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一种侧限应力条件下地基土体实际泊松比测量装置及方法

阅读：1033发布：2020-07-07

专利汇可以提供一种侧限应力条件下地基土体实际泊松比测量装置及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种侧限应力条件下地基土体实际泊松比测量装置及方法，装置的反力架固装在底座上，载荷施加油缸竖直吊装在反力架顶部，土体试样侧限盒插装在底座的侧限盒插槽内且位于载荷施加油缸正下方，若干微型土压力计沿周向均布安装在土体试样侧限盒内表面，土体试样上表面依次布设垫片、传力垫块及压力传感器。方法为：获取地基土体，在土体试样侧限盒中制备土体试样；将土体试样侧限盒插装到底座上表面，完成试样安装；计算需要载荷施加油缸施加的载荷力；布设垫片、传力垫块及压力传感器；按照载荷力计算值并通过载荷施加油缸对土体试样施加载荷力；获取稳定后的侧向土压力数值并求取平均值；计算侧限应力条件下地基土体实际泊松比。，下面是一种侧限应力条件下地基土体实际泊松比测量装置及方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种侧限应力条件下地基土体实际泊松比测量装置，其特征在于：包括底座、反力架、载荷施加油缸、土体试样侧限盒及微型土压力计，所述反力架固定安装在底座上，所述载荷施加油缸竖直吊装在反力架顶部，载荷施加油缸的活塞杆朝下设置，在载荷施加油缸的活塞杆端部安装有压力传感器；所述土体试样侧限盒采用圆柱筒形结构，在所述底座上表面开设有侧限盒插槽，土体试样侧限盒竖直插装在侧限盒插槽中，土体试样侧限盒位于载荷施加油缸正下方，土体试样侧限盒与载荷施加油缸的中轴线相重合；所述微型土压力计数量若干，若干微型土压力计沿周向均布安装在土体试样侧限盒的内表面。
2.根据权利要求1所述的一种侧限应力条件下地基土体实际泊松比测量装置，其特征在于：所述土体试样侧限盒的一端筒口设有刃口倒角结构，土体试样侧限盒的另一端筒口无刃口倒角结构，土体试样侧限盒无刃口倒角结构一侧的筒口插装在侧限盒插槽中，土体试样侧限盒的直径等于侧限盒插槽的外径。
3.根据权利要求1所述的一种侧限应力条件下地基土体实际泊松比测量装置，其特征在于：所述土体试样侧限盒内部用于填装土体试样，土体试样与微型土压力计直接接触，在土体试样上表面依次设置有垫片和传力垫块，垫片的直径等于土体试样侧限盒的内径。
4.根据权利要求1所述的一种侧限应力条件下地基土体实际泊松比测量装置，其特征在于：所述压力传感器连接有压力数显表，通过压力数显表直接读取由压力传感器采集的轴向载荷数据。
5.根据权利要求1所述的一种侧限应力条件下地基土体实际泊松比测量装置，其特征在于：所述微型土压力计连接有应变式应力测试分析仪，通过应变式应力测试分析仪直接读取由微型土压力计采集的土压力数据。
6.一种侧限应力条件下地基土体实际泊松比测量方法，采用了权利要求1所述的侧限应力条件下地基土体实际泊松比测量装置，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：制备地基土体试样
先通过岩土工程勘察方式获取地基土体，再根据行业内的土工试验规程标准直接在土体试样侧限盒中制备出土体试样；
步骤二：将制备有土体试样的土体试样侧限盒插装到底座上表面的侧限盒插槽中，完成试样安装；
步骤三：根据地基土体在原位采样位置点处的实际轴向载荷值的大小和特点，先计算出原位采样位置点处的上覆土体自重应力和工程载荷引起的附加应力，再将二者相加并除以实际载荷施加面积，即可获得需要载荷施加油缸施加的载荷力；
步骤四：在土体试样上表面依次放置上垫片和传力垫块，同时将压力传感器安装到载荷施加油缸的活塞杆端部；
步骤五：启动载荷施加油缸，使载荷施加油缸的活塞杆向下伸出，直到压力传感器顶靠在传力垫块上，然后通过载荷施加油缸匀速施加载荷力，通过压力传感器实时采集载荷力数据，并通过压力数显表实时监视载荷力的数值变化，直到载荷力数值达到步骤三中的载荷力计算值；
步骤六：通过微型土压力计实时采集土体试样的侧向土压力数据，并通过应变式应力测试分析仪实时监侧向土压力的数值变化，直到所有的侧向土压力数值均达到稳定，此时记录下稳定后的侧向土压力数值，并求取平均值；
步骤七：根据公式μ＝σ侧/(σ侧+σ荷)计算出侧限应力条件下地基土体实际泊松比，式中，μ为侧限应力条件下地基土体实际泊松比，σ侧为侧向土压力数值的平均值，σ荷为载荷力数值；
步骤八：重复步骤一至步骤七，获取其他原位采样位置点的地基土体实际泊松比。

