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智能应力应变控制K0试验仪应用

发布时间:2021-03-17浏览:69次

摘  要:智能应力应变控制K0试验仪融入了现代化的控制与制造,主要解决工程中K0系数的测定,我们可以采用应力应变不同工作模式进行试验,实现K0系数,回弹系数,以及基床系数的测定。

0  引言

K0系数是与岩土固结试验密切相关的基础的参数之一,采用该参数可用以计算地下建筑物、构筑物、档土墙的静止侧压力。随着地下空间的开发,地下工程迅猛发展,大量的高层建筑地下室、地下隧道、地铁工程、大中小水电站勘察设计,以及边坡等土压力的计算都需要提供静止侧压力系数K0值。K0试验越来越被工程界所重视。

过去我们采用杠杆加载方式,人工采集,计算的传统方法进行K0系数测试,效率低下,费时费工。近几年来由于科技的发展,自动化,智能化得到相当广泛的应用,人们不断创新和发展,一些人工智能的仪器也渐渐的被推广开来。

本文根据国内外先进理论和大量反响良好的实验经验,同时结合我国土工试验的现实技术及运用国情,设计研制成功了一种智能等应变控制双联K0仪。该仪器的研制是利用现代化的测试手段,多用途多方法的创新思路,积极服务于我国各个行业广泛的岩土工程建设与土工试验的需求。该仪器可以实现应力式试验、和应变式试验两种方式,还可以测定孔隙水压力,进行固结消散试验。

1  基本原理:

静止侧压力系数K0,是指单元土体在无侧向应变(εxy=0)条件下,有效侧向压力σ3(或称小主应力)与有效竖向压力σ1(或称大主应力)的比值。计算公式为K0=σ31或K0=⊿σ3/⊿σ1,同时,根据K0值可换算土的泊桑比µ值,即µ=K0/1+K0 ,本智能等应变控制双联K0仪(以下简称仪器)就是这样一种可高效实现全自动跟踪检测并实时记录K0变化曲线的新型岩土工程试验仪器,同时可兼容单联应力控制K0试验。

图1 智能等应变控制双联K0

 图2 智能应力应变单联K0

2  仪器的改进

 目前土工试验室普遍使用的传统K0结构如图3所示,主要包括:K0容器,杠杆加载机构,反力架组成。

智能等应变控制双联K0仪采用步进电机加载装置替代原有的杠杆加荷装置,实现了竖向的自动控制,使用精密的力传感器测量系统替代加砝码的繁琐计算,用数字化采集数据替代人工记录数据,实现了数字记录的自动化;对K0容器进行了一系列创新和改进,有效的保证了试验数据的准确性;智能等应变控制双联K0仪配有自动化采集、控制、处理系统,实现了试验的自动化。智能等应变控制双联K0仪加载和测量机构(图4)和新型K0容器结构(图5)如下: 

       图4加载和测量机构   

         图5 K0容器

3  仪器的主要参数及相关标定手段和标定曲线

3.1.1技术指标

土样:直径61.8mm高4cm 面积30cm2

竖向加载荷重:0-10KN

加载速度:0-4mm/min

加载行程程:0-20mm

加载方式:分级应力加载,恒速等应变加载

轴压传感器:0~3000N

分辨率:1N

线性误差:<0.3%

综合误差:≤0.5%

侧向压力传感器:0~1000kPa

分辨率:1kPa

线性误差:<0.3%

综合误差:≤0.5%

3.1.2相关标定手段

1)传感器标定

用测量机构检测的标准荷重传感器(图6)和标准压力传感器(图7)分别来标定K0是竖向荷重传感器和侧向压力传感器,其标定界面如图8,竖向为其标准值,轴向是被标定传感器的实际值,得出的曲线为其标定曲线。

    

图6 荷重传感器                 图7压力传感器

         图8标定界面

仪器选择:选择要标定传感器的仪器。

通道选择:选择需要标定的传感器的通道。一号通道-轴向荷重传感器,二号通道-侧压压力传感器,三号通道-孔压压力传感器。

量程:需要标定的传感器的总量程

自动分段:点击对总量程进行等量分段,默认分五个点进行标定。

上传参数:从采集板上传当前传感器的标定参数。

下载参数:将标定好的参数写入采集板。

2)标定参数

               荷重传感器标定参数

               压力传感器标定参数

 

4  试验操作步骤

1、试验前准备

①打开电脑预热10min进入显示界面。

②将乳胶膜两端从液压腔的内部向外翻起翻起,并使乳胶膜绷紧拉直,盖上两端压环(密封环),并且四个螺栓用力均匀,使之形成液体密封腔。

③通过液压腔的两通阀门用注射器装满无气泡水数次注入腔体,并同时将腔体内空气吸出,反复注水、排出气泡,确保腔内无气泡,关闭两通阀。

④在装土之前先将乳胶膜水由两通阀和注射器

抽取部分的水,使乳胶膜产生内凹,这样装土时土与乳胶膜减少摩擦,以免扰动土样。

⑤在土样两端贴上滤纸,将环刀刀口向上,对准K0容器中心定位槽,用传压活塞将土样推入K0容器。

⑥将K0容器置于加荷平台上面,对准力传感器的中心。

⑦连接检测仪的液压传感器、拉压力传感器各电缆线。

⑧在试验前先使土样周围乳胶膜和液体水贴紧,通过两通阀和注射器将无气泡水稍稍注入液压腔使σ3在5kPa左右,同时将加荷系统提升适当的位置使荷重传感器产生初应力为5kPa左右即可。

2、试验

①根据土性不同设定加荷速度驱动加荷开关进入试验。

②按两端排水的试验要求,加荷速度原则上应参照土工试验规程的三轴试验方法选择。但也可根据有关单位的实践经验:对于砂性土或者粉性土加荷速度可按0.2~0.1mm/min选择。对于粉质粘土按0.1~0.05mm/min左右选择,对于粘土或者淤泥质粘土可按0.05~0.01mm/min左右选择。(仅供参考)当然希望使用单位根据土的性质做些比较试验而定。

③试验过程中可在数显检测仪上看出σ3、σ1等物理量变化关系,也可在电脑上实时观察相关物理量的变化曲线。

④根据试验要求按一定格式填入表格模板中,其中工程名称、工程编号、土样编号、取土深度、土的名称以及试验人员日期和K0值打印出来。

⑤等试验结束,使电动机倒转,卸载的速度可按1.5mm/min左右选择,待土样容器可以外移时,将注射器通过两通阀输入较大的无气泡的液体压力,使土样直径变小,这样可容易取出土样。

⑥取出土样后用清水洗刷液压腔内壁的残留颗粒。

5  试验结果和相应曲线

  本试验根据标准砂,饱和砂,饱和扰动粘性土土样的不同应变速率进行K0试验,其试验结果如下:

                  标准干砂1号土样曲线

                  标准干砂2号土样曲线

     

      饱和砂1号土样曲线

      饱和砂2号土样曲线

                  饱和扰动粘性土1号土样曲线

                  饱和扰动粘性土2号土样曲线

          

6  结束语

1.智能等应变控制双联K0仪和智能应力应变单联K0仪适合于砂土,粉土,粘土类,人工填土,环境土等试验。

2.实践表明等应变控制双联K0仪和智能应力应变单联K0仪结构简单,操作方便,数据可靠,可大大提高工作效率,满足工程需要。

3、经实践表明在卸荷条件下提供建立超固结比与K0值关系,同时在K0条件下研究土的回弹模量,基床系数,也可以在等应变条件下研究测定压缩系数和压缩模量。

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