一种土压力和孔隙水压力监测装置的制作方法

本发明涉及岩土工程监测技术领域，特别是一种土压力和孔隙水压力监测装置。

背景技术：

土工离心模型试验是采用与原型相同或相似材料，按照原型的1/n比尺制作成模型，置于土工离心机高速旋转形成的ng人造重力场中进行试验。由于缩尺所造成的自重应力损失通过施加的超重力作用得到补偿，从而保证了模型与原型具有相同的应力状态，反映出与原型相似的变形和破坏过程。因此，土工离心模型试验是解决岩土工程领域问题的重要研究手段。

土工离心模型试验具有高转速、高应力场、模型尺寸小等特点，在高速转动的离心环境下，埋置在模型土中的传感器及导线将会与模型一起放大相同的倍数，布置过多的传感器则会对试验结果造成不可忽视的误差。在土工离心模型试验中往往需要监测土的土压力和孔隙水压力等，目前土压力盒监测结果为水土合力，因此必须在土压力盒附近、同一高度处埋置孔隙水压力计，进而才可得到该位置处的土压力和孔隙水压力，这样便会增加传感器数量，过多的传感器在土工离心环境中会对试验结果造成误差。土工离心模型尺寸小，埋设传感器的空间有限，因此传感器的数量受到很大的限制，如何布置有限的传感器，能够获取更多的试验数据，同时又不影响试验结果，已成为土工离心技术发展的必然趋势。

由此可见，在土工离心模型试验中通过埋置土压力盒和孔隙水压力计，分别监测土中的土压力和孔隙水压力，这样不仅增加了试验成本、浪费人力、获取数据有限，还对试验结果产生了一定的影响。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于土工离心机中同时监测土压力和孔隙水压力的装置，充分利用现有监测传感器的空间，以保证在相同的试验误差允许范围内、相同的传感器数量获取2倍的试验数据，为更好地分析和解决岩土工程问题提供有力的数据支撑。水压力具有各向同性，相同位置处各个方向上的水压力相等，土压力各个方向受到的压力不一定相等，布置该装置的时候首先考虑土压力的作用面，可同时保证满足试验要求，使之克服现有技术的缺点。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种土压力和孔隙水压力监测装置，包括环形的盒体，盒体中部设置有隔板，将盒体分隔为上、下空腔；土压力承压膜的周边连接到盒体的上部，连接部位还设置有环形密封圈；土压力应变片连接到土压力承压膜的下表面，位于盒体的上空腔内；孔隙水压力承压膜的周边连接到盒体的下部，连接部位还设置有环形密封圈；孔隙水压力应变片连接到孔隙水压力承压膜的上表面，位于盒体的下空腔内；孔隙水压力承压膜的下表面还覆盖有透水石，透水石的周边也连接到盒体；土压力应变片和孔隙水压力应变片分别连接有导线，导线引出盒体外。

本发明的有益效果在于，

(1)装置设计新颖合理，结构简单，尺寸小、易于加工安装，便于在土工离心模型试验中使用。

(2)节省传感器布置空间，可同时监测同一位置处的土压力和孔隙水压力，避免在离心环境中布置过多传感器对试验结果造成影响。

(3)精度高、量程大，可根据试验需要进行定制。

本发明集成了土压力监测和孔隙水压力监测，为土工离心模型试验提供了一种简便高效的监测装置，实现对土工离心机中模型土同一位置处的土压力和孔隙水压力的同时监测，克服了试验中传感器布置的局限性，为进一步研究和解决岩土工程问题提供更多的数据支撑。

附图说明

图1为监测装置的结构示意图；

图2为监测装置的俯视图；

图3为监测装置的受力示意图。

附图标记说明：

1—土压力承压膜；2—平光面；3—土压力应变片；4—土压力空腔；5—环形密封圈；6—孔隙水压力空腔；7—透水石；8—孔隙水压力承压膜；9—磨砂面；10—孔隙水压力应变片；11—空腔隔板；12—固定螺栓；13—导线；14—装置盒体。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步地说明。

一种用于土工离心机中同时监测土压力和孔隙水压力的装置，由盒体、土压力监测部分、孔隙水压力监测部分和导线组成，对处于离心状态下的模型土可同时监测土压力和孔隙水压力，盒体14上端固定土压力监测部分，下端固定孔隙水压力监测部分，导线13从盒体14的侧面引出。

土压力监测部分外表面为土压力承压膜1，承压膜表面为平光面2，承压膜下为土压力感应应变片3，应变片3下为土压力空腔4，盒体14与土压力监测部分通过固定螺栓12进行固定，盒体14与承压膜1之间设有环形密封圈5，防止水等液体渗入装置内部。

孔隙水压力监测部分外表面为透水石7，透水石7固定在盒体14上，透水石7表面为磨砂面9，透水石7下为孔隙水压力承压膜8，承压膜8下为孔隙水压力感应应变片10，应变片下为孔隙水压力空腔6，盒体14与孔隙水压力监测部分通过固定螺栓12进行固定，盒体14与承压膜8之间设有环形密封圈5，防止水等流体进入。

土压力应变片3和孔隙水压力应变片10均采用全桥电路，可消除温度变化对装置的影响。

导线13为内有2个导线管，分别标注土压力和孔隙水压力，每个导线管为4芯屏蔽线，颜色分别为红、黑、黄、白。

本发明的工作过程如下:

监测装置布置在土工离心模型试验设计位置处，平光面2一侧监测水土合压力，磨砂面9一侧监测孔隙水压力，优先考虑土压力的作用面，使之与平光面2相平行。水土合力ps+w作用于土压力承压膜1的平光面2上，使承压膜1下的土压力应变片3感应承压膜1的变化，并通过导线13中土压力导线输出电信号，传输到终端，根据土压力标定曲线进而得到水土合力ps+w。

孔隙水穿过透水石7，孔隙水压力pw作用于孔隙水压力承压膜8上，使承压膜8下的孔隙水压力应变片10感应承压膜8的变化，并通过导线13中孔隙水压力导线输出电信号，传输到终端，根据孔隙水压力标定曲线进而得到孔隙水压力pw。

将水土合力ps+w减去孔隙水压力pw，即得到该监测位置处的土压力ps。由于该装置尺寸小，直径约为15mm，厚度约为10mm，因此该装置相比模型尺寸可视为质点，可忽略装置厚度对监测结果的影响。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种土压力和孔隙水压力监测装置，包括环形盒体，盒体中部设置有隔板，将盒体分隔为上、下空腔；土压力承压膜的周边连接到盒体的上部，连接部位还设置有环形密封圈；土压力应变片连接到土压力承压膜的下表面，位于盒体的上空腔内；孔隙水压力承压膜的周边连接到盒体的下部，连接部位还设置有环形密封圈；孔隙水压力应变片连接到孔隙水压力承压膜的上表面，位于盒体的下空腔内；孔隙水压力承压膜的下表面还覆盖有透水石，透水石的周边也连接到盒体；土压力应变片和孔隙水压力应变片分别连接有导线，导线引出盒体外。本发明集成了土压力监测和孔隙水压力监测，为土工离心模型试验提供了一种简便高效的监测装置。

技术研发人员：王钦科;马建林;蒋炳楠;陈文龙;黄凤娟
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：2018.05.30
技术公布日：2018.12.14