本发明专利技术提供一种基于普通土压力盒和菱形十二面体的三维土压力测试装置，该装置将六个普通土压力盒固定在菱形十二面体六个法向向量不相关的面上，形成三维土压力测试装置；菱形十二面体的六个法向向量不相关的面上均设置有安放土压力盒的凹槽，每个凹槽中心设有通向菱形十二面体形心的导线孔，在菱形十二面体除凹槽之外的任一个面中心设置通向形心的导线汇总孔，形成的六个导线孔与汇总孔交汇于形心。同时提供一种三维土压力测试装置的装配及计算方法。本发明专利技术的效果是该三维土压力测试装置测试得到主方向上的土压力的三个主应力测试精度为1.22ρ，三个剪应力的测试精度为0.71ρ，平均测试精度为0.965ρ，提高工程施工的安全储备，还可以用于工程的后期健康状况进行有效评估。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于工程中的应力测试
，具体为一种，通过该装置获得十二面体上六个法向向量不相关的面上的土压力，再计算得到测试土体处的三维应力状态，从而进一步获得土体内最大压应力的方向和数值。
技术介绍
混凝土和岩土体的三维应力测试是工程中的一项基础性工作，是进行定量化力学分析和工程安全性评价的前提，发挥着不可替代的作用。尤其在土木工程、水利工程、交通工程等基础设施项目中，准确获得诸如混凝土、岩土体等材料的应力状态，并进一步得到最大主力、最大剪应力、球应力、偏应力以及其他应力组合。 混凝土和岩土体的常规应力测试可以通过钢筋计和土压力盒完成。若想获得某一确定方向上的应力的大小，可以通过在该方向上布置钢筋计和土压力盒的方式实现。对于平面应力问题，当无法确定主应力方向时，可以通过在物体表面张贴常规应变花测得，通过应变反映应力大小。然而对于岩土体这种松散状态的材料来讲无法通过在土体表面粘结测力装置确定主应力方向。通常状态下，土体的主应力方向难以准确确定，只能在人为确定的方向上埋置土压力盒，采取与假定主应力作用面平行埋设的埋置方式。将这种方法测得的土压力认定为最大的主应力不具说服力，并且随土的压缩变形土压力盒相对于埋设初始位置发生移动或转动，偏离事先的假定面，此时测得的土压力失去意义。 力学中对于主应力主平面有如下定义:一点处切应力等于零的截面称为主平面，主平面上的正应力称为主应力。在基坑工程设计中一般采用经典的朗肯土压力理论进行土压力计算，朗肯土压力理论要求支挡结构为刚性、墙背直立且光滑，当土体处于主动朗肯土压力状态时最大主应力作用在水平面上；当土体处于被动朗肯状态时最大主应力面作用在竖直面上。实际基坑支护中挡土结构物大都受基坑开挖影响产生变形，或者本身就是柔性支护结构，墙背与土接触面存在摩擦力，此时并不满足朗肯土压力理论中剪应力为零的边界条件。现行的土压力监测方法一般都是在挡土结构物与土体的接触面处水平或竖直方向上埋设土压力盒，测量该方向的土压力。显然这种条件下土压力盒所在面上受摩擦力的影响，该面上有剪力存在不是主平面，自然这种方法测得的土压力也不是最大主应力。以往的单向或三向土压力测试方法只能得到某一确定方向上的土压力，而不能得到所测试位置的最大土压力，更不能得到测试位置的应力状态。而且，由于土和挡土结构物的变形和位移，预设的“确定方向”往往是难以控制的。
技术实现思路
