[發(fā)明專利]一種用于硬土介質(zhì)中的土壓力傳感器標(biāo)定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210236530.7
• 申請(qǐng)日: 2012-07-10
• 公開（公告）號(hào): CN102721507A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅強(qiáng);張立祥;張良;劉鋼;魏永權(quán);王冠;肖雙松;陶元洪;萬小全
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01L25/00
• 分類號(hào): G01L25/00
• 代理公司: 成都博通專利事務(wù)所 51208
• 代理人: 陳樹明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種土壓力的測(cè)試技術(shù)，尤其涉及一種低模量土壓力傳感器用于高模量硬土介質(zhì)中的土壓力測(cè)試方法。

背景技術(shù)

土壓力的測(cè)量是巖土工程問題研究的基礎(chǔ)，準(zhǔn)確掌握土工構(gòu)筑物的土壓力不論是對(duì)土工結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定分析還是土力學(xué)理論的研究都顯得異常重要。由于土壓力傳感器與周圍土介質(zhì)的力學(xué)性質(zhì)迥異，傳感器置入土介質(zhì)中測(cè)試土壓力時(shí)勢(shì)必改變土介質(zhì)的原存應(yīng)力場(chǎng)，引起應(yīng)力重分布，導(dǎo)致傳感器量測(cè)的土壓力p_t與未擾動(dòng)時(shí)該點(diǎn)的原存土壓力p并不相同，兩者之間的誤差β＝(p_t-p)/p稱之為匹配誤差。土壓力傳感器標(biāo)定中通常將傳感器置于與測(cè)試環(huán)境較為一致的土介質(zhì)中進(jìn)行標(biāo)定，得出土介質(zhì)的施加荷載p(測(cè)試中排除了土及加載設(shè)備自重的影響，施加荷載即土介質(zhì)中原存應(yīng)力)與土壓力傳感器輸出信號(hào)v(應(yīng)變或頻率)的關(guān)系。在土壓力傳感器單體標(biāo)定試驗(yàn)中，其傳感器表面實(shí)際所受荷載與輸出信號(hào)關(guān)系為v＝K_tp_t，對(duì)于單體標(biāo)定試驗(yàn)，由于沒有土壓力傳感器與土介質(zhì)的匹配問題，其系數(shù)K_t反映的是傳感器自身信號(hào)轉(zhuǎn)換的關(guān)系，故其值基本不變。但由匹配誤差關(guān)系可知，p_t＝(1+β)p，從而有v＝K_t(1+β)p。現(xiàn)有的土壓力傳感器測(cè)試技術(shù)通常采用線性回歸的處理方法來反映土壓力傳感器輸出信號(hào)v與原存應(yīng)力p的關(guān)系，這在土壓力傳感器的綜合變形模量E_g遠(yuǎn)大于土介質(zhì)的變形模量E_s，一般取E_g/E_s≥5，匹配誤差β基本不變，土壓力傳感器在土介質(zhì)中標(biāo)定曲線的線性度較高時(shí)是適合的。常用的雙膜土壓力傳感器綜合變形模量多在10MPa左右，用于模量較低的軟黏土介質(zhì)中土壓力測(cè)試時(shí)，其與土介質(zhì)變形模量的比值基本滿足匹配誤差穩(wěn)定的要求。

然而，隨著工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的提高，近年來土工構(gòu)筑物的土體變形模量有大幅提高。如高速鐵路路基基床所用級(jí)配碎石等粗顆粒填料在壓密狀態(tài)下的變形模量已達(dá)180MPa以上，常用的雙膜土壓力傳感器用于級(jí)配碎石等硬土介質(zhì)中的土壓力測(cè)量時(shí)，E_g/E_s遠(yuǎn)小于1。此時(shí)，匹配誤差對(duì)模量比的變化非常敏感，土介質(zhì)變形模量隨加載歷程的微小變化也會(huì)引起匹配誤差的較大改變，從而導(dǎo)致土壓力傳感器在硬土介質(zhì)中的標(biāo)定曲線呈現(xiàn)出顯著的非線性特征，在這種情況下，仍采用線性回歸方法來表征土壓力傳感器的感應(yīng)輸出與硬土介質(zhì)中原存壓力的關(guān)系，進(jìn)而得到的土壓力測(cè)試值將會(huì)產(chǎn)生明顯的誤差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用于硬土介質(zhì)中的土壓力傳感器標(biāo)定方法，該方法可明顯提高在硬土介質(zhì)中的土壓力測(cè)試準(zhǔn)確性，為巖土工程的設(shè)計(jì)與施工提供更加準(zhǔn)確、可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是：一種用于硬土介質(zhì)中的土壓力傳感器標(biāo)定方法，適用于土壓力傳感器綜合變形模量與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)體土工結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)下的土介質(zhì)變形模量之比小于5的情形，包括以下步驟：

a)土壓力傳感器標(biāo)定試驗(yàn)：在環(huán)圈儀或圓筒標(biāo)定箱等標(biāo)定設(shè)備中充填與現(xiàn)場(chǎng)含水率和密實(shí)度一致的硬土介質(zhì)，并將土壓力傳感器置于其中，進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)，測(cè)得多個(gè)設(shè)定的施加荷載p與土壓力傳感器輸出量q的對(duì)應(yīng)關(guān)系；

b)建立p-q的函數(shù)關(guān)系式：以輸出量q為橫坐標(biāo)，施加荷載p為縱坐標(biāo)，繪制p-q關(guān)系的散點(diǎn)圖，采用非線性函數(shù)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得出參數(shù)a、b、t的值(e為自然對(duì)數(shù)的底數(shù))；

c)獲得原存土壓力：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)體土工結(jié)構(gòu)中的土壓力傳感器實(shí)測(cè)輸出量q，代入非線性函數(shù)即可得到硬土介質(zhì)中的原存土壓力p。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

針對(duì)低模量土壓力傳感器用于高模量硬土介質(zhì)中土壓力測(cè)試因匹配誤差不穩(wěn)定，導(dǎo)致標(biāo)定曲線呈現(xiàn)的顯著非線性特征，進(jìn)而導(dǎo)致測(cè)量誤差大的問題。本發(fā)明采用這一非線性函數(shù)，較好地反映了土介質(zhì)的原存應(yīng)力與傳感器輸出量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可有效地減小現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)標(biāo)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用線性回歸擬合所帶來的測(cè)試誤差，明顯提高硬土介質(zhì)中的土壓力傳感器測(cè)試準(zhǔn)確性。從而為巖土工程的設(shè)計(jì)與施工提供更加準(zhǔn)確、可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

附圖說明

圖1為采用非線性曲線擬合與線性回歸兩種處理方式得到的原存土壓力測(cè)試值與測(cè)試介質(zhì)中原存土壓力的誤差曲線。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例