采用落下式圆球状碰撞体的动力测试方法及其突破性应用 [复制链接]

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只看楼主倒序阅读使用道具楼主发表于: 2015-09-22

落下式测试技术，由于其操作方便并能够提供较大的冲击荷载，因此在现场快速检测中得到了较为广泛的应用。在当今比较常用的几种方法中，根据垫板的有无又可分为有垫板式（如Evd、PFWD）和无垫板式（如キャスポル，CASPL）。而落下机构则无一例外的采用圆柱式的落下机构。

下表比较了垫板的有无及碰撞体形状的优缺点。

表1 落下机构的对比（垫板的有无）

垫板	有	无
优点	受力面积明确，易于分析；易与现行的载荷板试验对应；	应变较大，适用土体范围较广；无垫板的跳板等因素影响；
缺点	应变小，难以适用于坚硬土体和强度测试；垫板本身有惯性力，易发生跳板现象，影响测试精度；	当材料表面不平时，受力面积有一定的变化；一般受力面积较小，与K30等载荷试验不对应；

表2 落下机构的对比（碰撞体的形状）

碰撞体	圆柱式	圆球式
优点	受力面积相对明确，易于分析；	应变大，适用土体范围更广，且适合于强度测试；落下过程中不会发生倾斜；
缺点	应变较小，适用土质范围受限且不适合强度测试；落下过程中会发生倾斜，常需要导轨；填土表面不平时误差较大。	理论分析困难；

由此可见，采用无垫板、圆球式落下碰撞体在测试应变、适用范围等方面有明显的优势，而且适用于材料的强度测试。而其劣势则主要体现在理论分析的难度方面，而这恰恰是本项目所需要研究的内容。
需要指出的是，落球式测试方法早在上世纪60年代即被提出。其具体方法是用铅球或钢球从一定的高度落下，通过量测球体砸出的凹坑的直径来推算土体的力学特性。从本质上讲，该方法与落球式岩土变形特性的测试基本一致，但有以下明显的缺陷：
①     凹坑直径量测的误差较大。特别是坚硬土体，凹坑直径本来就很小，其量测的微小误差即可导致推算结果的很大差异；
②     采用的是经验公式。当材料、球体以及落下高度发生变化时，相关公式需要重新标定和拟合。
为了取长补短，弥补其测试缺陷，升拓公司提出了基于Hertz的变形特性测试技术，虽然也是采用落球体，但在以下方面有显著的进步：
①     将传感器内置于球形碰撞体中，通过电子技术直接测试球体的碰撞过程，进而积分成相应的变形。较之量测凹坑的直径，测试精度有了飞跃性的提高。
②     基于Hertz冲击理论，从理论上明确了冲击过程与材料变形特性之间的关系，从而大大拓展了应用范围和测试精度。