基于FBG及全流触探的软黏土早期触变强度测试及装置的制作方法

文档序号:19490234发布日期:2019-12-24 13:40阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于fbg及全流触探的软黏土早期触变强度测试装置,其特征在于,该基于fbg及全流触探的软黏土早期触变强度测试装置包括基座及固定装置(1)、增高支柱(2)、滚珠丝杆线性导轨(3)、电动机(4)、滑块(5)、转向l型刚接头(6)、受力丝线(7)、fbg光纤光栅(8)、fbg激光入射端(9)、fbg光纤输出端(10)、球型探头(11)、土样器皿(12)、光纤光栅解调仪(13)和位移测量仪(14);

所述的基座及固定装置(1)、增高支柱(2)、滚珠丝杆线性导轨(3)、电动机(4)、滑块(5)和转向l型刚接头(6)为该测试装置的主体承载部分;基座及固定装置(1)包括基座和固定装置,固定装置固定在基座上,用于支撑和固定其他部分;增高支柱(2)为l型,其一端固定在基座上,另一端固定在滚珠丝杆线性导轨(3)上,其中间部分与固定装置刚接;滚珠丝杆线性导轨(3)竖直固定安装在固定装置的上表面,其进一步与位移测量仪(14)连接,用于测量和记录测试装置的位移;电动机(4)安装在滚珠丝杆线性导轨(3)的上表面,为测试装置提供动力,电动机(4)通过c、d端分别外连至电机控制器,并进一步由计算机控制;滑块(5)穿过滚珠丝杆,在滚珠丝杆线性导轨(3)上滑动;滑块(5)前端安装转向l型刚接头(6);

所述的受力丝线(7)、fbg光纤光栅(8)、fbg激光入射端(9)、fbg光纤输出端(10)、球型探头(11)、土样器皿(12)、光纤光栅解调仪(13)和位移测量仪(14)为测试装置的测量部分;转向l型刚接头(6)下表面固定有受力丝线(7);受力丝线(7)连接fbg光纤光栅(8),fbg光纤光栅(8)端部连接有球型探头(11);fbg光纤光栅(8)分为上端的fbg激光入射端(9)和下端的fbg光纤输出端(10),均与光纤光栅解调仪(13)连接,将光信号转变为电信号并获得相应应力应变信息;土样器皿(12)放置在基座表面,保证球型探头(11)位于土样器皿(12)的正上方。

2.一种基于fbg及全流触探的软黏土早期触变强度测试方法,其特征在于,步骤如下:

(1)首先根据塑性全流动理论算得球型探头(11)所受阻应力qball,再根据近似公式算得软黏土不排水抗剪强度su;

(2)光纤布拉格光栅应力换算

在已知fbg光纤光栅(8)反射中心波长λ、光栅有效折射率neff和光栅周期λ的前提下,计算得到fbg的轴向应变值;

(3)根据胡克定律,得到fbg的应力变化量;

(4)以受力丝线(7)代替直杆,简化实测球型探头(11)所受阻应力qr计算公式,得到球型探头(11)所受阻应力qball的简化公式:

qball=qr

(5)本测试装置所测软黏土强度计算式为:

其中,ea为光纤材料的弹性模量,δλ为fbg的中心波长漂变量,λ为原fbg的中心波长,pε为光纤材料的弹光系数,nball为球型探头(11)阻力系数,su为软黏土不排水抗剪强度。


技术总结
本发明属于土木工程技术领域,提供了基于FBG及全流触探的软黏土早期触变强度测试及装置。该装置包括基座及固定装置、增高支柱、滚珠丝杆线性导轨、电动机、滑块、转向L型刚接头、受力丝线、FBG光纤光栅、FBG激光入射端、FBG光纤输出端、球型探头、土样器皿、光纤光栅解调仪和位移测量仪;以受力丝线代替直杆,简化实测球型探头所受阻应力qr计算公式,使现有塑性全流动理论的计算公式得到简化。由于T型全流动触探测试基于塑性全流动理论,当其上限解等于下限解时取得塑性理论解,故得到较为可信的理论解。FBG应变传感器还具有体积小、重量轻、耐腐蚀等多项优势,可以在对于原状土尽可能小的扰动下更为精确地测量其剪切强度。

技术研发人员:裴华富;田世豪;孙安元;宋怀博;朱鸿鹄;杨庆
受保护的技术使用者:大连理工大学
技术研发日:2019.10.31
技术公布日:2019.12.24
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