本發(fā)明涉及土工離心機(jī)模型試驗(yàn)，特別是涉及一種基于加筋土結(jié)構(gòu)離心模型試驗(yàn)的筋材應(yīng)變測(cè)試方法。

背景技術(shù)：

1、土工加筋是土工構(gòu)筑物的常用加固手段，目前已在邊坡、路堤、防波堤等各類工程中得到廣泛應(yīng)用。然而，由于筋材的工作性狀以及與土的作用機(jī)制十分復(fù)雜，關(guān)于加筋土結(jié)構(gòu)的加筋機(jī)制研究仍然缺乏明確的共識(shí)。而在加筋機(jī)制研究中，筋材的應(yīng)力應(yīng)變分布是研究的重點(diǎn)之一。

2、由于土工離心模型試驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)崿F(xiàn)土的極限狀態(tài)，再現(xiàn)土中的應(yīng)力及應(yīng)變，因而在巖土工程領(lǐng)域是最為常用的研究手段之一。近年來(lái)，離心模型試驗(yàn)開(kāi)始應(yīng)用于加筋土結(jié)構(gòu)研究中，但對(duì)于筋材的應(yīng)力應(yīng)變研究仍存在諸多挑戰(zhàn)。在以往研究中，筋材的應(yīng)變一般通過(guò)間接推算和直接測(cè)量?jī)煞N手段獲得。間接推算大多通過(guò)對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中的數(shù)字圖像進(jìn)行處理，進(jìn)而推算筋材的應(yīng)變，但該方法存在明顯的不足：①該方法受限于圖像清晰度和識(shí)別算法，其準(zhǔn)確性難以保證；②該方法僅能觀測(cè)到視窗附近的變形情況，無(wú)法觀測(cè)土體內(nèi)部的變形；③該方法需假定筋材與土體間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，但試驗(yàn)中這一假定難以保證。另一種方法則是通過(guò)應(yīng)變片對(duì)筋材應(yīng)變進(jìn)行直接測(cè)量，該方法在實(shí)際工程中已得到廣泛應(yīng)用，但在離心試驗(yàn)中的應(yīng)用仍有較大難度。盡管該方法能夠?qū)崟r(shí)獲得應(yīng)變片的精確讀數(shù)，但由于離心試驗(yàn)中的模型筋材尺度較小，且應(yīng)變片材質(zhì)的剛度遠(yuǎn)大于筋材本身的剛度，應(yīng)變片的粘貼會(huì)顯著改變相應(yīng)位置的力學(xué)特性，因而其讀數(shù)并非真實(shí)應(yīng)變，需要經(jīng)率定手段找到應(yīng)力應(yīng)變相關(guān)關(guān)系方能開(kāi)展進(jìn)一步分析。

3、鑒于上述手段的局限性，需要一種適用于加筋土結(jié)構(gòu)離心試驗(yàn)的筋材應(yīng)變測(cè)試方法，以更加準(zhǔn)確地分析筋材的應(yīng)變及內(nèi)力分布，進(jìn)而研究加筋土結(jié)構(gòu)的加筋機(jī)制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法真實(shí)反映加筋土結(jié)構(gòu)中筋材應(yīng)力應(yīng)變的不足，而提供一種基于加筋土結(jié)構(gòu)離心模型試驗(yàn)的筋材應(yīng)變測(cè)試方法。

2、為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是：

3、一種基于加筋土結(jié)構(gòu)離心模型試驗(yàn)的筋材應(yīng)變測(cè)試方法，包括以下步驟：

4、步驟1，筋材裁剪

5、根據(jù)工程實(shí)際以及離心模型試驗(yàn)基本原理，選取同時(shí)滿足幾何相似和力學(xué)相似條件的材料作為模型筋材，根據(jù)拉伸夾具尺寸以及離心模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)，將筋材裁剪為若干矩形條帶，筋材條帶的長(zhǎng)度與筋材受拉方向長(zhǎng)度一致，寬度與拉伸夾具相匹配；

6、步驟2，確定筋材的臨界伸長(zhǎng)率

7、對(duì)步驟1中裁剪好的筋材以低于每分鐘2％的速率進(jìn)行條帶拉伸試驗(yàn)，取拉伸后筋材殘余應(yīng)變不超過(guò)預(yù)定值(取0.5～1％)的最大伸長(zhǎng)率，作為率定拉伸試驗(yàn)的臨界伸長(zhǎng)率；

