[發明專利]孔隙類材料的基質體積模量測定方法及裝置

有效

• 申請號: 201611174261.0
• 申請日: 2016-12-16
• 公開（公告）號: CN106596908B
• 公開（公告）日: 2018-11-20
• 發明（設計）人: 張國新;雒翔宇
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G01N33/38
• 分類號: G01N33/38
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 陳英

本發明公開一種孔隙類材料的基質體積模量測定方法及裝置，制備立方體孔隙類材料試件，并于其六個面上貼設應變片，將應變片經數據傳輸線連接數據采集器，試件放置于恒壓箱中，恒壓箱裝滿水，通過水壓控制器抽取水壓箱中的水以對恒壓箱加水壓，直至水壓穩定為T，根據應變片采集的應變數據定時記錄立方體孔隙類材料試件于三個方向的應變值，直至應變值穩定不變，將三個方向的應變值相加得到加和應變值，并得到穩定不變時的終加和應變值，根據終加和應變值及水壓T，計算該孔隙類材料試件的基質體積模量。本發明可測定孔隙類材料的基質體積模量數值，測量結果準確真實，能夠為水工結構工程的有效應力研究提供科學的數據基礎。

技術領域

本發明涉及一種混凝土等孔隙類材料的基質體積模量測定方法及裝置，屬于水利水電工程技術領域。

背景技術

大壩等混凝土結構經常在水環境中工作，水壓力是構成結構的主要荷載，因此對于混凝土結構的工作環境和荷載特點，對在水荷載下的混凝土應力特征分析是十分必要的。由于混凝土硬化過程中的化學反應作用，導致膠凝材料的體積變形，從而會形成大量的孔隙。這些孔隙的存在，對混凝土結構的力學特性會有很大的影響，導致混凝土的某些特性十分復雜。其中在水荷載計算中，1941年Biot提出了有效應力法，其中的有效系數決定了孔隙水壓力對混凝土結構的應力場影響程度，該有效系數為β＝1-K/K_m，其中，K為宏觀體積模量，其可通過三軸實驗確定，K_m為基質體積模量，其是計算有效系數的重要因子，是求得有效系數的關鍵所在。

因應水工結構工程的需要，對于孔隙結構的基質體積模量研究于20世紀60年代得到了空前的發展和廣泛的應用。到目前為止，國內外很多學者都對巖石、混凝土等孔隙類材料的基質體積模量進行研究，主要通過理論宏觀三軸實驗結合理論公式反推法、經驗法、電磁波法等取得混凝土等孔隙類材料的基質體積模量。這些方法均是通過間接方法獲得基質體積模量，對于混凝土等孔隙類材料的基質體積模量尚沒有統一數值，因而對于混凝土結構的水荷載計算，難以保證結果的準確性和真實性。

發明內容

鑒于上述原因，本發明的目的在于提供一種孔隙類材料的基質體積模量測定方法及裝置，基于有效應力理論，測定孔隙類材料的基質體積模量數值，測量結果準確真實，能夠為水工結構工程的有效應力研究提供科學的數據基礎。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種孔隙類材料的基質體積模量測定裝置，包括恒壓箱、水壓箱、水壓控制器、立方體孔隙類材料試件，

立方體孔隙類材料試件的六個面上分別設置應變片，各應變片分別經相應的數據傳輸線與用于采集應變數據的數據采集器相連接，水壓箱與恒壓箱通過水壓控制器相連接，

立方體孔隙類材料試件放置于恒壓箱中，使得該試件的六個面上同時受到同樣大小的水荷載，恒壓箱裝滿水，通過水壓控制器抽取水壓箱中的水以對恒壓箱加水壓，直至水壓穩定為T，根據應變片采集的應變數據定時記錄立方體孔隙類材料試件于三個方向的應變值，直至應變值穩定不變，將三個方向的應變值相加得到加和應變值，繪制加和應變值與時間之間的關系曲線圖，從關系曲線圖中得到最終穩定的終應變值，根據公式(1)計算該孔隙類材料試件的基質體積模量：

其中，ε為終應變值，T為水壓，K_m為基質體積模量。

進一步的，

所述三個方向的應變值是指，立方體孔隙類材料試件具有兩兩相對的三個對應面，每個對應面的兩個面對應一個方向，每個對應面的兩個面上的應變片所采集的應變數據相加除以二得到對應該方向上的應變值。

所述立方體孔隙類材料試件的長、寬、高均為150毫米，所述恒壓箱的長、寬、高均為20厘米。

所述恒壓箱上設有排氣口與排水口。