摘 要：智能应力应变控制K0试验仪融入了现代化的控制与制造，主要解决工程中K0系数的测定，我们可以采用应力应变不同工作模式进行试验，实现K0系数，回弹系数，以及基床系数的测定。
0 引言
K0系数是与岩土固结试验密切相关的基础的参数之一，采用该参数可用以计算地下建筑物、构筑物、档土墙的静止侧压力。随着地下空间的开发，地下工程迅猛发展，大量的高层建筑地下室、地下隧道、地铁工程、大中小水电站勘察设计，以及边坡等土压力的计算都需要提供静止侧压力系数K0值。K0试验越来越被工程界所重视。
过去我们采用杠杆加载方式，人工采集，计算的传统方法进行K0系数测试，效率低下，费时费工。近几年来由于科技的发展，自动化，智能化得到相当广泛的应用，人们不断创新和发展，一些人工智能的仪器也渐渐的被推广开来。
本文根据国内外先进理论和大量反响良好的实验经验，同时结合我国土工试验的现实技术及运用国情，设计研制成功了一种智能等应变控制双联K0仪。该仪器的研制是利用现代化的测试手段，多用途多方法的创新思路，积极服务于我国各个行业广泛的岩土工程建设与土工试验的需求。该仪器可以实现应力式试验、和应变式试验两种方式，还可以测定孔隙水压力，进行固结消散试验。
1 基本原理：
静止侧压力系数K0，是指单元土体在无侧向应变(εx=εy=0)条件下，有效侧向压力σ3（或称小主应力）与有效竖向压力σ1（或称大主应力）的比值。计算公式为K0＝σ3/σ1或K0＝⊿σ3/⊿σ1,同时，根据K0值可换算土的泊桑比µ值，即µ=K0/1+K0，本智能等应变控制双联K0仪（以下简称仪器）就是这样一种可实现全自动跟踪检测并实时记录K0变化曲线的新型岩土工程专用试验仪器，同时可兼容单联应力控制K0试验。
图1智能等应变控制双联K0仪
图2 智能应力应变单联K0仪
2 仪器的改进
目前土工试验室普遍使用的传统K0结构如图3所示，主要包括：K0容器，杠杆加载机构，反力架组成。
智能等应变控制双联K0仪采用步进电机加载装置替代原有的杠杆加荷装置，实现了竖向的自动控制，使用精密的力传感器测量系统替代加砝码的繁琐计算，用数字化采集数据替代人工记录数据，实现了数字记录的自动化；对K0容器进行了一系列创新和改进，有效的保证了试验数据的准确性；智能等应变控制双联K0仪配有自动化采集、控制、处理系统，实现了试验的自动化。智能等应变控制双联K0仪加载和测量机构（图4）和新型K0容器结构（图5）如下：
图4加载和测量机构
图5 K0容器
3 仪器的主要参数及相关标定手段和标定曲线
3.1.1技术指标
土样：直径61.8mm高4cm 面积30cm2
竖向加载荷重：0-10KN
加载速度：0-4mm/min
加载行程程：0-20mm
加载方式：分级应力加载，恒速等应变加载
轴压传感器：0~3000N
分辨率：1N
线性误差：＜0.3%
综合误差：≤0.5%
侧向压力传感器：0~1000kPa
分辨率：1kPa
线性误差：＜0.3%
综合误差：≤0.5%
3.1.2相关标定手段
1）传感器标定
用测量机构检测的标准荷重传感器（图6）和标准压力传感器（图7）分别来标定K0是竖向荷重传感器和侧向压力传感器，其标定界面如图8，竖向为其标准值，轴向是被标定传感器的实际值，得出的曲线为其标定曲线。
图6 荷重传感器 图7压力传感器
图8标定界面
仪器选择：选择要标定传感器的仪器。
通道选择：选择需要标定的传感器的通道。一号通道-轴向荷重传感器，二号通道-侧压压力传感器，三号通道-孔压压力传感器。
量程：需要标定的传感器的总量程
自动分段：点击对总量程进行等量分段，默认分五个点进行标定。
上传参数：从采集板上传当前传感器的标定参数。
下载参数：将标定好的参数写入采集板。
2）标定参数
荷重传感器标定参数
压力传感器标定参数
4 试验操作步骤
1、试验前准备
①打开电脑预热10min进入显示界面。
②将乳胶膜两端从液压腔的内部向外翻起翻起，并使乳胶膜绷紧拉直，盖上两端压环（密封环），并且四个螺栓用力均匀，使之形成液体密封腔。
③通过液压腔的两通阀门用注射器装满无气泡水数次注入腔体，并同时将腔体内空气吸出，反复注水、排出气泡，确保腔内无气泡，关闭两通阀。
④在装土之前先将乳胶膜水由两通阀和注射器
抽取部分的水，使乳胶膜产生内凹，这样装土时土与乳胶膜减少摩擦，以免扰动土样。
⑤在土样两端贴上滤纸，将环刀刀口向上，对准K0容器中心定位槽，用传压活塞将土样推入K0容器。
⑥将K0容器置于加荷平台上面，对准力传感器的中心。
⑦连接检测仪的液压传感器、拉压力传感器各电缆线。
⑧在试验前先使土样周围乳胶膜和液体水贴紧，通过两通阀和注射器将无气泡水稍稍注入液压腔使σ3在5kPa左右，同时将加荷系统提升适当的位置使荷重传感器产生初应力为5kPa左右即可。
2、试验
①根据土性不同设定加荷速度驱动加荷开关进入试验。
②按两端排水的试验要求，加荷速度原则上应参照土工试验规程的三轴试验方法选择。但也可根据有关单位的实践经验：对于砂性土或者粉性土加荷速度可按0.2~0.1mm/min选择。对于粉质粘土按0.1~0.05mm/min左右选择，对于粘土或者淤泥质粘土可按0.05~0.01mm/min左右选择。（仅供参考）当然希望使用单位根据土的性质做些比较试验而定。
③试验过程中可在数显检测仪上看出σ3、σ1等物理量变化关系，也可在电脑上实时观察相关物理量的变化曲线。
④根据试验要求按一定格式填入表格模板中，其中工程名称、工程编号、土样编号、取土深度、土的名称以及试验人员日期和K0值打印出来。
⑤等试验结束，使电动机倒转，卸载的速度可按1.5mm/min左右选择，待土样容器可以外移时，将注射器通过两通阀输入较大的无气泡的液体压力，使土样直径变小，这样可容易取出土样。
⑥取出土样后用清水洗刷液压腔内壁的残留颗粒。
5 试验结果和相应曲线
本试验根据标准砂，饱和砂，饱和扰动粘性土土样的不同应变速率进行K0试验，其试验结果如下：
标准干砂1号土样曲线
标准干砂2号土样曲线
饱和砂1号土样曲线
饱和砂2号土样曲线
饱和扰动粘性土1号土样曲线
饱和扰动粘性土2号土样曲线
6 结束语
1.智能等应变控制双联K0仪和智能应力应变单联K0仪适合于砂土，粉土，粘土类，人工填土，环境土等试验。
2.实践表明等应变控制双联K0仪和智能应力应变单联K0仪结构简单，操作方便，数据可靠，可大大提高工作效率，满足工程需要。
3、经实践表明在卸荷条件下提供建立超固结比与K0值关系，同时在K0条件下研究土的回弹模量，基床系数，也可以在等应变条件下研究测定压缩系数和压缩模量。