本专利技术拟解决的技术问题是:提供一种，测试前无需判断最大主应力面方向，就可达到测试土体内部任意一点的三维应力状态的目的。 为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是提供一种基于普通土压力盒和菱形十二面体的三维土压力测试装置，其中:该装置包括有菱形十二面体、多个普通土压力盒、膨胀止水胶圈、测量导线、聚氨酯泡沫填缝剂；将六个普通土压力盒固定在菱形十二面体六个法向向量不相关的面上，形成三维土压力测试装置；利用相关的仪表测试六个面的土压力值，进而计算得到土体中任意一点的三维应力状态。 菱形十二面体的六个法向向量不相关的面上均设置有安放土压力盒的凹槽，每个凹槽中心设有通向菱形十二面体形心的导线孔，在菱形十二面体除凹槽之外的任一个面中心设置通向形心的导线汇总孔，形成的六个导线孔与汇总孔交汇于形心。 同时提供一种三维土压力测试装置的装配及计算方法。 本专利技术的效果是该三维土压力测试装置在很大程度上克服了普通土压力盒测试精度不高、测试方向不明确、无法获得三维应力状态等弊病。假设土压力盒的精度为P，计算得到的得到主方向上的土压力的三个主应力测试精度为1.22 P，三个剪应力的测试精度为0.71 P，平均测试精度为0.965 P，精度上得到提高更加准确、直观的反映挡土结构物的受力状态，提高工程施工的安全储备，还可以用于工程的后期健康状况进行有效评估。 【附图说明】 图1为本专利技术的土压力盒的方向向量； 图2为本专利技术的菱形十二面体切割前的正六面体； 图3为本专利技术的菱形十二面体； 图4为本专利技术的安放土压力盒的菱形十二面体骨架； 图5为本专利技术的十二面体侧视图骨架； 图6为本专利技术的三维土压力盒效果图。 图中: 1.菱形十二面体 2.普通土压力盒3.膨胀止水胶圈 4.测量导线5.聚氨酯泡沫填缝剂 6.土压力盒凹槽 7.测量导线孔 8.导线汇总孔 具体的实施方式 结合附图对本专利技术的的过程加以详细说明。 本专利技术基于普通土压力盒和菱形十二面体的三维土压力测试装置，其所述的菱形十二面体的制作、三维土压力盒骨架制作及土压力盒的装配过程如下: 一、菱形十二面制作: 该十二面体是基于正六面体切割而来的，现结合【附图说明】具体的切割方法。如图2正六面体的六个表面中心分别为Op 02、03、04、05、O60用这六个点分别代表六个表面，则I1为OpO2面的交线，I2为02、03的面交线，I3为OpO3面交线。取过中心点OpO2且平行于I1的面为切割面对六面体进行切割可以得到平面α !;取过中心点02、03且平行于I2的切割面对六面体进行切割得到平面α2;同理用此方法可以切出面α3、α4。完成后，将此时的六面体旋转180°按同样的方法切割剩余部分，出现四个正三角形面，进行到这一步骤得到的是正八面体，八个面分别为a 1、α 2、α 3、α 4、Y 1、y2、y3、y4 ;继续进行切割,做面a i与α 2交线的中点Μ、面Y1与Y2交线的中点N、面Y1与Ci1交线的中点P、面Υ2与％交线的中点Q，在以MNPQ为切割面对八面体进行切割，得到的菱形即为面P1，按同样的方法可切出β 2> β 3> β 4，进行到此菱形十二面体制作完成，十二个面分别为a 1、α 2、α 3、α 4、β 1、β 2、β3、β4、Y1^ Υ2> Υ3> Y4，如图3所示。菱形十二面体I的六个法向向量不相关的面上均设置有安放土压力盒的凹槽6，每个凹槽6中心设有通向菱形十二面体I形心的导线孔7，在菱形十二面体I除凹槽6之外的任一个面中心设置通向I形心的导线汇总孔8，形成的六个导线孔7与汇总孔8交汇于I形心。 所述的普通土压力盒2采用应变式土压力盒或振弦式土压力盒，所述普通土压力盒2的型号与菱形十二面体I的大小相匹配。 