一种用于测试土体动应力应变的装置及其测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于测试土体动应力应变的装置及其测试方法，该装置包括：模型箱以及至少一个弹性板，每个弹性板竖直的埋设于模型箱的土体内，每个弹性板的一板面间隔的设置有若干个光纤光栅应变传感器，另一板面间隔的设置有若干个加速度传感器。该装置的测试方法包括：(1)在每个弹性板上安装传感器；(2)将每个弹性板安装于模型箱内，并往模型箱内填充土体；(3)将所有的光纤光栅应变传感器与外部光纤光栅解调仪连接；并将所有的加速度传感器与外部信号采集装置连接；(4)计算水平剪应力时程。本发明专利技术的弹性板具有较高的弹性，使其运动与土体的运动相一致，保证传感器不偏移测点位置，提高测量数据的准确性。

A Device for Measuring Dynamic Stress and Strain of Soil and Its Testing Method

【技术实现步骤摘要】
一种用于测试土体动应力应变的装置及其测试方法
本专利技术涉及土工模型试验
，特别涉及一种用于测试土体动应力应变的装置及其测试方法。
技术介绍
地震波分为纵波和横波，在震中区，地震波直接入射地面，横波表现为左右摇晃，纵波表现为上下跳动。研究表明，横波振幅比纵波大，破坏力大，横波的水平晃动力是造成建筑物破坏的主要原因，也是造成地表塌陷，液化大变形等地表破坏的重要因素。模拟地震的振动台实验可以很好地再现地震过程，它是在试验室中研究重要建筑物所在场地稳定性安全评价和可靠度分析的最直接方法。在土体的振动台实验过程中，检测不同深度土体的动应力应变，竖向变形等动力特性参数是实验的重要目的，是定量分析土体的地震反应特性的基础和关键。目前，在土体的振动台实验中，主要通过布置在模型箱外的拉线位移传感器、LVDT位移传感器和土体内的加速度传感器测得的信号，根据相应的公式计算得到模型土体的剪应力，土体剪应变通过某一深度附近的上下层土体对应的两个水平位移差值除以两个传感器的距离即竖向高度差得到。在动应变检测方面，该方法为间接方法，在计算分层土体应变数据时需要对所测数据进行大量计算才能得到；在动应力检测方面，由于加速度传感器直接埋设在土体内，其位置无法固定，所测数据会存在较大误差。公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于测试土体动应力应变的装置及其测试方法，从而克服现有土体内的加速度传感器的位置无法固定，从而导致测量误差大的缺点。为实现上述目的，本专利技术提供了一种用于测试土体动应力应变的装置，包括：模型箱，其设置有用于存放土体的腔体；以及至少一个弹性板，每个该弹性板竖直的埋设于所述模型箱的所述土体内，每个该弹性板的一板面沿其长度方向间隔的设置有若干个光纤光栅应变传感器，另一板面沿其长度方向间隔的设置有若干个加速度传感器，每个该弹性板上的所述光纤光栅应变传感器和所述加速度传感器一一对应分布。优选地，上述技术方案中，所述模型箱内的所述土体从下往上依次设置有若干个土层，每个所述弹性板上的所述加速度传感器和所述光线光栅应变传感器与所述土层一一对应设置。优选地，上述技术方案中，每个所述弹性板的底部固定于所述模型箱的底面上，且每个所述弹性板的板面与所述模型箱内的所述土体的水平剪切运动方向垂直分布。优选地，上述技术方案中，所述模型箱包括：底板；以及若干个组合框架，其设于所述底板上，每个所述组合框架的周边设有若干个安装孔；在使用状态下，若干个所述组合框架叠放设置，所有的所述组合框架上的安装孔一一对应设置形成若干个安装孔道，每个所述安装孔道内穿插有弹性杆，所述弹性杆将所有的所述组合框架串接成一体。