说明书全文

一种侧限应力条件下地基土体实际泊松比测量装置及方法

技术领域

[0001] 本发明属于岩体力学试验技术领域，特别是涉及一种侧限应力条件下地基土体实际泊松比测量装置及方法。

背景技术

[0002] 土体泊松比是反映地基土体侧向变形的参数，也是岩土工程设计与分析领域必不可少的重要参数；由于土体与其它固体的结构和材料特性存在很大的差异，土体泊松比已不再具有原始定义物性参数的意义，而是一种随土体应力状态变化的状态参量，工程上大部分地基土体处于半无限空间的测限应力条件下，因此考虑实际应力状态的测量方法是获取土体泊松比的前提。

[0003] 公开号为CN103983516A的中国专利，公开了一种测算土体泊松比的装置及方法，该专利中综合使用柔性薄钢圈、电阻式位移计、基准支架和压力机来测算土体的泊松比，但其要求土体应具有一定的黏聚力，如此才能保证土体受力后不碎散，并且其侧向力需使柔性薄钢圈变形后才能量测，因此该专利并不适用无黏性土体，导致该专利的适用性和测量准确性仍有待提高。

[0004] 公开号为CN106769462A的中国专利，公开了一种无粘性地基土内摩擦角和变形模量的预测方法，该专利通过现场获取的土层剪切波波速、压缩波波速以及土层深度，并结合已有的土力学基本原理及经验公式获得土体内摩擦角和变形模量，但该专利缺少严谨的理论依据且测量过程中受复杂地质环境条件的影响较大，其测量结果存在较大的不确定性。

[0005] 根据现有的文献可知，泊松比的测量均采用变形测量的方法，即直接测量碎散的、非均质、小变形的土体试样的变形，这种变形测量方法被公认是测量准确性较低的，而近些年出现的如局部变形图像测量等技术，虽然能在一定程度上降低了传统测量方法中的变形测量误差，但是却无法真实反映土体变形的实际特征，这是由土体的碎散性、三相性和自然变异等特性决定的。

发明内容

[0006] 针对现有技术存在的问题，本发明提供一种侧限应力条件下地基土体实际泊松比测量装置及方法，能够模拟地基土体的真实应力条件，并结合测量应力和广义胡克定律的间接方法获取泊松比，使测量和计算结果更准确且更加贴近真实值，并且黏性和无黏性的地基土体均适用，有效解决了现有技术中测量不准或无法测量的弊端。

[0007] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种侧限应力条件下地基土体实际泊松比测量装置，包括底座、反力架、载荷施加油缸、土体试样侧限盒及微型土压力计，所述反力架固定安装在底座上，所述载荷施加油缸竖直吊装在反力架顶部，载荷施加油缸的活塞杆朝下设置，在载荷施加油缸的活塞杆端部安装有压力传感器；所述土体试样侧限盒采用圆柱筒形结构，在所述底座上表面开设有侧限盒插槽，土体试样侧限盒竖直插装在侧限盒插槽中，土体试样侧限盒位于载荷施加油缸正下方，土体试样侧限盒与载荷施加油缸的中轴线相重合；所述微型土压力计数量若干，若干微型土压力计沿周向均布安装在土体试样侧限盒的内表面。

[0008] 所述土体试样侧限盒的一端筒口设有刃口倒角结构，土体试样侧限盒的另一端筒口无刃口倒角结构，土体试样侧限盒无刃口倒角结构一侧的筒口插装在侧限盒插槽中，土体试样侧限盒的直径等于侧限盒插槽的外径。

[0009] 所述土体试样侧限盒内部用于填装土体试样，土体试样与微型土压力计直接接触，在土体试样上表面依次设置有垫片和传力垫块，垫片的直径等于土体试样侧限盒的内径。

