CN106595467A - 一种土工三轴试验试样径向变形传感器及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种土工三轴试验试样径向变形传感器及测试方法，所述传感器包括带开口的环状卡簧和应变片，环状卡簧的环向长度小于圆柱状岩土试样周长，在环状卡簧外侧沿环向均匀布置三个应变片。测试方法如下：一、将环状卡簧套在圆柱状岩土试样外侧，保证传感器水平；二、将应变片引线与数采仪相连接，对岩土试件进行加载，实时采集应变片的电阻值，反推岩土试样的径向变形值。本发明具有结构简单、制作简单、可批量生产、成本低的优点，对三轴试验装置没有改动，且传感器不会影响到试验效果，没有其附加条件，可实现高压下的三轴试验非饱和试样径向变形测试。

Description

一种土工三轴试验试样径向变形传感器及测试方法

技术领域

本发明涉及一种圆柱体试件径向变形传感器及测试方法，尤其涉及一种高压三轴试验中非饱和岩土试样径向变形测试的装置及测试方法。

背景技术

三轴试验是土力学中的重要试验，其试验原理是把一个圆柱形土样放到密闭的压力室内，通过施加各向均等的周围压力和轴向的偏差应力来模拟土体的实际受力情况，以此为根据研究土的强度和应力应变关系。主要步骤为：将乳胶膜套在圆柱体岩土试样外，放置于密封的压力室内；乳胶膜下端绑扎在底座上，上端绑扎在试样帽上，使试样内的孔隙水与压力室内的水完全隔开，孔隙水通过试样下端或上端的透水石与排水管连通；将压力室内充满水并对其加压，使试件固结，围压在整个试验过程中保持不变；通过传力杆对试件施加竖向压力，并逐渐增大，直至试件剪切破坏。

常规的三轴试验根据试样排出的孔隙水的体积推算径向变形。这种方法要求土样完全饱和，不仅费时费力，通常也难以做到，最重要的是无法适用于非饱和试件。后来有学者使用局部位移传感器测量局部应变，但这种方法难以适应大变形，测量到的点有限，且在充满水的压力室内操作困难。近年来出现的数字照像测量技术为土工三轴试验提供了更加合理和准确的变形测量手段，这种方法精度高，不再受到土样饱和条件的限制，可以直接测量非饱和土样的变形。但这种方法要求压力室必须是透明的，用于常规土工三轴试验是可以的，但在高压三轴试验中应用受限。

发明内容

本发明针对现有三轴试验测试技术中存在的问题，设计了一种土工三轴试验试样径向变形传感器及测试方法，可实现三轴试验非饱和试样径向变形的监测，具有结构简单、制作简单、可批量生产、成本低的优点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种土工三轴试验试样径向变形传感器，包括带开口的环状卡簧和应变片，所述环状卡簧的环向长度小于圆柱状岩土试样周长，在环状卡簧外侧沿环向均匀布置三个应变片。

一种利用上述土工三轴试验试样径向变形传感器测试三轴试验试样径向变形的方法，包括如下步骤：

一、将环状卡簧套在圆柱状岩土试样外侧，保证传感器水平；

二、将应变片引线与数采仪相连接，对岩土试件进行加载，实时采集应变片的电阻值，反推岩土试样的径向变形值。

工作原理：

在三轴试验的岩土试样外侧套上环状卡簧，当试件发生变形时，环状卡簧随之变形，粘在环状卡簧上的应变片的电阻值发生变化，通过标定可根据电阻值的变化反推试样在径向的变形值。环状卡簧具有适宜的刚度，不会影响试件的侧向变形，且环状卡簧具有很好的弹性，能够反复弯折，可以多次使用和进行动三轴试验的测试。每个环状卡簧上均匀布置三个应变片，取其均值以降低偶然因素的影响，在同一个试件的中部布置两个传感器，进一步降低测试结果的离散性。

