[發明專利]基于普通土壓力盒和菱形十二面體的三維土壓力測試裝置及裝配計算方法

有效

• 申請號: 201410345195.3
• 申請日: 2014-07-18
• 公開（公告）號: CN104075944A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 李順群;張少峰;夏錦紅;馮慧強;李偉;程學磊;賈紅晶;于珊
• 申請（專利權）人: 新鄉學院
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/02;G06F19/00
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 呂志英

1.一種基于普通土壓力盒和菱形十二面體的三維土壓力測試裝置，其特征是：該裝置包括有菱形十二面體(1)、多個普通土壓力盒(2)、膨脹止水膠圈(3)、測量導線(4)、聚氨酯泡沫填縫劑(5)；將六個普通土壓力盒(2)固定在菱形十二面體(1)六個法向向量不相關的面上，形成三維土壓力測試裝置；利用相關的儀表測試六個面的土壓力值，進而計算得到土體中任意一點的三維應力狀態；

菱形十二面體(1)的六個法向向量不相關的面上均設置有安放土壓力盒的凹槽(6)，每個凹槽(6)中心設有通向菱形十二面體(1)形心的導線孔(7)，在菱形十二面體(1)除凹槽(6)之外的任一個面中心設置通向(1)形心的導線匯總孔(8)，形成的六個導線孔(7)與匯總孔(8)交匯于(1)形心。

2.根據權利要求1所述的三維土壓力測試裝置，其特征是：所述的普通土壓力盒(2)采用應變式土壓力盒或振弦式土壓力盒，所述普通土壓力盒(2)的型號與菱形十二面體(1)的大小相匹配。

3.根據權利要求1所述三維土壓力測試裝置的裝配及計算方法，該測試裝置的裝配方法是：

首先將測量導線(4)從每個普通土壓力盒(2)底面開始，穿過導線孔(7)在形心處匯合后由匯總孔(8)引出；將每個普通土壓力盒(2)安置在凹槽(6)內，將膨脹止水膠圈(3)放于普通土壓力盒(2)與凹槽(6)之間的空隙中，空隙內涂抹膠水；接著將聚氨酯泡沫填縫劑(5)壓入填充至導線匯總孔(8)中，用來充填測量導線與導線孔之間的空隙，形成基于普通土壓力盒(2)與菱形十二面體(1)的三維土壓力盒測試裝置；

所述三維土壓力測試裝置計算方法是：由所述相關儀表測試六個面所測得的不同方向上的土壓力計算所測試點的三維應力狀態，方法步驟如下：

以菱形十二面體的形心O為原點，以OO₁、OO₂、OO₃為z軸、x軸、y軸建立三維坐標系，則面α₁、α₂、α₃、α₄的四個法向向量分別為(1,0,1)、(0,1,1)、(-1,0,1)、(0,-1,1)；面β₁、β₂、β₃、β₄的四個法向向量分別為(1,1,0)、(-1,1,0)、(-1,-1,0)、(1,-1,0)；面γ₁、γ₂、γ₃、γ₄四個法向向量分別為(1,0,-1)、(0,1,-1)、(-1,0,-1)、(0,-1,-1)；其中面α₁、α₂、α₃、α₄、β₁、β₂的法向向量線性無相關，即這六個面為法向向量不相關的面。

六個普通土壓力盒(2)測得的土壓力值，經計算得到所測試位置處的三維應力狀態，計算公式為：

{σ_j}＝A^-1{σ_ξ}???????????????(1)

式中：

σ_j為任意一點的三維應力狀態，即

{σj}=σxσyσzσxyσyzσzx---(2)]]>

σ_ξ為六個土壓力盒的實測值，即

{σξ}=σ1σ2σ3σ4σ5σ6---(3)]]>

A^-1為

A-1=0.5-0.50.5-0.50.50.5-0.50.5-0.50.50.50.50.50.50.50.5-0.5-0.500000.5-0.500.50-0.5000.50-0.5000---(4)]]>

A為六個面上的線性無關法向向量組成的矩陣，A^-1為六個面上的線性無關法向向量組成的矩陣的逆。