[0010] 所述压力传感器连接有压力数显表，通过压力数显表直接读取由压力传感器采集的轴向载荷数据。

[0011] 所述微型土压力计连接有应变式应力测试分析仪，通过应变式应力测试分析仪直接读取由微型土压力计采集的土压力数据。

[0012] 一种侧限应力条件下地基土体实际泊松比测量方法，采用了所述的侧限应力条件下地基土体实际泊松比测量装置，包括如下步骤：

[0013] 步骤一：制备地基土体试样

[0014] 先通过岩土工程勘察方式获取地基土体，再根据行业内的土工试验规程标准直接在土体试样侧限盒中制备出土体试样；

[0015] 步骤二：将制备有土体试样的土体试样侧限盒插装到底座上表面的侧限盒插槽中，完成试样安装；

[0016] 步骤三：根据地基土体在原位采样位置点处的实际轴向载荷值的大小和特点，先计算出原位采样位置点处的上覆土体自重应力和工程载荷引起的附加应力，再将二者相加并除以实际载荷施加面积，即可获得需要载荷施加油缸施加的载荷力；

[0017] 步骤四：在土体试样上表面依次放置上垫片和传力垫块，同时将压力传感器安装到载荷施加油缸的活塞杆端部；

[0018] 步骤五：启动载荷施加油缸，使载荷施加油缸的活塞杆向下伸出，直到压力传感器顶靠在传力垫块上，然后通过载荷施加油缸匀速施加载荷力，通过压力传感器实时采集载荷力数据，并通过压力数显表实时监视载荷力的数值变化，直到载荷力数值达到步骤三中的载荷力计算值；

[0019] 步骤六：通过微型土压力计实时采集土体试样的侧向土压力数据，并通过应变式应力测试分析仪实时监侧向土压力的数值变化，直到所有的侧向土压力数值均达到稳定，此时记录下稳定后的侧向土压力数值，并求取平均值；

[0020] 步骤七：根据公式μ＝σ侧/(σ侧+σ荷)计算出侧限应力条件下地基土体实际泊松比，式中，μ为侧限应力条件下地基土体实际泊松比，σ侧为侧向土压力数值的平均值，σ荷为载荷力数值；

[0021] 步骤八：重复步骤一至步骤七，获取其他原位采样位置点的地基土体实际泊松比。

[0022] 本发明的有益效果：

[0023] 本发明的侧限应力条件下地基土体实际泊松比测量装置及方法，能够模拟地基土体的真实应力条件，并结合测量应力和广义胡克定律的间接方法获取泊松比，使测量和计算结果更准确且更加贴近真实值，并且黏性和无黏性的地基土体均适用，有效解决了现有技术中测量不准或无法测量的弊端。附图说明

[0024] 图1为本发明的一种侧限应力条件下地基土体实际泊松比测量装置的结构示意图；

[0025] 图2为图1中A-A剖视图；

[0026] 图3为实施例中的地基土体的原位采样位置点示意图；

[0027] 图中，1—底座，2—反力架，3—载荷施加油缸，4—土体试样侧限盒，5—微型土压力计，6—压力传感器，7—侧限盒插槽，8—土体试样，9—垫片，10—传力垫块。

具体实施方式

[0028] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

[0029] 如图1、2所示，一种侧限应力条件下地基土体实际泊松比测量装置，包括底座1、反力架2、载荷施加油缸3、土体试样侧限盒4及微型土压力计5，所述反力架2固定安装在底座1上，所述载荷施加油缸3竖直吊装在反力架2顶部，载荷施加油缸3的活塞杆朝下设置，在载荷施加油缸3的活塞杆端部安装有压力传感器6；所述土体试样侧限盒4采用圆柱筒形结构，在所述底座1上表面开设有侧限盒插槽7，土体试样侧限盒4竖直插装在侧限盒插槽7中，土体试样侧限盒4位于载荷施加油缸3正下方，土体试样侧限盒4与载荷施加油缸3的中轴线相重合；所述微型土压力计5数量若干，若干微型土压力计5沿周向均布安装在土体试样侧限盒4的内表面。

[0030] 所述土体试样侧限盒4的一端筒口设有刃口倒角结构，土体试样侧限盒4的另一端筒口无刃口倒角结构，土体试样侧限盒4无刃口倒角结构一侧的筒口插装在侧限盒插槽7中，土体试样侧限盒4的直径等于侧限盒插槽7的外径。