优选地，上述技术方案中，底层的所述组合框架固定于所述底板上，其余的所述组合框架的底部均设置有滑轮，且相邻的所述组合框架的顶部设置有与相应的所述滑轮相配合的滑轨。优选地，上述技术方案中，每个所述弹性板为碳纤维板。一种用于测试土体动应力应变的装置的测试方法，包括以下步骤：(1)在每个所述弹性板的一板面上沿其长度方向间隔的安装上若干个所述光纤光栅应变传感器，另一板面上沿其长度方向间隔的安装上若干个所述加速度传感器，每个所述弹性板的所述光纤光栅应变传感器和所述加速度传感器一一对应分布；(2)将每个所述弹性板竖直的安装于所述模型箱的所述腔体内，并将所述模型箱安装于振动台上，然后往所述腔体内填充所述土体；(3)将所有的所述光纤光栅应变传感器均与外部光纤光栅解调仪连接，以获取所述土体内不同深度的动应变值；并将所有的所述加速度传感器均与外部信号采集装置连接，以获取所述土体内不同深度的加速度时程；(4)计算水平剪应力时程。优选地，上述技术方案中，步骤(4)中将所述土体从下往上分层倒入所述腔体内，以形成若干个土层，所有的所述土层从下往上分别为第一土层至第i土层，且使每个所述弹性板上的所述加速度传感器和所述光线光栅应变传感器与所述土层一一对应设置，最后夯实所述土体；其中，根据地表下某深度的地震水平剪应力的简化计算假定：地震是由基岩向上传播的水平剪切运动，将具有水平表面的所述土层的运动简化成一维剪切振动；即各个所述土层的水平剪应力时程τi满足以下公式：当i＝1时，所述第一土层的水平剪应力时程τ1满足公式(1)：τ1＝ρ1·a1·z1(1)当i＝2，3，…时，所述第i土层的水平剪应力时程τi满足公式(2)：τi＝ρi·ai·(zi-zi-1)+τi-1(2)公式(1)和(2)中：τi为所述第i土层的剪应力时程；ai为所述第i土层的加速度时程；zi为所述第i土层相对于所述模型箱的底面的深度；ρi所述第i土层的密度。优选地，上述技术方案中，步骤(2)中将所有的所述弹性板间隔的安装于所述模型箱内，并将每个所述弹性板的底部固定于所述模型箱的底面上，且使每个所述弹性板的板面与所述土体的水平剪切运动方向垂直分布。优选地，上述技术方案中，步骤(2)前安装所述模型箱，所述模型箱包括底板以及若干个组合框架，在每个所述组合框架的周边开设有若干个安装孔，将若干个所述组合框架叠放设置在所述底板上，且使所述组合框架上的安装孔一一对应设置形成若干个安装孔道，每个所述安装孔道内穿插有弹性杆，所述弹性杆将若干个所述组合框架串接成一体。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1.本专利技术弹性板的一板面沿其长度方向间隔的设置有若干个光纤光栅应变传感器，以测量模型箱内不同深度的土体在振动的过程中的动应变值，不需要进行复杂的数学计算处理，简单方便，且每个该弹性板的另一板面也沿其长度方向间隔的设置有若干个加速度传感器，以测量模型箱内不同深度的土体在振动的过程中的加速度时程；其中，弹性板具有较高的弹性，保证其上的光纤光栅应变传感器与土体变形的一致，测量结果准确可靠，将加速度传感器固定于弹性板上，以在土体振动的过程中，使其运动与土体的运动相一致，保证加速度传感器不会随振动而产生滑移偏转从而改变测点位置，从而保证测点的测量数据稳定可靠，减少测量误差，检测结果精确可靠。2.本专利技术的模型箱包括底板和若干个组合框架，若干个组合框架叠放在底板上，采用弹性杆将所有的组合框架串接成一体，围成模型箱，能够根据实验需要调整模型箱的高度，方便耐用；模型箱的周边设置有弹性杆，以给模型箱提供侧向约束，使模型箱的各个标准层组合框架变形协调，通过改变弹性杆的直径来调整模型箱的整体刚度，提高模型箱的适用性。