一种土体地应力测量装置的制作方法

1.本实用新型涉及岩土工程技术领域，特别是涉及一种土体地应力测量装置。


背景技术：

2.随着城市地下空间的利用及地下轨道工程的发展，越来越多的城市开始建造的地下交通网。但是建造地下交通需要先测量当地土质的地应力，并且我国地域辽阔、岩土类别多、分布广，软粘土、黄土、膨胀土、盐渍土、红粘土、有机质土等都有较大范围的分布。如我国软粘土广泛分布在天津、连云港、上海、杭州、宁波、温州、福州、湛江、广州、深圳、南京、武汉、昆明等地。人们已经发现上海粘土、湛江粘土和昆明粘土的工程性质存在较大差异。因此并不能照搬其他地方的土体性质。
3.应力是指赋存于岩土体当中的应力，可以分为自重应力和构造应力。初始地应力的测定对于基础工程与地下工程有着十分重要的意义。目前地应力测试一般都在基坑或洞室开挖出露之后进行，提前准确获取土层中地应力的途径少之又少。对于岩体结构，地应力测试方法有应力解除法、应力恢复法和水压致裂法3种。其中，前两种方法适用于出露的岩体，而后一种方法则明显不适用于土质地层。另外现有技术中地应力测试的声发射率法、声波法、地震波法和电阻率法尚处于研究当中，而且测试装置成本过高。
4.初始地应力的获取对于数值计算也有着非常重大的意义，当前土质地层工程结构数值计算中，一般先根据土层参数计算土的自重应力，再根据经验考虑一定的侧压力系数k，来确定侧向土压力(水平向地应力)。而侧向土压力对于地下结构的稳定起着关键性影响。由于，无法准确确定侧向土压力，数值计算结果往往也失之偏颇，无法准备、合理地反映地下结构的受力特性。但目前对于土中水平向地应力的测试并无行之有效且简便的装置，例如，公布号为cn111855037a，公开了一种地应力测量装置，它包括盒体(7)、可变电阻器(5)、筒套(4)、绝缘弹簧(6)和滑动指针(3)；在盒体(7)壁面外侧固定可变电阻器(5)，筒套(4)护套在可变电阻器(5)外围，筒套(4)口部与盒体壁面之间装有绝缘弹簧(6)，筒套(4)内壁设有与可变电阻器(5)接触的滑动指针(3)，滑动指针(3)有导线引出端。当受到采动应力影响，岩体受到变形，引起套筒顶面受力变化，绝缘弹簧6的伸缩引起筒套4位移，进而通过筒套上的滑动指针3接触可变电阻器5向外输出检测值，将检测的电阻变化转化为工程岩土的应力变化。上述装置存在结构复杂，使用过程中指针等部件易损坏等问题。因此，如何提供一种测试效果较好、测试方法简便、且成本低廉的土质地层地应力测试装置，是本领域技术人员急需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本实用新型提供了一种土体地应力测量装置。一种简便的、易操作的、较精确测量出土体地应力的仪器，该装置结构简单成本低。
6.本实用新型提供了如下方案：
7.一种土体地应力测量装置，包括：
8.第一半球形钢制壳体以及第二半球形钢制壳体，所述第一半球形钢制壳体的内径大于所述第二半球形钢制壳体的外径；
9.连接弹簧，所述连接弹簧的两端分别与所述第一半球形钢制壳体内凹面以及所述第二半球形钢制壳体的内凹面相连；
10.电阻式位移传感器，所述电阻式位移传感器的轴向与所述连接弹簧的伸缩方向同向布置且分别与所述第一半球形钢制壳体内凹面以及所述第二半球形钢制壳体的内凹面相连。
11.优选地：所述第一半球形钢制壳体以及所述第二半球形钢制壳体各自的内凹面分别连接有钢制垫块，所述连接弹簧的两端分别与钢制垫块相连。
12.优选地：所述电阻式位移传感器的两端分别与钢制垫块相连。
13.优选地：所述电阻式位移传感器的两端分别通过支杆与钢制垫块相连。
14.优选地：所述第一半球形钢制壳体、所述第二半球形钢制壳体、所述垫块、所述弹簧以及所述支杆的材质均为高合金钢。
15.优选地：所述第一半球形钢制壳体的内径大于所述第二半球形钢制壳体的外径0.8
‑
1.2厘米。
16.优选地：所述第一半球形钢制壳体的内径为15
‑
25厘米。
17.优选地：所述第一半球形钢制壳体以及所述第二半球形钢制壳体的壁厚为3
‑
5毫米。
18.根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：
19.通过本实用新型，可以实现一种土体地应力测量装置，在一种实现方式下，该装置可以包括第一半球形钢制壳体以及第二半球形钢制壳体，所述第一半球形钢制壳体的内径大于所述第二半球形钢制壳体的外径；连接弹簧，所述连接弹簧的两端分别与所述第一半球形钢制壳体内凹面以及所述第二半球形钢制壳体的内凹面相连；电阻式位移传感器，所述电阻式位移传感器的轴向与所述连接弹簧的伸缩方向同向布置且分别与所述第一半球形钢制壳体内凹面以及所述第二半球形钢制壳体的内凹面相连。本技术提供的土体地应力测量装置，将半球壳体所受的土体地应力转化为弹簧的压缩量，再转化为电阻式位移传感器的电信号传回接受仪器，再利用实验室所得到的参数进行分析计算，从而得出土体的地应力。采用高合金钢壳体套装形式可有效减小或避免外壳的变形对所测数据的影响，特别是在土体地应力较大的地方保持壳体的不变形十分重要。适用于地铁路线附近的土体地应力测量，特别是在对地铁安全性要求较高的地方。此外，该装置的使用方法简单，机理明确，成本较低，具有良好的推广前景。
