(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211278839.2 (22)申请日 2022.10.19 (71)申请人 山东大学 地址 250061 山东省济南市历下区经十路 17923号 申请人 重庆大学　中南大学　 浙江理工大 学 (72)发明人 崔新壮　杜业峰　金青　肖源杰　 刘念武　周航　张圣琦　郝建文　 包振昊　李向阳　张小宁　 (74)专利代理 机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 372 21 专利代理师 陈晓敏 (51)Int.Cl. E02D 1/08(2006.01)G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 土体全应力、 孔压和累积变形多场耦合测量 装置及方法 (57)摘要 本发明公开了一种土体全应力、 孔压和累积 变形多场耦合测量装置及方法， 该装置可以一次 性获取火车、 汽车、 飞机荷载作用下路基 （或道 基） 三维应力分布、 累积变形和孔隙水压力等关 键设计指标， 根据所测得的6个方向 的正应力， 可 以求出测点的全应力分量， 从而对 该测点的主应 力轴旋转和应力路径变化情况提供一手现场测 试数据， 有利于开展对土体主应力轴旋转产生的 “揉搓”效应的研究， 对路基地基的抗动力变形能 力的精确评价具有至关重要的意 义。 权利要求书2页 说明书11页 附图4页 CN 115354642 A 2022.11.18 CN 115354642 A 1.土体全应力、 孔压和累积变形多场耦合测量装置， 其特征在于， 包括多功能传感器， 所述的多功能传感器包括一个柔性空心基座， 所述柔性空心基座的顶面为正方形， 沿着正 方形四个边斜向下形成的面为梯形面， 在四个梯形面上均预留有出线孔， 在正方形顶面和 其余的八个面上均预留圆形卡槽， 位于正方形顶面的圆形卡槽内安装累积变形测量装置， 与相邻的两个梯形面共边且与正方形顶面共角形成的四个面中， 其中一个面用于安装孔隙 水压力传感器， 柔性空心基座其他剩余的六个面上各安装一个压阻式土压力传感器， 所有 传感器的导线从所述的出线孔引出， 各个传感器固定在对应的面。 2.如权利要求1所述的土体全应力、 孔压和累积变形多场耦合测量装置， 其特征在于， 所述的累积 变形测量装置包括绝缘外壳、 弹簧、 外部细杆、 承压板、 初 级绕组线圈、 第一次级 绕组线圈、 第二次级绕组线圈、 内部铁芯； 所述的承压板通过弹簧与绝缘外壳的一端相连， 外部细杆的一端连接在 承压板上， 另一端穿过绝缘外壳的端部延伸至绝缘外壳内与内部铁 芯相连， 在内部铁芯上套装有初 级绕组线圈， 初级绕组线圈连接电压输入端口， 在初 级绕组 线圈的两侧分别设置第一次级绕组线圈和第二次级绕组线圈， 且第一次级绕组线圈、 第二 次级绕组线圈串联在一 起。 3.如权利要求1所述的土体全应力、 孔压和累积变形多场耦合测量装置， 其特征在于， 还包括辅助安装装置， 在辅助安装装置的端部带有两个插销， 所述的两个插销插装在柔性 空心基座的底座上。 4.如权利要求1所述的土体全应力、 孔压和累积变形多场耦合测量装置， 其特征在于， 在柔性空心基座空缺的预留圆形卡槽上还安装有备用土 压力传感器。 5.如权利要求1所述的土体全应力、 孔压和累积变形多场耦合测量装置， 其特征在于， 所述的多功能传感器包括多个， 每 个多功能传感器的导线与动态数据采集仪连接 。 6.如权利要求1 ‑5任一所述的土体全应力、 孔压和累积变形多场耦合测量装置的测量 方法， 其特 征在于， 如下： 步骤1.在多功能传感器埋设之前， 通过正方形顶面的插孔和梯形侧面的出线孔向柔性 空心基座内部填充土壤， 保证传感器内外 两侧均与土体接触； 步骤2将多功能传感器埋设在土体内的目标位置， 多功能传感器埋设过程中正方形顶 面向上并固定； 当填土完全覆盖并高出多功能传感器一定高度后， 进 行土体夯 实， 将填土夯 实至接近于原始状态； 步骤3所有多功能传感器完全布设完成后， 将每个多功能传感器的导线与动态数据采 集仪连接， 读取每个传感器的测量数值， 所测得的数据包括6个方向上的正应力、 累积变形 和孔隙水压力。 7.如权利要求6所述的土体全应力、 孔压和累积变形多场耦合测量装置的测量方法， 其 特征在于； 所述的步骤2采用钻孔法安装多功能传感器， 步骤如下： 将多功能传感器上的累积变形装置取下， 待钻孔完成后， 使用辅助安装装置进行传感 器埋设， 将每个固定在柔性空心基座上 的各种传感器的导线从内部穿过辅助安装装置， 然 后将辅助安装装置端部的插销插入到柔性空心基座顶面的两个插孔中， 将多功能传感器与 辅助安装装置连接固定， 然后用辅助安装装置将多功能传感器放置在钻孔内的目标位置， 取出辅助安装 装置， 并对 钻孔进行分层回填、 分层压实。 8.如权利要求6所述的土体全应力、 孔压和累积变形多场耦合测量装置的测量方法， 其权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115354642 A 2特征在于： 根据测得 的7个方向的正应力σ1、 σ2、 σ3、 σ4、 σ5、 σ6 ， 求出该点的全部应力 分量σx、 σy、 σz、 τxy、 τxz、 τyz， 如下： 。 9.如权利要求6所述的土体全应力、 孔压和累积变形多场耦合测量装置的测量方法， 其 特征在于； 根据所测得的全应力分量以及孔隙水压力， 计算土单 元有效应力和偏应力， 即： 其中，σ’为有效应力， μ为孔隙水压力， 由传感器测量得到； σ为总应力， 也可由传感器测 量得到；qs为偏应力， σ1max和σ3max分别是最大主应力 σ1和最小主应力 σ3的极值， 最大主应力 σ1 和最小主应力σ3由以下公式计算得到： 。 10.如权利要求9所述的土体全应力、 孔压和累积变形多场耦合测量装置的测量方法， 其特征在于； 根据试验实测数据， 拟合得到累积 变形预测模型相关参数， 累积 变形预测模型 为Chai－Miura模型， 即： 其中，εp为土体累 积变形，qd为动荷载强度；qs为偏应力；  N为荷载作用次数； a、b、m、n为 材料常数， 与土体性质有关； qf为不排水抗剪强度公式， 通过 下面公式计算： 其中， 、 同过对土体进行取样分析得到； K0根据 、 求得； 为竖向正应力 测量值； 通过模型试验， 即可得到土体累积变形预测模型， 将结果进行回归分析， 确定参数 a、b、m、n， 以此对C hai－Miura模型进行修 正和参数确定 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115354642 A 3