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土的三维应力测试技术

更新时间:2024-03-15浏览:84次
在地基承载力、边坡稳定性和土体变形研究等岩土工程问题中,人们往往将三维应力简化为二维应力或其他特殊应力。这种简化主要基于现有测试手段的局限性,必将降低人们的认识水平和解决问题的能力。

一维应力状态和平面应力状态在自然界中很难遇到,而三维应力在土木工程中是普遍存在的。但三维应力的测试一直存大困难,因此人们常常将三维应力状态理想化为一维应力状态,并用单向土压力盒测试。在地基承载力、边坡稳定性和土体变形研究等岩土工程问题中,人们往往将三维应力简化为二维应力或其他特殊应力。这种简化主要基于现有测试手段的局限性,必将降低人们的认识水平和解决问题的能力。

物理量的存在是客观的,但物理量的表示是主观的。客观存在的应力其表示方法也是主观的,常规的三维应力表示方法是3个正应力+3个剪应力。对于各向同性材料来说,既可以用3个主应力表示,也可以用八面体应力表示,还可以用P、Q、应力罗德角的形式表示。

基于对3个正应力+3个剪应力的三维应力可以用6个正应力表示的认识。我们发现通过测试6个不同方向上的正应力就可以得到这3个正应力和3个剪应力。并根据此三维土压力测试原理,已经开发出多种型号的三维土压力盒,分别适用于模型实验和原位测试等不同应用场景。

例如:

1、三维土压力测试技术在循环加卸载中的应用。将三维土压力盒应用到一个模型实验中。通过6个相同梯度、8个相同循环的加卸载试验,得到了土中连续的三维应力。可以看出,虽然每次的荷载条件一样,但土中的三维应力测试值并不一样。说明土中应力不但与外部荷载有关,还与土的性质有关。在此基础上,可以非常方便的得到相应的主应力和主方向。此外,还可进一步整理出侧向应力与竖向应力的关系,以及不同方向上的侧压力系数。

2、三维土压力测试技术还可应用于研究基坑开挖相关问题。比如:用以测试毗邻地铁隧道的基坑开挖对隧道和地下设施的影响。在基坑和隧道之间设置了两列六个测孔,每孔分别在7.5m和15m处布置三维土压力盒,以监测基坑开挖的影响。同时,在基坑内部和隧道内部设置位移监测点。通过2个月左右的监测,得到了所有测点三维应力状态变化过程,并在此基础上得到了大主应力、中主应力和小主应力变化规律及其路径。

3、三维土压力测试技术还可应用于测试冲击荷载引起的三维应力变化。比如:可用于测试夯击作用下土中的应力反应,以评估夯击效果。

4、三维土压力测试技术还可应用于测试碾压过程中土中应力反应。根据应力反应,可评价路基碾压效果,也可用于研究路基的长期应力演化规律以及路基的健康状况和稳定性。

5、三维土压力测试技术还可应用于测试山岭隧道掘进对周围岩土体的影响和掘进之后的应力松弛和演变过程。2022年将三维土压力盒应用于郑万高铁兴山老林岗隧道,包括超前埋设和掘后埋设两种方案共4个断面、12个孔位、24个测点。在测试过程中由于各个三维土压力盒的局部坐标系与整体坐标系均不相同,因此需要事先确定坐标转换和应力转换关系。经过半个月的监测,得到了掘进过程中周围岩土体的应力演化以及掘进之后的应力松弛过程。

6、三维土压力测试技术还可应用于地下爆炸引起的土体应力测试。

7、三维土压力测试技术还可应用桩基施工对环境影响研究,比如:旋喷桩施工对周围土体的影响。

8、三维土压力测试技术还可用于低温环境和冻胀效应测试。但要注意,应用于低温环境时要进行温度校正。原因在于土压力盒测试数据受温度变化影响较大,这一点与一维土压力盒是一样的,比如:电阻式、振弦式、压电式土压力盒应用于低温环境时,必须进行温度校正。


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