1. 研究目的与意义
土压力盒传感器在土层中所受的压力和土层中该点的真实压力是有所误差的，本文的主要目的是为了能够准确得出一部分影响因素对造成误差的影响曲线，包括刚度、尺寸及形状，以便能够得出更准确的数据。目前，国内外都在追寻一种更准确岩土体内应力、应变的检测方法来应用到实际工程中去，可以得到一系列可靠的数据，保证建筑设计的安全，避免更大的经济损失。因此本文将以土压力盒、应变计为例，基于abaqus开展土压力传感器的刚度、尺寸及形状对工程体应力场、应变场的干扰分析，以便找出岩土体内应力、应变传感器刚度、尺寸、形状的干扰场具体影响，能够在将来为研究人员以及施工人员提供参考。
本文是研究岩土体内应力、应变传感器刚度、尺寸、形状的我场干扰研究，在此基础之上查阅的国内外文献，了解了国内外研究现状。曾辉和余上江[1] 在土压力传感器中，从解析理论研究出发，提出了两次压陷等假定条件，推导出在 3种使用场合时的匹配误差计算公式；得出匹配误差计算公式中有关参数的确定方法或具体量值；给出了实用的匹配误差定量计算公式。并且他们[2]在之后的岩土压力传感器匹配误差特性中在介绍了岩土压力传感器匹配误差概念的基础上，论述了匹配误差的稳定性、等效性、真实性和实用性以及各特性之间的相关性。通过研究，他们几点重要的结论，包括稳定性是匹配误差特性的核心、保证稳定性的必要条件是传感器刚性饼状设计和等效匹配误差即使不真实也不影响实用性。其中曾辉[3]还单独发表过一篇论文来讲述岩土应力传感器匹配系数的等效性和真实性。他是从传感器所受外力形式和工作状态出发，对平动式和非平动式两大类传感器进行分析，并给出了指导实践的几点结论。刘宝有[4]是比较早从事国内土压力传感器研究的人。他在国内土压力传感器的研制概况一文中表明了我国对土压力传感器的研制自50年代末才开始。30年之后，出现了不同规格和工作原理的传感器。钢弦式和电阻应变式传感器较多，还有一些差动电阻式和平衡式土压力传感器。王兰花和王赫喆[5]等人利用光纤光栅精度高、体积小和耐腐蚀等优点设计出了一种新型光纤光栅压力传感器，并且通过理论和实验的的方式对此传感器的性能进行了校核。结果证明该传感器的温度自 补偿功能、线性度和重复性、总精度等都较好，能够满足工程实际的要求。陈富云和李川[6]等人采用双膜油腔结构研制了一种双膜式光纤 bragg光栅土压力传感器。通过偏压试验证明，此土压力传感器有效改善了与土压力传感器接触部分土压力分布不均的问题。通过荷载实验表明此传感器的灵敏度相当好。朱元广和刘泉声[7]等人利用rmt岩石力学试验系统对自行研发的三向压力传感器进行标定，了解三向压力传感器在实际应用中的测量特。然后研究了各个传感面的重复性和线性度来，得到各个传感面的标定系数。他们利用水泥砂浆浇筑立方体式样，用真三轴试验加载装置进行加载，得到了传感器随外部变化的规律。最后通过测得的数据描述了介质初始应力状态对三向压力传感器实测应力影响规律的数学关系。陈正汉和孙树国[8]总结了饱和土和非饱和土测试技术的进展，阐述了控制吸力的各种方法和提高测试精度的各种措施，对今后土压力的测量是宝贵的经验。张立祥, 罗强[9]等人针对双膜平动式土压力传感器的结构特点,建立了简化分析模型 ,基于正交设计对传感器与土介质的相互作用特性进行了有限元计算, 并通过标定试验验证了计算结果的合理性。魏永权，罗强[10]等人讨论了离心力场环境下微型土压力传感器与土介质相互作用引起的匹配误差特性，通过液体标定试验和离心力场中土介质标定试验，得到了微型土压力传感器在模量相对较大土介质中的非线性响应特征及其主要影响因素。邓斌和徐金芝[11]通过自由场应力波传播机理的研究，解决了现场测量中的传感器在深孔 中的安装定向，并研制成功了光电定向仪。并且也在施工现场进行了验证，且达到了要求。韦四江和王大顺[12]研究了微型土压力盒，并对此压力盒进行标定盒修正。他们的研究表明微型土压力盒的载荷系数k值与工作介质有很大关系，指出砂标k值偏差比厂家给定值小 50%左右,试验时需要对给定值进行修正，而粉体相差不大，可以直接采用厂家数据。李春林和陈青春[13]等人的研究表明土压力传感器埋置在土中使用时，在土中所受的压力不均匀，仅仅进行气标或油标是不够的。因此他们通过对直剪仪的改装，实现了传感器油标和砂标试验的比较，最终可以进行误差较小的传感器标定。李爱国和岳中琦[14]研究边坡性状随时间变化的一些重要问题时，进行了一场大型监测试验，系统地进行了土压力盒得到自动数字化监测。郭楠和陈正汉[15]等人改进了非饱和土三轴仪，为了探讨 k0预固结对土的强度及变形特性的影响，对对重塑 q3黄土做了两组共36个试验。在此研究结果的基础之上，提出了考虑 k0预固结、吸力和净围压三者综合影响的表观凝聚力、切线杨氏模量的修正计算公式，完善了非饱和土的增量非线性模型。柴敬和袁强[16]等人利用botda分布式光纤传感技术研究了岩层变形及垮落过程的分布式光纤检测与表征，解决采场模型试验中岩体内部变形状态难以测试、岩层运动过程难以描述的问题。