摘  要：智能應力應變控制K₀試驗儀融入了現代化的控制與制造，主要解決工程中K₀系數的測定，我們可以采用應力應變不同工作模式進(jìn)行試驗，實(shí)現K₀系數，回彈系數，以及基床系數的測定。

0  引言

K₀系數是與巖土固結試驗密切相關(guān)的基礎的參數之一，采用該參數可用以計算地下建筑物、構筑物、檔土墻的靜止側壓力。隨著(zhù)地下空間的開(kāi)發(fā)，地下工程迅猛發(fā)展，大量的高層建筑地下室、地下隧道、地鐵工程、大中小水電站勘察設計，以及邊坡等土壓力的計算都需要提供靜止側壓力系數K₀值。K₀試驗越來(lái)越被工程界所重視。

過(guò)去我們采用杠桿加載方式，人工采集，計算的傳統方法進(jìn)行K₀系數測試，效率低下，費時(shí)費工。近幾年來(lái)由于科技的發(fā)展，自動(dòng)化，智能化得到相當廣泛的應用，人們不斷創(chuàng )新和發(fā)展，一些人工智能的儀器也漸漸的被推廣開(kāi)來(lái)。

本文根據*理論和大量反響良好的實(shí)驗經(jīng)驗，同時(shí)結合我國土工試驗的現實(shí)技術(shù)及運用國情，設計研制成功了一種智能等應變控制雙聯(lián)K₀儀。該儀器的研制是利用現代化的測試手段，多用途多方法的創(chuàng )新思路，積極服務(wù)于我國各個(gè)行業(yè)廣泛的巖土工程建設與土工試驗的需求。該儀器可以實(shí)現應力式試驗、和應變式試驗兩種方式，還可以測定孔隙水壓力，進(jìn)行固結消散試驗。

1  基本原理：

靜止側壓力系數K₀，是指單元土體在無(wú)側向應變(ε_x=ε_y=0)條件下，有效側向壓力σ₃（或稱(chēng)小主應力）與有效豎向壓力σ₁（或稱(chēng)大主應力）的比值。計算公式為K₀＝σ₃/σ₁或K₀＝⊿σ₃/⊿σ₁,同時(shí)，根據K₀值可換算土的泊桑比µ值，即µ=K₀/1+K₀ ，本智能等應變控制雙聯(lián)K₀儀（以下簡(jiǎn)稱(chēng)儀器）就是這樣一種可高效實(shí)現全自動(dòng)跟蹤檢測并實(shí)時(shí)記錄K₀變化曲線(xiàn)的新型巖土工程試驗儀器，同時(shí)可兼容單聯(lián)應力控制K₀試驗。

圖1 智能等應變控制雙聯(lián)K₀儀

 圖2 智能應力應變單聯(lián)K₀儀

2  儀器的改進(jìn)

 目前土工試驗室普遍使用的傳統K₀結構如圖3所示，主要包括：K₀容器，杠桿加載機構，反力架組成。

智能等應變控制雙聯(lián)K₀儀采用步進(jìn)電機加載裝置替代原有的杠桿加荷裝置，實(shí)現了豎向的自動(dòng)控制，使用精密的力傳感器測量系統替代加砝碼的繁瑣計算，用數字化采集數據替代人工記錄數據，實(shí)現了數字記錄的自動(dòng)化；對K₀容器進(jìn)行了一系列創(chuàng )新和改進(jìn)，有效的保證了試驗數據的準確性；智能等應變控制雙聯(lián)K₀儀配有自動(dòng)化采集、控制、處理系統，實(shí)現了試驗的自動(dòng)化。智能等應變控制雙聯(lián)K₀儀加載和測量機構（圖4）和新型K₀容器結構（圖5）如下： 

       圖4加載和測量機構   

         圖5 K₀容器

3  儀器的主要參數及相關(guān)標定手段和標定曲線(xiàn)

3.1.1技術(shù)指標

土樣：直徑61.8mm高4cm 面積30cm²

豎向加載荷重：0-10KN

加載速度：0-4mm/min

加載行程程：0-20mm

加載方式：分級應力加載，恒速等應變加載

軸壓傳感器：0~3000N

分辨率：1N

線(xiàn)性誤差：＜0.3%

綜合誤差：≤0.5%

側向壓力傳感器：0~1000kPa

分辨率：1kPa

線(xiàn)性誤差：＜0.3%

綜合誤差：≤0.5%

3.1.2相關(guān)標定手段

1）傳感器標定

用測量機構檢測的標準荷重傳感器（圖6）和標準壓力傳感器（圖7）分別來(lái)標定K₀是豎向荷重傳感器和側向壓力傳感器，其標定界面如圖8，豎向為其標準值，軸向是被標定傳感器的實(shí)際值，得出的曲線(xiàn)為其標定曲線(xiàn)。

