[发明专利]基于旋转异面式八面体基座三维应力测试装置及测试方法

权利要求书

1.一种基于旋转异面式八面体基座的三维应力测试装置，包括：土压力盒(1)、热熔胶(2)、基座(3)和数据导线(4)，其特征是：所述基座(3)由八个互不平行的面围成，底面设有集数据导线(4)的汇总线孔(7)，七个围面为测量面；所述七个测量面上均设置有固定压力盒(1)的凹槽(5)，每个凹槽(5)的底面布置有数据导线连通孔(6)；所述数据导线(4)两端分别连接着土压力盒(1)与外部测试设备。

2.根据权利要求1所述的一种基于旋转异面式八面体基座的三维应力测试装置，其特征是：所述底面为正三角形，所述七个围面为不等分的三个三角形和四个四边形斜面。

3.根据权利要求1所述的一种基于旋转异面式八面体基座的三维应力测试装置，其特征是：所述凹槽(5)为直径30～31mm、槽深6～7mm的圆柱形，所述凹槽(5)底面与基座(3)的对应围面平行。

4.根据权利要求1所述的一种基于旋转异面式八面体基座的三维应力测试装置，其特征是：所述底面的导线汇总孔(7)与七个导线连通孔(6)连通。

5.根据权利要求1所述的一种基于旋转异面式八面体基座的三维应力测试装置，其特征是：所述凹槽(5)与土压力盒(1)之间通过热熔胶(2)粘合。

6.根据权利要求1所述的一种基于旋转异面式八面体基座的三维应力测试装置，其特征是：所述外部测试设备为DH5922动态应变测试系统。

7.根据权利要求1所述的一种基于旋转异面式八面体基座的三维应力测试装置，其特征是：所述土压力盒(1)为LY-350型。

8.一种根据权利要求书1所述的基于旋转异面式八面体基座的三维应力测试方法，包括以下步骤：

1)在土体中埋置已布置有七个土压力盒的旋转异面式基座；

2)通过确定所建立的直角坐标系x、y与z轴的正方向与七个不同测试方向的外法线方向，七个不同测试方向的外法线方向为l₁、l₂、l₃、l₄、l₅、l₆、l₇，计算出七个不同测试方向的方向余弦，基于得到的方向余弦获取转换矩阵T及其逆矩阵T^-1；

3)通过土压力盒测试元件获取七个应力读数，即σ_n(n＝1，2，3，4，5，6，7)，从中选取六个，组成以下七种情况，分别表示为σ_m1＝{σ₁,σ₂,σ₃,σ₄,σ₆,σ₇}^T；σ_m2＝{σ₁,σ₂,σ₃,σ₅,σ₆,σ₇}^T；σ_m3＝{σ₁,σ₂,σ₄,σ₅,σ₆,σ₇}^T；σ_m4＝{σ₁,σ₃,σ₄,σ₅,σ₆,σ₇}^T；σ_m5＝{σ₂,σ₃,σ₄,σ₅,σ₆,σ₇}^T；σ_m6＝{σ₁,σ₂,σ₃,σ₄,σ₅,σ₆}^T；σ_m7＝{σ₁,σ₂,σ₃,σ₄,σ₅,σ₇}^T

4)计算测试点的三维应力状态，其计算公式如下:

{σ_ki}＝T_i^-1{σ_mi} (1)

式(1)中{σ_ki}为测试点的三维应力状态，即

σ_ki＝{σ_xi，σ_yi，σ_zi，σ_xyi，σ_yzi，σ_zxi}^T (2)

式(1)中T_i^-1为对应的土压力盒的转换矩阵的逆矩阵

根据式(1)算出测试点常规应力状态下的七组正应力分量和剪应力分量，即σ_ki＝{σ_xi，σ_yi，σ_zi，σ_xyi，σ_yzi，σ_zxi}^T(i＝1、2、3、4、5、6、7)，然后取各分量的平均值。