[0031] 所述土体试样侧限盒4内部用于填装土体试样8，土体试样8与微型土压力计5直接接触，在土体试样8上表面依次设置有垫片9和传力垫块10，垫片9的直径等于土体试样侧限盒4的内径。

[0032] 所述压力传感器6连接有压力数显表，通过压力数显表直接读取由压力传感器6采集的轴向载荷数据。

[0033] 所述微型土压力计5连接有应变式应力测试分析仪，通过应变式应力测试分析仪直接读取由微型土压力计5采集的土压力数据。

[0034] 如图3所示，为某建筑采用的柱下独立方形基础，基础底面尺寸为2.5m×2.5m，基础的埋深为2m，作用于基础上的轴向工程载荷为1250kN，根据岩体工程勘察结果，获知地基3
土体为黏性素填土，地基土体的重度为19kN/m ，地基土体变形影响深度约为5m，以基础底面为起点位置，竖直向下每隔1m确定一个地基土体的原位采样位置点，总共六个原位采样位置点。下面通过本发明的装置及方法对上述六个原位采样位置点的地基土体进行泊松比的测量。

[0035] 一种侧限应力条件下地基土体实际泊松比测量方法，采用了所述的侧限应力条件下地基土体实际泊松比测量装置，包括如下步骤：

[0036] 步骤一：制备地基土体试样

[0037] 先通过岩土工程勘察方式获取地基土体，再根据行业内的土工试验规程标准直接在土体试样侧限盒4中制备出土体试样8；实际工程中，当地基土体为原状地基土体时，此时的地基土体属于黏性土，当地基土体为扰动地基土体时，此时的地基土体属于无黏性土；本实施例中，根据的是《土工试验方法标准》(GB/T 50123-1999)，六个原位采样位置点的地基土体在土体试样侧限盒4中完成试样制备，六个土体试样8的直径均为61.8mm，六个土体试样8的厚度均为40mm；

[0038] 步骤二：将制备有土体试样8的土体试样侧限盒4插装到底座1上表面的侧限盒插槽7中，完成试样安装；

[0039] 步骤三：根据地基土体在原位采样位置点处的实际轴向载荷值的大小和特点，先计算出原位采样位置点处的上覆土体自重应力和工程载荷引起的附加应力，再将二者相加并除以实际载荷施加面积，即可获得需要载荷施加油缸3施加的载荷力；本实施例中，依据的是《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2011)，而六个原位采样位置点的地基土体的上覆土体自重应力和工程载荷引起的附加应力(角点法)见表1，则六个土体试样8需要载荷施加油缸3施加的载荷力分别为717N、653N、499N、440N、439N和464N；

[0040] 步骤四：在土体试样8上表面依次放置上垫片9和传力垫块10，同时将压力传感器6安装到载荷施加油缸3的活塞杆端部；

[0041] 步骤五：启动载荷施加油缸3，使载荷施加油缸3的活塞杆向下伸出，直到压力传感器6顶靠在传力垫块10上，然后通过载荷施加油缸3匀速施加载荷力，通过压力传感器6实时采集载荷力数据，并通过压力数显表实时监视载荷力的数值变化，直到载荷力数值达到步骤三中的载荷力计算值；

[0042] 步骤六：通过微型土压力计5实时采集土体试样8的侧向土压力数据，并通过应变式应力测试分析仪实时监侧向土压力的数值变化，直到所有的侧向土压力数值均达到稳定，此时记录下稳定后的侧向土压力数值，并求取平均值；

[0043] 步骤七：根据公式μ＝σ侧/(σ侧+σ荷)计算出侧限应力条件下地基土体实际泊松比，式中，μ为侧限应力条件下地基土体实际泊松比，σ侧为侧向土压力数值的平均值，σ荷为载荷力数值；本实施例中，六个土体试样8的侧向土压力数值(平均值)依次为353.15N、351.67N、318.95N、269.95N、280.59N和322.53N；

[0044] 步骤八：重复步骤一至步骤七，获取其他原位采样位置点的地基土体实际泊松比。

[0045] 表1

[0046]

[0047] 为了进一步提高测量地基土体实际泊松比的准确性，可以进行多次的平行试验，在将平行试验中获取的泊松比求取平均值，使测量结果更加贴近真实值。

[0048] 实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

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