土体三维有效应力测试装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种土体三维有效应力测试装置，该装置包括六个土压力盒、一个孔隙水压力盒、基座、数据导线、防水密封胶、压力盒凹槽盖。本实用新型专利技术效果是改善了依据三轴仪间接获取土体有效应力的不足，填补了土体三维有效应力不能直接测试的空白。为填海造陆、围湖造田等工程中的土体三维有效应力的确定提供了可能。设单个土压力盒及孔隙水压力盒的精度均为δ，则最大正应力精度为2.67，最大剪应力精度为2.08。精度的提高不仅能解决土体三维有效应力状态实际问题，还为土体的强度及变形研究提供了保障。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于岩土工程领域，涉及一种土体三维有效应力测试装置，可用于饱和土体内三维有效应力的测试。
技术介绍
土体的变形主要来源于土颗粒之间孔隙的变化，而土体的抗剪强度取决于土颗粒间的连接情况。从本质上来说，土的强度和变形取决于颗粒之间传递应力的大小。填海造陆、围湖造田、软土加固等河海工程建设都需要确定饱和土体的有效应力水平，以合理确定建筑物规模及工程建设速度。饱和土是由土骨架、孔隙水组成的两相体系，在荷载作用下土骨架和孔隙水分别受力，由土骨架传递的力称为有效应力，由孔隙水传递的力称为孔隙水压力。饱和土体中的孔隙水压力在外荷载作用下随土中水的排出而逐渐消散，土颗粒趋于密实，依据孔隙水传递的应力最终转嫁给土颗粒来承担。因而，土体的变形与强度关键取决于有效应力的变化，确定土颗粒传递的有效应力显得尤为重要。目前，研究土体有效应力对土体变形、强度和稳定性的贡献，主要通过三轴压缩仪量测三维应力状态下的孔隙水压力，然后求得有效应力。常规的三轴压缩仪因无法施加中主应力σ2，严格来说并不是真正意义上的三轴仪；真三轴仪的出现解决了无法施加中主应力σ2的不足，但真三轴仪无法实现π平面上任意洛德角应力路径试验，无法精确评估土体的应力应变趋势；基于空心扭剪仪的成果改变了以上的不足，实现了任意路径的土体的加载，但空心扭剪仪制样困难，无法满足大量及精确性试验。三轴仪及空心扭剪仪的不足还体现在加载装置及膜嵌入等边界条件对试验精度的影响。CN200910062304.X公开了一种可用于原位测试的有效应力铲，该装置仅能测试土体横向或竖向的有效应力，不能测定土体的三维有效应力状态。因而，急需一种能够测试土体三维有效应力的实用技术，该技术将打破国内三维有效应力测试领域的空白，为解决岩土工程的强度与变形问题提供技术保障。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种土体三维有效应力测试装置及其测试方法，以实现土体内部三维有效应力的直接测试，进而为填海造陆、围湖造田等工程中的土体三维有效应力的确定提供可能。为解决上述问题，本技术提供了一种土体三维有效应力测试装置，该土体三维有效应力测试装置埋置于饱和土体内部，并与数据采集系统相连接，其中：该装置包括有六个土压力盒、一个孔隙水压力盒、基座、数据导线、防水密封胶、压力盒凹槽盖。所述基座呈六棱台与六棱柱组成的上下结构，且基座的顶面及所有侧面均设置有压力盒凹槽；孔隙水压力盒布置于基座顶面的压力盒凹槽内；三个土压力盒设置于基座六棱台侧面彼此不相邻的三个压力盒凹槽内，三个土压力盒设置于基座六棱柱侧面彼此不相邻的三个压力盒凹槽内；压力盒凹槽盖设置于基座侧面空置的压力盒凹槽内。六个土压力盒及一个孔隙水压力盒的数据导线经基座内部数据线孔道从数据线汇总孔引出后与数据采集系统相连接；用防水密封胶将土压力盒及孔隙水压力盒与基座之间的缝隙填满，即形成土体三维有效应力测试装置。本技术效果是改善了依据三轴仪间接获取土体有效应力的不足，填补了土体三维有效应力不能直接测试的空白。为填海造陆、围湖造田等工程中的土体三维有效应力的确定提供了可能。设单个土压力盒及孔隙水压力盒的精度均为δ，则最大正应力精度为2.67，最大剪应力精度为2.08。精度的提高不仅能解决土体三维有效应力状态实际问题，还为土体的强度及变形研究提供了保障。附图说明图1为本技术的土体三维有效应力测试装置效果图；图2为本技术涉及的基座效果图；图3为本技术的土体三维有效应力测试装置建立的一种坐标系；图4为本技术的土体三维有效应力测试装置透视图；图5为本技术涉及的基座剖面图；图6为本技术涉及的压力盒凹槽盖效果图。图中：1、土压力盒2、孔隙水压力盒3、基座4、数据导线5、防水密封胶6、压力盒凹槽盖7、压力盒凹槽8、数据线孔道9、数据线汇总孔具体实施方式结合附图对本技术的土体三维有效应力测试装置加以说明。本专利技术的土体三维有效应力测试装置是基于：土体的有效应力原理表明，饱和土体的总应力分为有效应力及孔隙水压力，有效应力与孔隙水压力总是维持着此消彼长的动态平衡。因此可根据总应力与孔隙水压力之差来计算确定土体的有效应力。