通过试验显示了岩层垮落移动与分布式光纤测试结果呈明显的对应关系，揭示了岩层破断线发育状态、垮落角变化大小、岩层内部应力演化及岩层垮落从下向上的发展过程。池泽成和陈善雄[17]研究了合肥重塑膨胀土，用改进的三向缩胀仪进行了多项不同初始含水率与干密度的三向膨胀力试验，揭示了解膨胀土三向应力–应变的规律。王永洪和张明义[18]等人在静压桩贯入模型试验中，采用硅压阻式土压力和孔隙水压力传感器，深入地运用这两种传感器。结果显示了硅压阻式传感器适用于静压桩贯入模型试验。刘钢和罗强[19]希望提高土压力测试精度，因此利用了被认为是能克服了侧壁摩擦影响的环圈仪。通过试验对环圈仪减小侧壁摩擦的效果进行了验证，利用环圈仪进行标定试验得到的匹 配误差与理论计算结果吻合很好，验证了环圈仪标定土压力传感器技术的可靠性。汪益敏和闫岑[20]等人为探究荷载作用下软土地基直接拼接拓宽路堤受力和变形特征，利用自行设计制造的模型试验系统，通过改变软土地基差异沉降、土工格栅加铺层数对软土地基高速公路直接拼接路堤进行一系列模型试验，研究各种工况下旧路与新拓宽路堤土中应力变化。他们在实验过程中研究了在竖向荷载下，竖向压力的变化。王翔鹰 和陈育民[21]研究了抗液化排水刚性桩沉桩过程的土压力响应。在进行这项研究时，采用了动态土压力传感器实时监测响应，能够有效地测出水平方向应力及有效应力的影响。梁波和厉彦君[22]等人在离心模拟实验中对微型土压力盒土压力测定。在实验中，他们考虑到了土压力受土压力盒的性能、离心机数据采集系统稳定性及外部环境等诸多因素的影响，因此结合离心机数据采集系统，选择两种常见的电阻应变式土压力盒。最后在对比中得出结论i存在按出厂系数测得数据失真、灵敏度低和稳定性差的缺点。张明义和白晓宇[23]等人通过黏性土与不同表面粗糙度混凝土板的室内直剪试验，模拟预制桩的界面受力性态。他们利用微型硅压阻式传感器测定水土压力的变化，定量分析表面粗糙度对界面抗剪强度参数、界面阻力-剪切位移曲线的影响。结果表明了土的粗糙程度对所测土压力有明显的影响。李连祥和符庆宏[24]等人分别开展砂土和粉质黏土两种典型土质条件下基坑悬臂式开挖离心模型试验，通过实验得到了砂土地基试验所呈现的土压力、地 基变形、支护弯矩的变化规律更好，因此，岩土离心试验可适当考虑以砂土代替非饱和土。曹卫平和夏冰[25]在中密干砂中开展4根斜桩及1根直桩的模型试验，对实验结果进行了分析，得出了砂土中水平受荷斜桩的p-y曲线及其应用。陈伟俊和王新志[26]通过室内模拟实验，模拟了钙质土挡土墙在不同工况时，挡土墙上土压力随上部荷载的变化规律。挡土墙各深度处土压力会随着上部荷载改变而改变，加荷较近时，对上部土压力影响较大；加荷较远时，对下部土压力影响较大。这是加载对土压力的影响分析，对我的研究有一定的启发。贾金青和高军程[27]采用flac程度建立了数值模型进行了对比验证，对基坑的变形、水平土压力、锚杆形式对锚杆预应力设计值的影响及其对滑移带的影响进行了研究，很好打说明了水平土压力在压力杆中测试的作用。朱俊高和陆阳洋[28]研制了一种新型静止侧压力系数试验仪，这种仪器适用于各种各样土的k零试验，克服了现有仪器不适用于粗颗粒土的缺陷。商翔宇和郝飞[29]自行研制的高压固结试验系统，对粘土试样进行了试验，得到了各级压力固结曲线，对以后的相关试验具有借鉴指导意义。李欢秋和曾辉[30]给定荷载作用在计算模型上，计算出传感器压力随时间变化的规律，然后总结出了传感器动匹配系数的变化规律。
2. 研究内容和预期目标
研究内容
采用有限元软件开展土压力盒以及应变计在岩土体内部测试过程中对应力、应变场的干扰进行研究，分析刚度、尺寸及形状的影响效应。土压力盒是有不同种类的，包括振弦式单膜土压力盒、振弦式双膜土压力盒、电阻 应变式土压力盒。在这篇文章里，默认是同一种土压力盒。在形状上有圆柱，立方体，五棱台等一些情况。在工程中，因为土压力盒种类盒材料不同，刚度也不会相同。假设刚度和形状都相同，土压力盒的尺寸大小也会对数据产生影响。通过数值模拟可以得到在对在不同影响因素的影响下，传感器所得到的数值。再通过对这些数据和未放置传感器所得到的数据进行对比分析，可以得到尺寸，形状和刚度这三个因素对应力、应变传感器所测得数据的影响。
预期目标
3. 研究的方法与步骤
(1)采用abaqus软件进行模型的构建，并且对应的施加约束条件然后进行模拟计算得出结果。
4. 参考文献
[1]曾辉,余尚江.岩土压力传感器匹配误差计算[j].岩土力学,2001,22(1):99－105.
5. 计划与进度安排
[1]03月18日-03月24日文献检索，提交开题报告
[2]03月25日-04月07日 论文研究，提交外文翻译初稿
[3]04月08日-05月19日 论文研究，提交论文初稿
[4]05月20日-05月26日 论文修改，提交论文终稿
