[发明专利]用于模型试验的土压力测量装置及其标定方法

说明书

本发明提供了一种用于模型试验的土压力测量装置及其标定方法，涉及隧道工程研究技术领域，其包括设置有储水腔的水箱和与储水腔连通的液柱管，储水腔的顶部设置有挡水板，挡水板上固定有活塞，活塞滑动设置于端部敞开的活塞套筒内，水箱密封设置于隔离箱中，隔离箱包括刚性外壳和填充于刚性外壳内侧的缓冲球。解决了现有技术中模拟试验中所使用的土压力测量装置无法屏蔽横向力影响的问题。

技术领域

本发明涉及隧道工程研究技术领域，特别是涉及一种用于模型试验的土压力测量装置及其标定方法。

背景技术

土压力传感器适用于在测量边坡、基坑、隧道、堤坝等结构物的内部土压力，是土压力测试中常用的重要仪器，现有技术中常用的测量土压力的传感器为弦振式土压力盒，将弦振式土压力盒埋设在指定位置，当被测结构物内土应力发生变化时，感应板将会产生变形，变形传递给振弦转变成振弦应力的变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激励振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至读数装置，即可测出被测结构的压应力值。

由于传统土压力传感器测量的有效数据是垂直土压力传感器感应板表面的均布压力，而不均匀力和侧向力均会对传统土压力传感器的测量数据造成影响，使其测量结果产生较大的误差，同时弦振式土压力盒感应板刚度大，只能应用于实际工程中去测量较大的土压力，而对于在实验室中进行的模拟试验，由于受试验设备的限制导致模拟土压力无法模拟得太大，导致测量精度低，使用不方便。目前模拟试验中，通常是采用一个柔性的水袋测量土压力，柔性水袋的弊端是无法屏蔽横向力的影响，导致测得的土压力不准确。

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种用于模型试验的土压力测量装置及其标定方法，解决了现有技术中模拟试验中所使用的土压力测量装置无法屏蔽横向力影响的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

提供一种用于模型试验的土压力测量装置，其包括设置有储水腔的水箱和与储水腔连通的液柱管，储水腔的顶部设置有挡水板，挡水板上固定有活塞，活塞滑动设置于端部敞开的活塞套筒内，水箱密封设置于隔离箱中，隔离箱包括刚性外壳和填充于刚性外壳内侧的缓冲球。

上述用于模型试验的土压力测量装置的标定方法包括：

将土压力测量装置竖直埋于试验土中，使液柱管位于试验土外并与大气接触，给试验土施加多组压力P₁，对应记录液柱管中液面的高度变化值h₁，将h₁代入下式计算得到P₁与h₁的对应关系，

P₁-P₂＝ρgh₁(1+d²/D²)

其中，P₂为大气压力，ρ为储水腔中所装液体的密度，g为重力加速度，d为液柱管的孔径，D为储水腔的内径；

除去覆盖在土压力测量装置上的试验土，观察回位反馈机构中是否有电路接通信号，

若有电路接通信号，则活塞回位正常；

若无电路接通信号，则将反冲装置连接于液柱管上，向储水腔中通入液体或气体直至有电路接通信号。

本发明的有益效果为：活塞的顶端受到压力后下移将压力传递给储水腔中的液体使液柱管中的液面上升，且液面上升高度与受到的压力成正相关，通过液面上升高度即可得到施加在活塞上的正压力。

隔离箱的设置能够防止侧压力和不均匀压力作用于水箱上对轴向压力测量精度的影响，提高作用于活塞上的轴向力的精度。刚性外壳能够降低侧向静压力对隔离箱的挤压，缓冲球能够将刚性外壳传递的压力缓冲掉。