该测试方法基于土压力盒及孔隙水压力盒的使用原理，通过设置在六个不同方向的土压力盒获取六个土压力值，通过孔隙水压力盒获取一个孔隙水压力值，依据六个土压力值经本文提出的公式计算可获取土体的三维应力状态，所计算的三维应力状态与孔隙水压力值之差，即为土体的三维有效应力状态。本技术的土体三维有效应力测试装置结构是，该三维有效应力测试装置埋置于饱和土体内部，并与数据采集系统相连接，该装置包括有六个土压力盒1、一个孔隙水压力盒2、基座3、数据导线4、防水密封胶5、压力盒凹槽盖6。所述基座3呈六棱台与六棱柱组成的上下结构，且基座3的顶面及所有侧面均设置有压力盒凹槽7；孔隙水压力盒2布置于基座3顶面的压力盒凹槽7内；三个土压力盒1设置于基座3六棱台侧面彼此不相邻的三个压力盒凹槽7内，三个土压力盒1设置于基座3六棱柱侧面彼此不相邻的三个压力盒凹槽7内；压力盒凹槽盖6设置于基座3侧面空置的压力盒凹槽7内。六个土压力盒1及一个孔隙水压力盒2的数据导线4经基座3内部数据线孔道8从数据线汇总孔9引出后与数据采集系统相连接；用防水密封胶5将土压力盒1及孔隙水压力盒2与基座3之间的缝隙填满，即形成土体三维有效应力测试装置。使用所述土体三维有效应力测试装置的测试依据为：1)将所述三维有效应力测试装置埋置于待测土体中；通过数据采集系统得到六个土压力盒的读数，即σ1、σ2、σ3、σ4、σ5、σ6；同样可以得到一个孔隙水压力盒的读数，即u。2)依据式(1)计算可获取土体的三维应力状态，依据式(2)可得到土体的三维有效应力，计算公式如下式(1)中，σ1、σ2、σ3、σ4、σ5、σ6为三维有效应力测试装置获取的六个土压力盒的读数；σx、σy、σz、σxy、σyz、σzx表示待测点常规应力状态的3个正应力分量和3个剪应力分量。式(2)中，σ'x、σ'y、σ'z、σ'xy、σ'yz、σ'zx为三维有效应力状态的3个正应力分量和3个剪应力分量；σx、σy、σz、σxy、σyz、σzx表示待测点常规应力状态的3个正应力分量和3个剪应力分量；u为孔隙水压力盒的读数。本技术的土体三维有效应力测试装置功能是这样实现的：第一，基座3及压力盒凹槽盖6的制作。基座3由一个六棱台和一个六棱柱组成，如图4所示。图4中MNPQRS-M0N0P0Q0R0S0为六棱台，该六棱台侧面与底面夹角为45°，顶面内切圆直径为a，底面内切圆直径为(1+√2)a；M0N0P0Q0R0S0-M1N1P1Q1R1S1为六棱柱，该六棱柱高度为a，内切圆直径为(1+√2)a；基座3整体高度为(1+√2/2)a，如图5所示。对基座3的各面进行编号，MNN0M0所在面为A1面，M0N0N1M1所在面为A2面，其他面按照逆时针方向及先上后下的原则，依此编号为B1、B2、C1、C2、D1、D2、E1、E2、F1、F2，将基座顶面编号为O面，如图3所示。在基座3除底面外的其他表面开圆柱形压力盒凹槽7，槽直径及槽深同土压力盒尺寸；在基座3底面中心开数据线汇总孔9，在压力盒凹槽7底面中心开数据线孔道8通向据线汇总孔9本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种土体三维有效应力测试装置，该土体三维有效应力测试装置埋置于饱和土体内部，并与数据采集系统相连接，其特征是：该装置包括有六个土压力盒(1)、一个孔隙水压力盒(2)、基座(3)、数据导线(4)、防水密封胶(5)、压力盒凹槽盖(6)；所述基座(3)呈六棱台与六棱柱组成的上下结构，且基座(3)的顶面及所有侧面均设置有压力盒凹槽(7)，孔隙水压力盒(2)布置于基座(3)顶面的压力盒凹槽(7)内，三个土压力盒(1)设置于基座(3)六棱台侧面彼此不相邻的三个压力盒凹槽(7)内，另三个土压力盒(1)设置于基座(3)六棱柱侧面彼此不相邻的三个压力盒凹槽(7)内，压力盒凹槽盖(6)设置于基座(3)侧面空置的压力盒凹槽(7)内，六个土压力盒(1)的数据导线(4)经基座(3)内部数据线孔道(8)从数据线汇总孔(9)引出后与数据采集系统相连接，通过防水密封胶(5)将土压力盒(1)及孔隙水压力盒(2)与基座(3)之间的缝隙填充，即形成土体三维有效应力测试装置。

【技术特征摘要】
1.一种土体三维有效应力测试装置，该土体三维有效应力测试装置埋置于饱和土体内部，并与数据采集系统相连接，其特征是：该装置包括有六个土压力盒(1)、一个孔隙水压力盒(2)、基座(3)、数据导线(4)、防水密封胶(5)、压力盒凹槽盖(6)；所述基座(3)呈六棱台与六棱柱组成的上下结构，且基座(3)的顶面及所有侧面均设置有压力盒凹槽(7)，孔隙水压力盒(2)布置于基座(3)顶面的压力盒凹槽(7)内，三个土压力盒(1)设置于基座(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王英红，陈之祥，李顺群，柴寿喜，张勋程，冯彦芳，潘林娜，杨文喜，
申请(专利权)人：天津城建大学，
类型：新型
国别省市：天津;12