3.本专利技术的测试方法简单可靠，能够通过光纤光栅应变传感器直接测量土体的应变，不需要进行复杂的数学计算处理，检测结果精确可靠；通过加速度传感器的采集数据可计算出各个土层的动应力，计算结果稳定有效。附图说明图1是根据本专利技术的用于测试土体动应力应变的装置的主体结构示意图。图2是根据本专利技术的弹性板的两个板面的结构示意图。图3是根据本专利技术的弹性板上的光纤光栅应变传感器应用于土体应变测量的截面示意图。图4是根据本专利技术的弹性板上的加速度传感器应用于土体加速度测量的截面示意图。主要附图标记说明：1-底板，2-弹性板，3-组合框架，4-弹性杆，5-光纤光栅应变传感器，6-加速度传感器，7-土体，7-1-第一土层，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测试土体动应力应变的装置，其特征在于，包括：模型箱，其设置有用于存放土体的腔体；以及至少一个弹性板，每个该弹性板竖直的埋设于所述模型箱的所述土体内，每个该弹性板的一板面沿其长度方向间隔的设置有若干个光纤光栅应变传感器，另一板面沿其长度方向间隔的设置有若干个加速度传感器，每个该弹性板上的所述光纤光栅应变传感器和所述加速度传感器一一对应分布。

【技术特征摘要】
1.一种用于测试土体动应力应变的装置，其特征在于，包括：模型箱，其设置有用于存放土体的腔体；以及至少一个弹性板，每个该弹性板竖直的埋设于所述模型箱的所述土体内，每个该弹性板的一板面沿其长度方向间隔的设置有若干个光纤光栅应变传感器，另一板面沿其长度方向间隔的设置有若干个加速度传感器，每个该弹性板上的所述光纤光栅应变传感器和所述加速度传感器一一对应分布。2.根据权利要求1所述的用于测试土体动应力应变的装置，其特征在于，所述模型箱内的所述土体从下往上依次设置有若干个土层，每个所述弹性板上的所述加速度传感器和所述光线光栅应变传感器与所述土层一一对应设置。3.根据权利要求1所述的用于测试土体动应力应变的装置，其特征在于，每个所述弹性板的底部固定于所述模型箱的底面上，且每个所述弹性板的板面与所述模型箱内的所述土体的水平剪切运动方向垂直分布。4.根据权利要求1所述的用于测试土体动应力应变的装置，其特征在于，所述模型箱包括：底板；以及若干个组合框架，其设于所述底板上，每个所述组合框架的周边设有若干个安装孔；在使用状态下，若干个所述组合框架叠放设置，所有的所述组合框架上的安装孔一一对应设置形成若干个安装孔道，每个所述安装孔道内穿插有弹性杆，所述弹性杆将所有的所述组合框架串接成一体。5.根据权利要求4所述的用于测试土体动应力应变的装置，其特征在于，底层的所述组合框架固定于所述底板上，其余的所述组合框架的底部均设置有滑轮，且相邻的所述组合框架的顶部设置有与相应的所述滑轮相配合的滑轨。6.根据权利要求1所述的用于测试土体动应力应变的装置，其特征在于，每个所述弹性板为碳纤维板。7.一种如权利要求1所述的用于测试土体动应力应变的装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在每个所述弹性板的一板面上沿其长度方向间隔的安装上若干个所述光纤光栅应变传感器，另一板面上沿其长度方向间隔的安装上若干个所述加速度传感器，每个所述弹性板的所述光纤光栅应变传感器和所述加速度传感器一一对应分布；(2)将每个所述弹性板竖直的安装于所述模型箱的所述腔体...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵胜华，何江，赵艳林，曹振中，吕海波，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西,45