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。