二、三维土压力盒骨架制作: 选择六个法向向量无关的面，例如a” α2、α3、α4、βρ β2，在面的中心开挖直径等于土压力盒直径的圆形凹槽6，凹槽6深1cm，要求凹槽面平整光滑。在凹槽6中心设置直径为Icm的圆孔，该圆孔垂直通向形心，选择菱形十二面体I的第七个面并在其上开直径为2cm通向形心的圆孔，以容纳六个普通土压力盒的通讯线路。在凹槽中植入土压力盒，必要时在普通土压力盒底部和侧面涂抹水泥砂浆或粘结剂以保证普通土压力盒受力均匀。将该三维土压力盒植入待测岩土体中，连接读数仪，测读各土压力盒2的土压力。 三、土压力盒装配过程: 首先将测量导线4经导线孔7穿入导线汇总孔8，将土压力盒2安置在凹槽6内，然后将膨胀止水胶圈3放于土压力盒2与凹槽6之间的空隙中，最后涂抹胶水；按照同样的方法将其他五个土压力盒安置在十二面体骨架上。完成后，将聚氨酯泡沫填缝剂5压入导线汇总孔8中，用来充填测量导线与导线孔之间的空本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于普通土压力盒和菱形十二面体的三维土压力测试装置，其特征是：该装置包括有菱形十二面体(1)、多个普通土压力盒(2)、膨胀止水胶圈(3)、测量导线(4)、聚氨酯泡沫填缝剂(5)；将六个普通土压力盒(2)固定在菱形十二面体(1)六个法向向量不相关的面上，形成三维土压力测试装置；利用相关的仪表测试六个面的土压力值，进而计算得到土体中任意一点的三维应力状态；菱形十二面体(1)的六个法向向量不相关的面上均设置有安放土压力盒的凹槽(6)，每个凹槽(6)中心设有通向菱形十二面体(1)形心的导线孔(7)，在菱形十二面体(1)除凹槽(6)之外的任一个面中心设置通向(1)形心的导线汇总孔(8)，形成的六个导线孔(7)与汇总孔(8)交汇于(1)形心。
【技术特征摘要】
1.一种基于普通土压力盒和菱形十二面体的三维土压力测试装置，其特征是:该装置包括有菱形十二面体(1)、多个普通土压力盒(2)、膨胀止水胶圈(3)、测量导线(4)、聚氨酯泡沫填缝剂(5);将六个普通土压力盒(2)固定在菱形十二面体(1)六个法向向量不相关的面上，形成三维土压力测试装置；利用相关的仪表测试六个面的土压力值，进而计算得到土体中任意一点的三维应力状态； 菱形十二面体(1)的六个法向向量不相关的面上均设置有安放土压力盒的凹槽(6)，每个凹槽(6)中心设有通向菱形十二面体(1)形心的导线孔(7)，在菱形十二面体(1)除凹槽(6)之外的任一个面中心设置通向(I)形心的导线汇总孔(8)，形成的六个导线孔(7)与汇总孔⑶交汇于⑴形心。2.根据权利要求1所述的三维土压力测试装置，其特征是:所述的普通土压力盒(2)采用应变式土压力盒或振弦式土压力盒，所述普通土压力盒(2)的型号与菱形十二面体(I)的大小相匹配。3.根据权利要求1所述三维土压力测试装置的装配及计算方法，该测试装置的装配方法是: 首先将测量导线(4)从每个普通土压力盒(2)底面开始，穿过导线孔(7)在形心处汇合后由汇总孔(8)引出；将每个普通土压力盒(2)安置在凹槽(6)内，将膨胀止水胶圈(3)放于普通土压力盒(2)与凹槽(6)之间的空隙中，空隙内涂抹胶水；接着将聚氨酯泡...
【专利技术属性】
技术研发人员：李顺群，张少峰，夏锦红，冯慧强，李伟，程学磊，贾红晶，于珊，
申请(专利权)人：新乡学院，
类型：发明
国别省市：河南;41
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