[发明专利]一种用于受荷结构周围土体位移场测量试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种用于受荷结构周围土体位移场测量试验装置及方法，它解决了现有技术中位移施加不连续的问题，具有测量精度高，模型能实现重复使用的有益效果，其方案如下：一种用于受荷结构周围土体位移场测量试验装置，包括支架；平面应变模型槽，通过支架进行支撑，且平面应变模型槽的至少一侧面为透明，平面应变模型槽内填筑填料，结构物埋置在填料内部，结构物与连杆的一端连接；加载机构，通过支架支撑，加载机构包括能够实现上下升降运动的升降部件，升降部件与连杆的另一端之间设置应力传感器，位移传感器通过固定支架支撑；记录机构，设于平面应变槽的至少一侧，以记录平面应变槽内填料的位移变化。

技术领域

本发明涉及一种土体位移场观测领域，特别是涉及一种用于受荷结构周围土体位移场测量试验装置及方法。

背景技术

当埋置在土体中的结构物(如桩基、浅基础、锚索/板、输油管道等)受到外部荷载作用时，会引起结构物周围土体发生压缩或者剪切变形以抵抗外部荷载的作用。而结构物受力后调动周围土体的重量、破裂面分布形式及长度又直接决定了结构物的承载能力。因此研究结构物周围土体位移场分布规律对结构物承载能力计算理论的推导和极限承载力设计计算具有重要的指导意义。

目前采用单侧透明观测窗联合数字拍照技术捕捉结构物位移场已成为较为广泛的技术手段。该方法通过在填料中分层设置有色标记带实现对破裂面轮廓的捕捉，发明人发现该方法虽然能够得到土体发生整体破坏时的破裂面，但是不能得出土体颗粒位移矢量以及层间位移状态，而且得出的破裂面形状受限于标记带层数的影响，特别是对于发生局部破坏的土体，由于土体破坏发生在结构物周围一定范围内，该方法不再适用。为了解决这一问题，采用PIV(粒子图像测速法)技术结合图片处理软件可得到土体颗粒位移矢量及破裂面形状，该方法具有精度高、后期处理简单、适用范围广等优点。但是该方法对试验过程要求较苛刻，特别是对于前后两张照片的拍摄时间间隔和位移大小，应尽量均匀一致，因此使用该方法时常采用位移法加载方式。目前有关结构拉拔试验装置常采用锚索与结构直接连接，采用这种连接方法主要是基于便于改变加载方向和节约成本考虑，但是由于锚索本身具有受拉伸长、卸载收缩的特性，因此在实际的试验过程中，难以保证位移施加的连续性，主要表现为：在初始阶段锚索受力伸长但结构物不发生位移，承载力后由于荷载降低锚索收缩引起位移剧增从而产生波浪荷载，进一步影响荷载-位移曲线变化规律以及位移场分布。此外，目前现有能模型槽只是针对某一特定结构物开展相关研究，不能具有广泛的适用性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种用于受荷结构周围土体位移场测量试验装置，采用位移加载的方式，可实现变形位移的均匀施加，解决了目前位移施加不连续且测量结果精度低的技术难题，具有能够重复使用的优点。

一种用于受荷结构周围土体位移场测量试验装置的具体方案如下：

一种用于受荷结构周围土体位移场测量试验装置，包括：

支架；

平面应变模型槽，通过支架进行支撑，且平面应变模型槽的至少一侧面为透明，平面应变模型槽内用于填筑填料，结构物埋置在填料内，结构物与连杆的一端连接；

加载机构，通过支架支撑，加载机构包括能够实现上下升降运动的升降部件，升降部件与连杆的另一端之间设置应力传感器，应力传感器的一侧设置与应力传感器接触的位移传感器，位移传感器的壳体通过支架支撑；

记录机构，设于平面应变槽的至少一侧，以记录平面应变槽内填料的位移变化。

进一步地，所述记录机构为数码相机，数码相机、所述的应力传感器和位移传感器均与数据采集计算机分别单独连接，这样应力传感器和位移传感器分别记录结构物应力和位移的变化，进而发送数据给数据采集计算机，由数据采集计算机进行记录，记录仪记录结构物周围填料位移的变化，这样由数据采集计算机通过图像处理软件获得拍摄区域填料即土体颗粒位移，可以在位移均匀施加的情况下得出土体颗粒位移变化情况。