8、步驟3，應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置

9、根據(jù)離心模型尺寸，在筋材中設(shè)計(jì)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)的位置，使之位于各條筋材的中線，且沿筋材受拉方向及其垂直方向均勻分布，在加筋土結(jié)構(gòu)中以陣列形式分布；

10、步驟4，應(yīng)變片粘貼

11、根據(jù)筋材力學(xué)特性，選取量程不低于10％的應(yīng)變片，使之能夠適用于離心模型試驗(yàn)極限狀態(tài)。按照步驟3所述的應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置沿筋材中線粘貼應(yīng)變片，粘貼過(guò)程中應(yīng)保證應(yīng)變片變形方向與筋材受拉方向一致；

12、步驟5，應(yīng)變片粘貼質(zhì)量與率定重現(xiàn)性檢驗(yàn)

13、對(duì)粘貼應(yīng)變片后的筋材進(jìn)行不少于2次拉伸試驗(yàn)，拉伸速率低于每分鐘2％，最終伸長(zhǎng)率取臨界伸長(zhǎng)率的80～90％，并在試驗(yàn)過(guò)程中觀測(cè)各應(yīng)變片的應(yīng)變?chǔ)舖，對(duì)于粘貼完好的應(yīng)變片，應(yīng)變片應(yīng)變?chǔ)舖與筋材應(yīng)變?chǔ)舋滿足如下線性關(guān)系：

14、εg＝a0+a1εm

15、式中，a為系數(shù)，εg為筋材應(yīng)變，εm為應(yīng)變片應(yīng)變；

16、步驟6，應(yīng)變片率定

17、挑選若干未經(jīng)拉伸的粘貼應(yīng)變片后的筋材，按步驟5所述的方法進(jìn)行率定拉伸試驗(yàn)，同時(shí)觀測(cè)各應(yīng)變片應(yīng)變?chǔ)舖以及筋材所受拉力t，根據(jù)實(shí)測(cè)的應(yīng)變片應(yīng)變?chǔ)舖與相應(yīng)的筋材拉力t，通過(guò)最小二乘法擬合構(gòu)建每個(gè)應(yīng)變片的εm-t對(duì)應(yīng)關(guān)系數(shù)學(xué)表達(dá)式，由于εm與εg間為線性關(guān)系，εm-t對(duì)應(yīng)關(guān)系表達(dá)式如下：

18、

19、式中，t為筋材拉力，n取值范圍為1～1.5，其取值視線性程度而定，如線性程度較高可直接取1；

20、步驟7，筋材鋪設(shè)

21、挑選經(jīng)步驟6所述方法率定的應(yīng)變片完好率80％以上的筋材應(yīng)用于模型試驗(yàn)，將筋材平整鋪設(shè)于加筋土結(jié)構(gòu)模型中，并完成模型制作；

22、步驟8，離心試驗(yàn)

23、獲得筋材各部位的應(yīng)變片應(yīng)變?chǔ)舖，并根據(jù)步驟6所述的εm-t對(duì)應(yīng)關(guān)系推算筋材各部位的應(yīng)變及應(yīng)力。

24、上述技術(shù)方案中，所述步驟1中模型筋材的橫向和縱向絲數(shù)一致，且在裁剪范圍內(nèi)無(wú)斷裂。

25、上述技術(shù)方案中，所述步驟2中如模型筋材為厚度和硬度較小的材料，在夾具與筋材間還設(shè)置塑膠防滑墊片保護(hù)。

26、上述技術(shù)方案中，所述步驟3中應(yīng)變測(cè)點(diǎn)沿筋材受拉方向的位置設(shè)計(jì)方法為：沿筋材條帶中線均勻布置應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)間距以8～15cm為宜。

27、上述技術(shù)方案中，所述步驟3中應(yīng)變測(cè)點(diǎn)在垂直于筋材受拉方向的設(shè)計(jì)方法為：根據(jù)試驗(yàn)需求選取部分筋材條帶進(jìn)行布置，每個(gè)斷面不少于3個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)的布置避免靠近模型箱壁的筋材條帶。

28、上述技術(shù)方案中，所述步驟4中應(yīng)變片的量程不低于10％。

29、上述技術(shù)方案中，所述步驟4中應(yīng)變片表面均勻涂抹應(yīng)變片膠水，在粘貼應(yīng)變片時(shí)按壓15s以上，應(yīng)變片變形方向應(yīng)與筋材長(zhǎng)度方向細(xì)絲平行，在接線端子處涂抹少量704硅膠進(jìn)行保護(hù)。