20.当然,实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1是本实用新型实施例提供的一种土体地应力测量装置的结构示意图；
23.图2是本实用新型实施例提供的一种土体地应力测量装置的使用状态示意图；
24.图3是本实用新型实施例提供的一种土体地应力测量装置的使用状态另一示意图。
25.图中：第一半球形钢制壳体1、第二半球形钢制壳体2、连接弹簧3、电阻式位移传感器4、钢制垫块5、支杆6、推柄7。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.实施例
28.参见图1、图2、图3，为本实用新型实施例提供的一种土体地应力测量装置，该装置可以包括：
29.第一半球形钢制壳体1以及第二半球形钢制壳体2，所述第一半球形钢制壳体1的内径大于所述第二半球形钢制壳体2的外径；
30.连接弹簧3，所述连接弹簧3的两端分别与所述第一半球形钢制壳体1内凹面以及所述第二半球形钢制壳体2的内凹面相连；
31.电阻式位移传感器4，所述电阻式位移传感器4的轴向与所述连接弹簧3的伸缩方向同向布置且分别与所述第一半球形钢制壳体1内凹面以及所述第二半球形钢制壳体2的内凹面相连。
32.本技术实施例提供的第一半球形钢制壳体以及第二半球形钢制壳体均采用刚性较大的材质制作而成，在收到土体提供的应力作用后不会发生大的形变，有利于电阻式位移传感器对应力进行检测。为了进一步的保证弹簧以及电阻式位移传感器受力均匀，本技术实施例可以提供所述第一半球形钢制壳体1以及所述第二半球形钢制壳体2各自的内凹面分别连接有钢制垫块5，所述连接弹簧3的两端分别与钢制垫块5相连。所述电阻式位移传感器4的两端分别与钢制垫块5相连。所述电阻式位移传感器4的两端分别通过支杆6与钢制垫块5相连。所述支杆的材质为高合金钢。
33.进一步的，所述第一半球形钢制壳体1的内径大于所述第二半球形钢制壳体2的外径0.8
‑
1.2厘米。所述第一半球形钢制壳体1的内径为15
‑
25厘米。所述第一半球形钢制壳体1以及所述第二半球形钢制壳体2的壁厚为3
‑
5毫米。
34.本技术提供的装置采用两个刚性很大的钢制半球，两个半球的大小略有差别，在两半球内壁各焊接一个刚性很大的钢制垫块，在两个垫块上半部分焊接两个支杆用来固定电阻式位移传感器，下半部分焊接一个刚性较大的连接弹簧。
35.上述半钢球、垫块、弹簧以及支杆均可由45mn高合金钢制成。
36.上述垫块可以为长6
‑
8cm，厚2cm的长方体和与其对应半球的形状的钢块焊接而成。
37.上述半球形钢制壳体的壁厚可以为3
‑
5mm，大半球形钢制壳体的内径15
‑
25cm，小半球形钢制壳体的外径为(大半球内径
‑
1)cm。
38.上述电阻式位移传感器可采用例如直线位移传感器
39.电阻式位移传感器参数如下：
40.量程：可选用10
‑
125mm(如若大量程位移传感器无法装入半球中可适当增大半球半径)
41.线性精度：
±
0.1％
42.电阻：2k～5k
43.机械行程：行程
±
3mm
44.最大工作速度：5m/s
45.建议使用电流：≤1ma
46.使用温度范围：
‑
60℃
‑
150℃
47.输出类型：0
‑
100％给定输入工作电压(随位移变化而变化)
48.上述装置使用前应在实验室经过以下调整步骤：
49.(1)在实验室测定弹簧的弹性模量等相关参数；
50.(2)确定弹簧小半球边缘套装在大半球内；
51.(3)安装完成后将仪器安装在试夹上测试其性能如可移动的最大量程；是否可以无阻力自由移动。
52.(4)记录初始值，然后施加外力并记录位移传感器的数值变化，然后对位移大小与所加外力大小进行分析得出其对应关系。
53.该装置在使用方法如下：
54.(1)根据地质条件、桩径及桩长，在土体上采用一种对地层扰动小的钻孔方式成孔；
55.(2)将孔钻好后插入刚好可以放入该装置的钢管，将仪器中的位移传感器连接至显示屏，然后将仪器放入钢管中；
56.(3)用推柄7将该装置推出钢管送到指定位置；
57.(4)待仪器放好后开始记录位移传感器数据。
58.总之，本技术提供的土体地应力测量装置，将半球壳体所受的土体地应力转化为弹簧的压缩量，再转化为电阻式位移传感器的电信号传回接受仪器，再利用实验室所得到的参数进行分析计算，从而得出土体的地应力。采用高合金钢壳体套装形式可有效减小或避免外壳的变形对所测数据的影响，特别是在土体地应力较大的地方保持壳体的不变形十分重要。适用于地铁路线附近的土体地应力测量，特别是在对地铁安全性要求较高的地方。此外，该装置的使用方法简单，机理明确，成本较低，具有良好的推广前景。
59.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
60.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范
围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。