于内芯且与外壳体同心，内杆顶部伸出内芯盖外部且与所述内芯盖上的电阻环触点相接，内杆底部穿过内芯底延伸至外筒且与受力板相连；所述弹簧套装在位于内芯底上的内杆上；所述电阻环与测量导线连接且经外壳体顶盖引出与外部静态应变数据采集装置相连接。

2.根据权利要求1所述的一种角度测量装置，其特征是：所述外壳体与内芯在内芯盖和筒体分别固定。

3.根据权利要求1所述的一种角度测量装置，其特征是：所述电阻环为半圆型，半径为1cm，电阻值范围为120Ω-350Ω的可变电阻。

4.根据权利要求1所述的.一种角度测量装置，其特征是：所述弹簧为平面涡卷弹簧。

5.根据权利要求1所述的一种角度测量装置，其特征是：所述静态数据采集装置采用DH3816静态采集箱。

6.根据权利要求1所述的一种角度测量装置，其特征是：所述内杆底部与受力板经热熔胶粘合连接。

7.一种根据权利要求1所述的一种角度测量装置的土体应变状态测试方法，其特征是：步骤如下：

1)设定角度测量装置：将受力板侧端面调节至与外筒下端半圆柱面轴向平面垂直，将装置与采集装置、采集装置与电脑连接并开启工作状态；

2)根据步骤1)建立受力板转动角度与测试数据的对应关系：在测试前进行装置标定，手动水平拨动受力板，此时受力板与外筒下端半圆柱面的径向产生夹角，从而改变受力板角度，受力板受力后移动带动内杆转动而改变接触端与电阻环上的位置测出电阻值，电信号依据电阻值的大小而变化，记录电信号值，由此得到受力板转动角度与测试数据的对应关系k；重复上述操作，依次将受力板顺时针拨动A1、A2、A3、A4、…多个角度，将对应产生的多个个负电信号μ1、μ2、μ3、μ4…；再依次将受力板逆时针拨动B1、B2、B3、B3、…多个角度，将对应产生多个正电信号η1、η2、η3、η4、..，将角度值与测得的对应数据建立标定表；

3)选择待测点并建立理论空间坐标系：设置角度测量装置埋置在理论最大变形方向垂直处，即内芯与最大变形方向垂直或在竖直、水平与地表夹角45度方向各埋置一个测量装置；

4)放置角度测量装置：将角度测量装置依据步骤3)建立的坐标系选取测试角度放入待测试土体中，用土覆盖住测试装置并轻轻压实，将导线与外部的静态应变数据采集装置相连接，在外部的静态应变数据采集装置的补偿通道连接补偿应变片，外部的静态应变数据采集装置与电脑连接，并在电脑对应软件界面中做调零设置，在软件输入界面中将电阻环阻值输入应变阻值一栏；

5)测量：当土体产生变形时，土对角度测量装置的受力板施加压力，使内杆的接触端与电阻环产生位移，进而产生电信号变化，当受力板受力发生顺时针转动，接触端相对电阻环发生逆时针转动，装置阻值变大，电信号变小，电脑端显示数值为负值；当受力板受力发生逆时针转动，接触端相对电阻环发生顺时针转动，装置阻值变小，电信号变大，电脑端显示数值为正值；

6)计算测量结果：根据外部的静态应变数据采集装置采集的数据，根据下述公式求解出标定系数k，计算时负电信号值取绝对值：

A＝μk (1)

式中A为需要测试的变形角度，μ为电信号值，为变形角度均值，为电信号值均值，k为变形角度与电信号值之间的对应关系，即标定系数；

对应步骤2)的标定表找出角度变化值，具体原理公式如下所示：

公式中，本发明中0°≤n≤180°；r为1cm；R为电阻环电阻，阻值为120Ω-350Ω；R₁为接触端与电阻环相对转动时的阻值；I_A为通过该装置的电流；电压U为外部的静态应变数据采集装置提供；通过外部的静态应变数据采集装置可转化为电信号，并根据公式(1)输入电脑软件中转化为测试数据；

依据测试所得角度变化值，代入如下公式(5)，计算该变形土体的剪应变值：

式中，γ为剪应变值，ω为受力板面与圆柱形外壳体下方半圆柱体平面夹角锐角值，本装置取值90度，即π/2，Δω为测得的土体角度变形值。