專利名稱：一種用于自由場應(yīng)力測試的土壓力傳感器標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種土壓力傳感器的標(biāo)定方法，尤其涉及一種在土介質(zhì)中標(biāo)定土壓力傳感器的方法。
背景技術(shù)：
土介質(zhì)中應(yīng)力的測量是巖土工程問題研究的基礎(chǔ)，常用的方法是把土壓力傳感器埋設(shè)在土介質(zhì)中，通過土壓力傳感器所感應(yīng)的應(yīng)力，以確定真實應(yīng)力。由于土壓力傳感器與周圍土介質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)迥異，勢必改變土介質(zhì)的原存應(yīng)力場，引起應(yīng)力重分布現(xiàn)象，導(dǎo)致測試值并不能反映土介質(zhì)中的真實應(yīng)力，由此產(chǎn)生測試誤差。通常將土壓力傳感器在與測試環(huán)境較為一致的土介質(zhì)中進(jìn)行標(biāo)定，得出施加荷載與土壓力傳感器輸出值的關(guān)系，通過數(shù)學(xué)回歸得到土壓力傳感器的標(biāo)定系數(shù)。該標(biāo)定系數(shù)反映了土壓力傳感器與土介質(zhì)相互作用影響，利用其換算土中應(yīng)力，從而提高了測試精度?，F(xiàn)有的標(biāo)定技術(shù)主要采用圓筒標(biāo)定箱或環(huán)圈儀對土壓力傳感器進(jìn)行標(biāo)定。一、對于圓筒標(biāo)定箱，由于其整體式側(cè)壁是固定的，土介質(zhì)在與側(cè)壁的接觸面受到一致向上的摩擦力作用，土介質(zhì)中的應(yīng)力沿深度發(fā)生衰減，側(cè)壁摩擦對試驗結(jié)果影響較大。 一般需采用較大直徑的圓筒來減小側(cè)壁摩擦的影響，直徑通常都在50 100cm，即使如此， 側(cè)壁的摩擦影響仍不可忽略。國內(nèi)某單位曾采用直徑370cm,高400cm的標(biāo)定箱進(jìn)行標(biāo)定來消除標(biāo)定設(shè)備邊界的影響；顯然，這種大尺寸標(biāo)定設(shè)備在標(biāo)定過程中不僅標(biāo)定工作量巨大，而且標(biāo)定過程中對土介質(zhì)狀態(tài)可控性差，加載設(shè)備的要求高，不適用于大量的土壓力傳感器標(biāo)定。二、對于環(huán)圈儀，由于環(huán)圈儀的上、下環(huán)圈之間留有間隙，荷載作用下土介質(zhì)被壓縮過程中允許環(huán)圈一起移動，從而改變的土介質(zhì)與側(cè)壁的摩擦作用模式，從結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)了減小側(cè)壁摩擦對圈內(nèi)土介質(zhì)應(yīng)力分布的影響。但環(huán)圈儀標(biāo)定試驗中環(huán)圈側(cè)壁、加載板等邊界對土介質(zhì)應(yīng)力分布仍有影響，若其影響與土壓力傳感器引起的應(yīng)力重分布范圍疊加，則不能構(gòu)造與使用環(huán)境一致的應(yīng)力場環(huán)境，不能保證標(biāo)定試驗結(jié)果的可靠性。而不同廠家、不同型號的土壓力傳感器在幾何尺寸、力學(xué)性質(zhì)上差異較大，與土介質(zhì)的相互作用特性也呈現(xiàn)出明顯的差異，現(xiàn)有技術(shù)對環(huán)圈儀的直徑和高度沒有較為切實可行的方法可以參考，導(dǎo)致標(biāo)定試驗中環(huán)圈儀直徑和高度的確定隨意性較大，若環(huán)圈直徑和高度過小，勢必影響標(biāo)定的試驗結(jié)果的可靠性，若環(huán)圈直徑和高度過大，標(biāo)定試驗工作量無謂增加，降低試驗可操作性和工作效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種用于自由場應(yīng)力測試的土壓力傳感器標(biāo)定方法，該方法在確保試驗結(jié)果可靠的前提下達(dá)到提高試驗效率的目的。本發(fā)明實現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是一種用于自由場應(yīng)力測試的土壓力傳感器標(biāo)定方法，包括以下步驟