圖6 荷重傳感器                 圖7壓力傳感器

         圖8標定界面

儀器選擇：選擇要標定傳感器的儀器。

通道選擇：選擇需要標定的傳感器的通道。一號通道-軸向荷重傳感器，二號通道-側壓壓力傳感器，三號通道-孔壓壓力傳感器。

量程：需要標定的傳感器的總量程

自動(dòng)分段：點(diǎn)擊對總量程進(jìn)行等量分段，默認分五個(gè)點(diǎn)進(jìn)行標定。

上傳參數：從采集板上傳當前傳感器的標定參數。

下載參數：將標定好的參數寫(xiě)入采集板。

2）標定參數

               荷重傳感器標定參數

               壓力傳感器標定參數

4  試驗操作步驟

1、試驗前準備

①打開(kāi)電腦預熱10min進(jìn)入顯示界面。

②將乳膠膜兩端從液壓腔的內部向外翻起翻起，并使乳膠膜繃緊拉直，蓋上兩端壓環(huán)（密封環(huán)），并且四個(gè)螺栓用力均勻，使之形成液體密封腔。

③通過(guò)液壓腔的兩通閥門(mén)用注射器裝滿(mǎn)無(wú)氣泡水數次注入腔體，并同時(shí)將腔體內空氣吸出，反復注水、排出氣泡，確保腔內無(wú)氣泡，關(guān)閉兩通閥。

④在裝土之前先將乳膠膜水由兩通閥和注射器

抽取部分的水，使乳膠膜產(chǎn)生內凹，這樣裝土時(shí)土與乳膠膜減少摩擦，以免擾動(dòng)土樣。

⑤在土樣兩端貼上濾紙，將環(huán)刀刀口向上，對準K₀容器中心定位槽，用傳壓活塞將土樣推入K₀容器。

⑥將K₀容器置于加荷平臺上面，對準力傳感器的中心。

⑦連接檢測儀的液壓傳感器、拉壓力傳感器各電纜線(xiàn)。

⑧在試驗前先使土樣周?chē)槟z膜和液體水貼緊，通過(guò)兩通閥和注射器將無(wú)氣泡水稍稍注入液壓腔使σ3在5kPa左右，同時(shí)將加荷系統提升適當的位置使荷重傳感器產(chǎn)生初應力為5kPa左右即可。

2、試驗

①根據土性不同設定加荷速度驅動(dòng)加荷開(kāi)關(guān)進(jìn)入試驗。

②按兩端排水的試驗要求，加荷速度原則上應參照土工試驗規程的三軸試驗方法選擇。但也可根據有關(guān)單位的實(shí)踐經(jīng)驗：對于砂性土或者粉性土加荷速度可按0.2~0.1mm/min選擇。對于粉質(zhì)粘土按0.1~0.05mm/min左右選擇，對于粘土或者淤泥質(zhì)粘土可按0.05~0.01mm/min左右選擇。（僅供參考）當然希望使用單位根據土的性質(zhì)做些比較試驗而定。

③試驗過(guò)程中可在數顯檢測儀上看出σ₃、σ₁等物理量變化關(guān)系，也可在電腦上實(shí)時(shí)觀(guān)察相關(guān)物理量的變化曲線(xiàn)。

④根據試驗要求按一定格式填入表格模板中，其中工程名稱(chēng)、工程編號、土樣編號、取土深度、土的名稱(chēng)以及試驗人員日期和K₀值打印出來(lái)。

⑤等試驗結束，使電動(dòng)機倒轉，卸載的速度可按1.5mm/min左右選擇，待土樣容器可以外移時(shí)，將注射器通過(guò)兩通閥輸入較大的無(wú)氣泡的液體壓力，使土樣直徑變小，這樣可容易取出土樣。

⑥取出土樣后用清水洗刷液壓腔內壁的殘留顆粒。

5  試驗結果和相應曲線(xiàn)

  本試驗根據標準砂，飽和砂，飽和擾動(dòng)粘性土土樣的不同應變速率進(jìn)行K₀試驗，其試驗結果如下：

                  標準干砂1號土樣曲線(xiàn)

                  標準干砂2號土樣曲線(xiàn)

      飽和砂1號土樣曲線(xiàn)

      飽和砂2號土樣曲線(xiàn)

                  飽和擾動(dòng)粘性土1號土樣曲線(xiàn)

                  飽和擾動(dòng)粘性土2號土樣曲線(xiàn)

6  結束語(yǔ)

1.智能等應變控制雙聯(lián)K₀儀和智能應力應變單聯(lián)K₀儀適合于砂土，粉土，粘土類(lèi)，人工填土，環(huán)境土等試驗。

2.實(shí)踐表明等應變控制雙聯(lián)K₀儀和智能應力應變單聯(lián)K₀儀結構簡(jiǎn)單，操作方便，數據可靠，可大大提高工作效率，滿(mǎn)足工程需要。

3、經(jīng)實(shí)踐表明在卸荷條件下提供建立超固結比與K₀值關(guān)系，同時(shí)在K₀條件下研究土的回彈模量，基床系數，也可以在等應變條件下研究測定壓縮系數和壓縮模量。