30、上述技術(shù)方案中，所述步驟5中應(yīng)變片粘貼完好，且應(yīng)變率定具有重現(xiàn)性的判定方法為：各次試驗(yàn)中εm與εg均滿足線性關(guān)系，且多次試驗(yàn)中同一筋材應(yīng)變?chǔ)舋對(duì)應(yīng)的應(yīng)變片應(yīng)變?chǔ)舖的相對(duì)誤差不超過(guò)15％。

31、上述技術(shù)方案中，所述步驟6中對(duì)于拉伸范圍內(nèi)線彈性較強(qiáng)，率定重現(xiàn)性較為良好的筋材，為降低筋材拉伸對(duì)離心試驗(yàn)效果的影響，可進(jìn)行一次率定拉伸試驗(yàn)，直接采用應(yīng)變片實(shí)測(cè)值進(jìn)行擬合，并可采用線性表達(dá)式表示實(shí)測(cè)應(yīng)變?chǔ)舖和筋材所受拉力t對(duì)應(yīng)關(guān)系；如需對(duì)筋材進(jìn)行多次率定拉伸試驗(yàn)，則εm的值應(yīng)采用多次試驗(yàn)實(shí)測(cè)值的平均值。

32、上述技術(shù)方案中，所述步驟7中筋材靠近模型箱側(cè)壁一端用夾具加以固定，在各條筋材之間以u(píng)型細(xì)鐵絲固定兩端。

33、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

34、1.本發(fā)明通過(guò)對(duì)粘貼應(yīng)變片的筋材進(jìn)行不少于2次拉伸試驗(yàn)，并在試驗(yàn)過(guò)程中觀測(cè)各應(yīng)變片的應(yīng)變?chǔ)舖，構(gòu)建應(yīng)變片應(yīng)變?chǔ)舖與筋材應(yīng)變?chǔ)舋的線性關(guān)系，以確定應(yīng)變片粘貼完好；拉伸過(guò)程中同時(shí)觀測(cè)各應(yīng)變片應(yīng)變?chǔ)舖以及筋材所受拉力t，構(gòu)建每個(gè)應(yīng)變片的εm-t對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而對(duì)應(yīng)變片應(yīng)變進(jìn)行率定，克服了加筋土結(jié)構(gòu)離心模型試驗(yàn)過(guò)程中難以直接獲得筋材應(yīng)變的技術(shù)難題；

35、2.本發(fā)明基于離心模型試驗(yàn)手段，得以研究極限狀態(tài)下加筋土結(jié)構(gòu)中筋材的應(yīng)力應(yīng)變水平，進(jìn)而為加筋土結(jié)構(gòu)的工程設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

技術(shù)特征：

1.一種基于加筋土結(jié)構(gòu)離心模型試驗(yàn)的筋材應(yīng)變測(cè)試方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的基于加筋土結(jié)構(gòu)離心模型試驗(yàn)的筋材應(yīng)變測(cè)試方法，其特征在于，所述步驟1中模型筋材的橫向和縱向絲數(shù)一致，且在裁剪范圍內(nèi)無(wú)斷裂。

3.如權(quán)利要求1所述的基于加筋土結(jié)構(gòu)離心模型試驗(yàn)的筋材應(yīng)變測(cè)試方法，其特征在于，所述步驟2中如模型筋材為厚度和硬度較小的材料，在夾具與筋材間還需設(shè)置塑膠防滑墊片保護(hù)。

4.如權(quán)利要求1所述的基于加筋土結(jié)構(gòu)離心模型試驗(yàn)的筋材應(yīng)變測(cè)試方法，其特征在于，所述步驟3中應(yīng)變測(cè)點(diǎn)沿筋材受拉方向的位置設(shè)計(jì)方法為：沿筋材條帶中線均勻布置應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)間距以8～15cm為宜。

5.如權(quán)利要求1所述的基于加筋土結(jié)構(gòu)離心模型試驗(yàn)的筋材應(yīng)變測(cè)試方法，其特征在于，所述步驟3中應(yīng)變測(cè)點(diǎn)在垂直于筋材受拉方向的設(shè)計(jì)方法為：根據(jù)試驗(yàn)需求選取部分筋材條帶進(jìn)行布置，每個(gè)斷面不少于3個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)的布置避免靠近模型箱壁的筋材條帶。