a)測試變形模量測出土壓力傳感器的變形模量(Eg)及土壓力傳感器擬使用環(huán)境中的土介質(zhì)的變形模量(Es)；b)確定環(huán)圈儀的直徑按下式計算出環(huán)圈儀的直徑D ；式中，d-土壓力傳感器的直徑；Lh-土壓力傳感器引起的土介質(zhì)應(yīng)力場改變范圍在徑向的影響寬度；Eg_ 土壓力傳感器的變形模量，Es-擬使用環(huán)境中的土介質(zhì)的變形模量；c)確定單個環(huán)圈的高度環(huán)圈儀中單個環(huán)圈的高度!T , Hi =(0.1 0.2)D;d)確定環(huán)圈儀的高度按下式計算出環(huán)圈儀的高度H ；H = h+2 (Lv+Ls)式中，h-土壓力傳感器的厚度；LV_土壓力傳感器引起的土介質(zhì)應(yīng)力場改變范圍在垂向的影響高度，Ls-剛性加載板與土介質(zhì)表面不均勻接觸引起土介質(zhì)應(yīng)力場改變范圍在垂向的影響深度；e)確定環(huán)圈數(shù)量按下式試算出試算環(huán)圈數(shù)量n'，對試算環(huán)圈數(shù)量n'向上取整得環(huán)圈數(shù)量η ；n' =H/(H' +r)式中，H-環(huán)圈儀的高度；H'-單個環(huán)圈的高度；r_環(huán)圈與底座、相鄰環(huán)圈之間的間隙，取O. 05 O. I倍單個環(huán)圈的高度H'。f)環(huán)圈儀的制備及標(biāo)定試驗制備直徑等于環(huán)圈儀的直徑D、高度等于單個環(huán)圈的高度H'的環(huán)圈；環(huán)圈儀使用的環(huán)圈的數(shù)量等于環(huán)圈數(shù)量η;用該環(huán)圈儀對用于自由場應(yīng)力測試的土壓力傳感器進(jìn)行標(biāo)定試驗，得出荷載(P。)與土壓力傳感器輸出值( )的關(guān)系P。 =k0q0, k0即土壓力傳感器的標(biāo)定系數(shù)。本發(fā)明方法的原理是土壓力傳感器本身以及環(huán)圈儀側(cè)壁、加載板等邊界條件引起的土介質(zhì)應(yīng)力場改變范圍如附圖I所示。圖I中d-土壓力傳感器的直徑；h-土壓力傳感器的厚度；Lh-土壓力傳感器引起的土介質(zhì)應(yīng)力場改變范圍在徑向的影響寬度；LV-土壓力傳感器引起的土介質(zhì)應(yīng)力場改變范圍在垂向的影響高度，Ls-剛性加載板與土介質(zhì)表面不均勻接觸引起土介質(zhì)應(yīng)力場改變范圍在垂向的影響深度；Lb-環(huán)圈儀側(cè)壁與土介質(zhì)之間相互作用引起的土介質(zhì)應(yīng)力場改變的影響寬度；H-環(huán)圈儀的高度；D-環(huán)圈儀的直徑。通過計算分析，土壓力傳感器本身引起的土介質(zhì)應(yīng)力場改變范圍在水平向的影響寬度(Lh)和垂向的影響高度(Lv)由土壓力傳感器的直徑(d)和土壓力傳感器與土介質(zhì)的模量比決定，滿足以下關(guān)系當(dāng)O. Eg/Es < I 時Lh = O. 4(1-Eg/Es)dLv = I. 3(1-Eg/Es)d當(dāng)I 彡 Eg/Es 彡 100 時 D=L 25d+2. 5Lh，其中，七
0.4(l-Eg/Es)d0.\<Eg/Es<\
0.22[\-/(Eg/Esf]d \< Eg/Es <100
0.\<Eg/Es<\
\<Eg/Es<\00
Lh = O. 22 [1-1/ (Eg/Es)3] dLv = O. 67 [1-1/ (Eg/Es)3] d環(huán)圈儀側(cè)壁與土介質(zhì)之間相互作用引起的土介質(zhì)應(yīng)力場改變的影響寬度(Lb)約為O. 5倍單個環(huán)圈的高度(H')。另外，從環(huán)圈構(gòu)造方面考慮，單個環(huán)圈的高度(H')取
