用于测试土体内部三维应变状态的装置及测试方法与流程

技术特征：

1.一种用于测试土体内部三维应变状态的装置，该装置与数据采集系统相连接，其特征是：该测试装置包括有底座菱形十二面体(1)、六个应变片(2)、测量导线(3)、面心导线孔(4)、导线汇总孔(5)、应变片基座(6)；将六个应变片(2)分别固定在菱形十二面体(1)六个法向量不相关面的应变片基座(6)上，六个应变片的测量导线(3)通过面心导线孔(4)从菱形十二面体的形心导线汇总孔(5)导出后与应变片数据采集系统相连接，形成三维应变状态测试装置。

2.根据权利要求1所述的一种测试土体内部三维应变状态的装置的测试方法，该装置的测试方法包括以下步骤：

(1)首先将测量导线(3)从每个普通应变片(2)底面开始，穿过面心导线孔(4)在菱形十二面体形心处汇合后由导线汇总孔(5)引出；将六个普通应变片(2)分别固定在法向量不相关的六个面的应变片基座(6)上，接着将聚氨酯泡沫填缝剂压入填充至导线汇总孔(5)中，用来充填测量导线与导线孔之间的空隙，形成基于普通应变片(2)与菱形十二面体(1)的三维应变状态测试装置，并将该装置置于被测土体中；

(2)以菱形十二面体的形心O为原点，以OO₁、OO₂、OO₃为x轴、y轴、z轴建立三维坐标系；

(3)依据(2)所建立的坐标系求得α₁、α₂、α₃、α₄的四个面应变片方向的向量(1,0,1)、(0,1,1)、(-1,0,1)、(0,-1,1)与面β₁、β₂的应变片方向的向量(1,1,0)、(-1,1,0)线性无关，即这六个面为方向向量不相关的面；

(4)根据六个普通应变片的轴线方向与x轴、y轴、z轴的夹角计算各应变片的方向余弦l、m、n，并由此确定矩阵A；

(5)利用数据采集系统测试六个应变片(2)的读数，根据六个不同方向上应变片的读数与各应变片方向余弦值确定出与转换矩阵之间的数学关系式{ε_j}＝A^-1{ε_i}，进而计算得到土体中任意一点的三维应变状态。

{ε_j}＝A^-1{ε_i} (1)

其中A^-1为

$A^{-1}=\left\{\begin{array}{cccccc}0.5& -0.5& 0.5& -0.5& 0.5& 0.5\\ -0.5& 0.5& -0.5& 0.5& 0.5& 0.5\\ 0.5& 0.5& 0.5& 0.5& -0.5& -0.5\\ 0& 0& 0& 0& 1& -1\\ 0& 1& 0& -1& 0& 0\\ 1& 0& -1& 0& 0& 0\end{array}\right\}---\left(2\right)$