【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及巖土工程測試，尤其涉及一種水位變動條件下土體狀態的測量裝置及測量方法。
技術介紹
1、地下水位變動會導致地層土體在飽和狀態和非飽和狀態之間相互轉化，從而誘發一系列巖土工程問題。確定地層土體的有效應力狀態是揭示地下水位變動誘發地層力學響應擾動機理的前提。
2、地層土體是由土顆粒組成的多孔介質材料，有效應力是控制土體力學行為的一個基本本構變量，而有效應力又與土體的飽和度、孔隙水壓力和總應力有關?，F有技術中，一般僅能對飽和狀態（土體孔隙中僅有水而無空氣）下的土體進行有效應力狀態的檢測，但地下水位變動時土體孔隙中水與空氣的體積之比會發生改變，即飽和度是會發生變化的，所以其無法適用于水位變動條件下土體狀態的測量。
技術實現思路
1、為克服現有地層土體測量存在的無法適用于水位變動條件下土體狀態測量的技術缺陷，本專利技術提供了一種水位變動條件下土體狀態的測量裝置及測量方法。
2、本專利技術提供的水位變動條件下土體狀態的測量裝置，包括：
3、三維直角底座，其包括兩兩垂直的三個安裝板，且第一個安裝板設有穿線孔以作為穿線板，第二個安裝板設有第一貫穿孔以作為安裝側板，第三個安裝板作為安裝底板且上表面開設有安裝槽；
4、七面罩體，其包括三個正方形板、三個長方形板和一個正三角形板，三個正方形板分別平行于三個安裝板且每個正方形板的一組相鄰側壁分別固定于相垂直的兩個安裝板上，每兩個相垂直的正方形之間形成一個安裝空位，三個長方形板分別位于三個安裝空位內
5、土壤濕度傳感器，其嵌固在所述第一貫穿孔內且探針外伸于安裝側板，所述土壤濕度傳感器用以采集土體的體積含水率；
6、土壓力盒，其設有六個且分別嵌固在六個第二貫穿孔內，所述土壓力盒用以采集對應面的正壓力；
7、孔隙水壓力傳感器，其嵌固在所述第三貫穿孔內且用以采集土體的孔隙水壓力值；
8、工控板，其嵌固在所述安裝槽內，所述工控板設有八個電信號接收端和一個數字信號輸出端，八個電信號接收端分別通過線纜與土壤濕度傳感器、六個土壓力盒和孔隙水壓力傳感器連接，所述數字信號輸出端連接有線纜并從所述穿線孔引出。
9、可選的，所述安裝底板與穿線板一體成型形成l型板。
10、可選的，所述安裝側板和穿線板皆為五邊形板以能適配所述七面罩體。
11、可選的，所述土壓力盒和孔隙水壓力傳感器皆為硅壓阻式壓力傳感器。
12、可選的，所述土壓盒的受力面外凸于所述正方形板的外表面或長方形板的外表面。
13、可選的，所述孔隙水壓力傳感器的透水面內凹于所述正三角形板的外表面。
14、本專利技術提供的測量方法，包括如下步驟：
15、s1.將工控板通過線纜與數據處理器連接；
16、s2.在監測軟件中輸入擬測位置處的孔隙比e以及土體的水力參數ad和m；
17、s3.將測量裝置放置于空氣中進行數據采集，根據采集值對傳感器反饋調節以完成初始化處理；
18、s4.制備模型地層，并將測量裝置放置在模型地層的擬測位置處，使安裝底板與重力方向垂直，然后進行數據采集，數據處理器根據采集值計算有效應力狀態，實時保存并顯示；
19、s5.對模型地層注水或排水，同步進行數據采集，數據處理器根據采集值計算有效應力狀態，實時保存并顯示。
20、可選的，數據處理器通過如下算法計算有效應力狀態：
21、1）根據下式計算地層土體中某一點的總應力狀態：
22、；
23、其中，、和分別表示位于三個正方形板上的土壓力盒所采集的正應力，、和分別表示位于三個長方形板上的土壓力盒所采集的正應力；
24、2）根據孔隙水壓力傳感器采集的孔隙水壓力值進行飽和度判斷：如果，則土體處于飽和狀態；如果，則土體處于非飽和狀態；
25、3）計算有效應力狀態：
26、如果土體處于飽和狀態，根據下式計算：
27、；
28、如果土體處于非飽和狀態，根據下式計算：
29、；
30、其中，表示土壤濕度傳感器采集的土體的體積含水率。
31、本專利技術提供的技術方案與現有技術相比具有如下優點：
32、本專利技術提供的水位變動條件下土體狀態的測量裝置，通過六個土壓力盒能夠采集土體內一點處在基于雙正交坐標系的六個面上的正應力，從而通過計算能夠得到該點處在基于三維直角坐標系的三個面上的切應力，進而能夠全面表征該點處的總應力狀態；通過孔隙水壓力傳感器能夠判斷土體的飽和度，然后根據總應力狀態結合孔隙水壓力傳感器采集的孔隙水壓力值能夠計算出飽和狀態下的有效應力狀態，根據總應力狀態結合土壤濕度傳感器采集的土體的體積含水率能夠計算出非飽和狀態下的有效應力狀態。本傳感器能夠全面檢測出土體的總應力狀態，然后根據總應力狀態計算有效應力狀態，結果準確度高；并且，本傳感器不但能夠適用于飽和狀態下的土體有效應力狀態檢測，還能適用于非飽和狀態下的有效應力狀態檢測，所以能夠適用于地下水位變動場景下的土體有效應力狀態檢測。
33、本專利技術提供的測量方法因采用前述傳感器，所以具有前述好處。
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1.一種水位變動條件下土體狀態的測量裝置，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的水位變動條件下土體狀態的測量裝置，其特征在于，所述安裝底板（13）與穿線板（11）一體成型形成L型板。
3.根據權利要求2所述的水位變動條件下土體狀態的測量裝置，其特征在于，所述安裝側板（12）和穿線板（11）皆為五邊形板以能適配所述七面罩體（2）。
4.根據權利要求1所述的水位變動條件下土體狀態的測量裝置，其特征在于，所述土壓力盒（4）和孔隙水壓力傳感器（5）皆為硅壓阻式壓力傳感器。
5.根據權利要求1至4任一項所述的水位變動條件下土體狀態的測量裝置，其特征在于，所述土壓盒的受力面（41）外凸于所述正方形板（21）的外表面或長方形板（22）的外表面。
6.根據權利要求1至4任一項所述的水位變動條件下土體狀態的測量裝置，其特征在于，所述孔隙水壓力傳感器（5）的透水面（51）內凹于所述正三角形板（23）的外表面。
7.一種如權利要求1至6任一項所述的水位變動條件下土體狀態的測量裝置的測量方法，其特征在于，包括如下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種水位變動條件下土體狀態的測量裝置，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的水位變動條件下土體狀態的測量裝置，其特征在于，所述安裝底板（13）與穿線板（11）一體成型形成l型板。
3.根據權利要求2所述的水位變動條件下土體狀態的測量裝置，其特征在于，所述安裝側板（12）和穿線板（11）皆為五邊形板以能適配所述七面罩體（2）。
4.根據權利要求1所述的水位變動條件下土體狀態的測量裝置，其特征在于，所述土壓力盒（4）和孔隙水壓力傳感器（5）皆為硅壓阻式壓力傳感器。
5.根據權利要求1至4...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李曉強，段偉，董曉強，張希棟，姚鑫，崔雯雯，
申請(專利權)人：太原理工大學，
類型：發明
國別省市：
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