O.I O. 2倍環(huán)圈的直徑(D)較為適宜，所以，Lb與D滿足的關(guān)系可用下式表示。Lb = (O. 05 O. I) D在剛性加載板與土介質(zhì)表面設(shè)置柔性墊層的情況下，剛性加載板與土介質(zhì)表面不均勻接觸引起土介質(zhì)應(yīng)力場改變范圍在垂向的影響深度(Ls)不超過O. 25D?；诃h(huán)圈儀側(cè)壁和加載板等邊界條件與土壓力傳感器本身引起的土介質(zhì)應(yīng)力場改變范圍互不疊加原則，可得到環(huán)圈儀的直徑(D)和環(huán)圈儀的高度(H)的計算公式。D = d+2 (Lh+Lb)取Lb = O. ID,上式可表示為D=L 25d+2. 5LhH = h+2 (Lv+Ls)按上式計算出的環(huán)圈儀的直徑(D)和環(huán)圈儀的高度(H)為確保土壓力傳感器精確標(biāo)定的最佳值，若標(biāo)定試驗中采用更大的環(huán)圈儀直徑和高度，不會對標(biāo)定試驗結(jié)果有明顯影響，但會增加試驗工作量。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是針對不同幾何尺寸、不同力學(xué)特性的土壓力傳感器，考慮了其與土介質(zhì)的相互作用以及環(huán)圈儀標(biāo)定試驗設(shè)備邊界等因素的影響，基于環(huán)圈儀側(cè)壁和加載板等邊界條件與土壓力傳感器本身引起的土介質(zhì)應(yīng)力場改變范圍互不疊加原則確定了合理的環(huán)圈儀直徑和高度等關(guān)鍵參數(shù)的最小值，消除了標(biāo)定設(shè)備邊界影響，從而構(gòu)造了與土壓力傳感器使用環(huán)境一致的土介質(zhì)應(yīng)力狀態(tài)，在保證工作量盡可能少的情況下，實現(xiàn)土壓力傳感器的精確標(biāo)定。該方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中由于對環(huán)圈儀直徑和高度等關(guān)鍵參數(shù)確定的盲目性而導(dǎo)致的標(biāo)定試驗結(jié)果的可靠性和試驗效率不能有機(jī)統(tǒng)一的矛盾。下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。


圖I是土壓力傳感器本身以及環(huán)圈儀側(cè)壁、加載板等邊界條件引起的應(yīng)力場改變范圍示意圖。
具體實施例方式實施例本發(fā)明的一種具體實施方式
為一種用于自由場應(yīng)力測試的土壓力傳感器標(biāo)定方法，包括以下步驟a)測試變形模量測出土壓力傳感器的變形模量(Eg)及土壓力傳感器擬使用環(huán)境中的土介質(zhì)的變形模量(Es)；b)確定環(huán)圈儀的直徑按下式計算出環(huán)圈儀的直徑D ；
權(quán)利要求
1.一種用于自由場應(yīng)力測試的土壓力傳感器標(biāo)定方法，包括以下步驟a)測試變形模量測出土壓力傳感器的變形模量(Eg)及土壓力傳感器擬使用環(huán)境中的土介質(zhì)的變形模量(Es)；b)確定環(huán)圈儀的直徑按下式計算出環(huán)圈儀的直徑D;
全文摘要
一種用于自由場應(yīng)力測試的土壓力傳感器標(biāo)定方法，該方法從構(gòu)造與土壓力傳感器使用環(huán)境一致的土介質(zhì)應(yīng)力狀態(tài)出發(fā)，考慮了土壓力傳感器自身幾何尺寸、與土介質(zhì)的相互作用以及環(huán)圈儀標(biāo)定試驗設(shè)備邊界等因素的影響，基于環(huán)圈儀側(cè)壁和加載板等邊界條件與土壓力傳感器本身引起的土介質(zhì)應(yīng)力場改變范圍互不疊加原則確定環(huán)圈儀直徑和高度等關(guān)鍵參數(shù)，在此基礎(chǔ)之上制備環(huán)圈儀進(jìn)行標(biāo)定試驗，實現(xiàn)了土壓力傳感器在土介質(zhì)中精確標(biāo)定的同時兼顧了試驗的工作效率。
文檔編號G01L25/00GK102589800SQ20121000678
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者劉鋼, 吳兵, 張立祥, 張勝利, 張良, 王冠, 羅強(qiáng), 鄭鑫, 陳堅, 陳虎 申請人:西南交通大學(xué)