6.如權(quán)利要求1所述的基于加筋土結(jié)構(gòu)離心模型試驗(yàn)的筋材應(yīng)變測(cè)試方法，其特征在于，所述步驟4中應(yīng)變片的量程不低于10％。

7.如權(quán)利要求1所述的基于加筋土結(jié)構(gòu)離心模型試驗(yàn)的筋材應(yīng)變測(cè)試方法，其特征在于，所述步驟4中應(yīng)變片表面均勻涂抹應(yīng)變片膠水，在粘貼應(yīng)變片時(shí)按壓15s以上，應(yīng)變片變形方向應(yīng)與筋材長(zhǎng)度方向細(xì)絲平行，在接線端子處涂抹少量704硅膠進(jìn)行保護(hù)。

8.如權(quán)利要求1所述的基于加筋土結(jié)構(gòu)離心模型試驗(yàn)的筋材應(yīng)變測(cè)試方法，其特征在于，所述步驟5中應(yīng)變片粘貼完好，且應(yīng)變率定具有重現(xiàn)性的判定方法為：各次試驗(yàn)中εm與εg均滿足線性關(guān)系，且多次試驗(yàn)中同一筋材應(yīng)變?chǔ)舋對(duì)應(yīng)的應(yīng)變片應(yīng)變?chǔ)舖的相對(duì)誤差不超過(guò)15％。

9.如權(quán)利要求1所述的基于加筋土結(jié)構(gòu)離心模型試驗(yàn)的筋材應(yīng)變測(cè)試方法，其特征在于，所述步驟6中對(duì)于拉伸范圍內(nèi)線彈性較強(qiáng)，率定重現(xiàn)性較為良好的筋材，為降低筋材拉伸對(duì)離心試驗(yàn)效果的影響，可進(jìn)行一次率定拉伸試驗(yàn)，直接采用應(yīng)變片實(shí)測(cè)值進(jìn)行擬合，并可采用線性表達(dá)式表示實(shí)測(cè)應(yīng)變?chǔ)舖和筋材所受拉力t對(duì)應(yīng)關(guān)系；如需對(duì)筋材進(jìn)行多次率定拉伸試驗(yàn)，則εm的值應(yīng)采用多次試驗(yàn)實(shí)測(cè)值的平均值。

10.如權(quán)利要求1所述的基于加筋土結(jié)構(gòu)離心模型試驗(yàn)的筋材應(yīng)變測(cè)試方法，其特征在于，所述步驟7中筋材靠近模型箱側(cè)壁一端用夾具加以固定，在各條筋材之間以u(píng)型細(xì)鐵絲固定兩端。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于加筋土結(jié)構(gòu)離心模型試驗(yàn)的筋材應(yīng)變測(cè)試方法，通過(guò)對(duì)粘貼應(yīng)變片的筋材進(jìn)行不少于2次拉伸試驗(yàn)，并在試驗(yàn)過(guò)程中觀測(cè)各應(yīng)變片的應(yīng)變?chǔ)?lt;subgt;m</subgt;，構(gòu)建應(yīng)變片應(yīng)變?chǔ)?lt;subgt;m</subgt;與筋材應(yīng)變?chǔ)?lt;subgt;g</subgt;的線性關(guān)系，以確定應(yīng)變片粘貼完好；拉伸過(guò)程中同時(shí)觀測(cè)各應(yīng)變片應(yīng)變?chǔ)?lt;subgt;m</subgt;以及筋材所受拉力T，構(gòu)建每個(gè)應(yīng)變片的ε<subgt;m</subgt;?T對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而對(duì)應(yīng)變片應(yīng)變進(jìn)行率定，克服了加筋土結(jié)構(gòu)離心模型試驗(yàn)過(guò)程中難以直接獲得筋材應(yīng)變的技術(shù)難題，同時(shí)本發(fā)明基于離心模型試驗(yàn)手段，得以研究極限狀態(tài)下加筋土結(jié)構(gòu)中筋材的應(yīng)力應(yīng)變水平，進(jìn)而為加筋土結(jié)構(gòu)的工程設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

技術(shù)研發(fā)人員：曹永華,鄭研,于長(zhǎng)一,岳長(zhǎng)喜,樊明尊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中交天津港灣工程研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15