本发明的土工三轴试验试样径向变形传感器可实现三轴试验试样径向变形的监测，主要优点如下：

1、结构简单，制作简单，可批量生产，成本低。

2、对三轴试验装置没有改动，且传感器不会影响到试验效果，没有其附加条件，可实现高压下的三轴试验非饱和试样径向变形测试。

3、环状卡簧在不同位置可实现对试样径向变形的分布测试。

附图说明

图1是土工三轴试验试样径向变形传感器的结构图；

图2是土工三轴试验试样径向变形传感器的布置图；

图3是应变片的结构图；

图中，1：环状卡簧，2：开口，3：应变片，3-1：第一应变片，3-2：第二应变片，3-3：第三应变片，3-4：第四应变片，3-5：第五应变片，3-6：第六应变片，4：岩土试样，5-传感器I，6-传感器II，7：引线，8：基片，9：电阻丝，10：覆盖层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

如图1所示，本发明提供的土工三轴试验试样径向变形传感器的主体是一个环状卡簧1，该环状卡簧1是不封闭的圆环，带有开口2，其环向长度小于圆柱状岩土试样4周长，保证与乳胶膜的紧密贴合；所述环状卡簧1由塑性应变与弹性应变之比大于1.5：1的弹性材料制成，可反复开合且变形能够完全恢复；环状卡簧1刚度应适中且对试件径向变形的限制作用可忽略不计，刚度过大会限制试件侧向变形，过小则容易在动三轴试验中发生滑落。环状卡簧1外侧沿环向均匀布置三个应变片3，其结构如图3所示。在环状卡簧1张开到预定直径时（试件的直径），应让三个应变片3之间的夹角约为120度，这样三个应变片3分别标定，试验时取每个传感器上三个应变片3所推算的变形值的均值作为该传感器所在平面试件的径向变形值。

标定方法：首先利用力学性质已知的材料制成与试样尺寸一致的圆柱体标准试件（至少要知道弹性模量E与泊松比μ），将两个传感器（I，II）套在试件外侧，代替岩土试样放置在三轴仪内对其加载，实时采集应变片的电阻值Ω _i。常规三轴试验仪可测得不同轴压下试件的轴向应力σ，则标准试件的径向应变ε=μσ/E，进而得到标准试件径向径向变形值与应变片电阻值的对应关系ε=f(Ω _i)，其中（i=1，2，3，4，5，6）。

测试方法：首先将两个传感器（I，II）套在待测试的试样外侧的中部（见图1），然后按照常规试验方法将套有环状卡簧的圆柱形试样安装到三轴试验装置中，保证传感器水平；再将应变片引线与数采仪相连接，实时采集应变片的电阻值；先加围压，固结完成后，再施加轴向动荷载或静荷载，直至试验结束。根据每个传感器上三个应变片的电阻值所推算的变形值的均值作为该传感器所在平面试件的径向变形值，即ε _I=(f(Ω ₁)+f(Ω ₂)+f(Ω ₃))/3，ε _II=(f(Ω ₄)+f(Ω ₅)+f(Ω ₆))/3；再对两个传感器的数据取均值，最终得到试件的径向变形值，即ε=（ε _I+ε _II）/2。

Claims (4)

1.一种土工三轴试验试样径向变形传感器，其特征在于所述传感器由带开口的环状卡簧和应变片构成，所述环状卡簧的环向长度小于圆柱状岩土试样周长，在环状卡簧外侧沿环向均匀布置三个应变片。

2.根据权利要求1所述土工三轴试验试样径向变形传感器，其特征在于所述环状卡簧由塑性应变与弹性应变之比大于1.5：1的弹性材料制成。

3.根据权利要求1或2所述土工三轴试验试样径向变形传感器，其特征在于所述环状卡簧张开到时岩土试件的直径时，三个应变片之间的夹角为120度。

4.一种利用权利要求1-3任一权利要求所述土工三轴试验试样径向变形传感器测试三轴试验试样径向变形的方法，其特征在于所述方法步骤如下：

一、将环状卡簧套在圆柱状岩土试样外侧的中部，保证传感器水平；

二、将应变片引线与数采仪相连接，对岩土试件进行加载，实时采集应变片的电阻值，反推岩土试样的径向变形值。