加载臂的设计使测试管在穿过土壤的横向位移过程中可以在没有垂直约束的情况下上升。管道位移率为2.4mm/s。试验水池和荷载条件与先前全尺寸试验中使用的相似（例如，Trautmann和O'Rourke 1985；O'Rourke等人，2004），但主要的例外是尺寸。试验水池的内部尺寸为2.44 m X 2.44 m，深度为1.82 m。通过相对较大的试验盆宽度和用福尔米卡和玻璃衬里箱体内部，壁摩擦的端部效应被最小化，这两种材料都提供了相对较低的界面摩擦角。

在公称直径为120和150 mm的管道上进行试验，管道中心线深径比Hc/D在3.5和7.5之间。试验管道具有2.5 mm厚的高密度聚乙烯（HDPE）外涂层，这是用于现场管道的典型涂层。严格控制土壤密度，每次试验用100多个核子密度计测量，使用部分饱和砂土时，用类似数量的烘干含水量测量。

如图10（c）的管道剖面图所示，触觉压力传感器被放置在管道上，并用双层0.5 mm厚的聚四氟乙烯板覆盖。聚四氟乙烯外层缠绕在管道上，但没有固定，以便在试验过程中旋转和滑动。如前所述，传感器板具有488 X 427 mm的传感区域，2016个传感器在每个方向的中心间隔为10 mm。在安装之前，对传感器进行调节和校准，使其负载率与全尺寸试验期间的负载率相似。使用双负载校准，并在测试期间连续记录传感器读数。

图11。土管相互作用模型

图11示出施加在传感器上的应力具有变化的大小和方向。在大规模试验中，相对于管道的土壤移动测量结果表明，土壤沿着管道表面的位移，移动了符合图11（a）所示模式的表面剪应力（O'Rourke et al.2008）。p表示沿管道单位长度的土压力，f表示沿管道单位长度的土与管道之间的摩擦力，通过将p和f适当组合得到作用在管道上的单位长度的总力。单位长度的摩擦力由f（8）=p（8）tan 8SI sin 8给出，其中8SI是管道和土壤之间的界面摩擦角。横向水平方向上作用在管道表面上的净力Ph由下式给出：

每单位长度的净力也可以通过使用以下关系式从实验数据中获得：

图12显示了使用干砂（单位重量为17.2 kN/m3，D=120 mm，Hc/D=5.5）进行试验时，触觉压力传感器在横向加载的不同阶段测量的正应力分布。根据ASTM D3080-04（ASTM 2004），在常规60 X 60 mm直剪试验装置中测量的砂土峰值摩擦角

图12。触觉压力传感器的正常压力分布

在较低的相对位移水平（8=10 mm）下，压力分布是均匀的。在较高水位（8=30 mm）时，压力分布是倾斜的，管道表面较低前四分之一处的压力较高。这种分布模式的变化与管道在峰值荷载（8=30 mm）附近开始的垂直上升相一致，此时管道开始水平和垂直移动，以跟随管道前面的破坏土体。与管道上升相关的垂直力增加反映在沿管道下前四分之一的压力升高中。

图13显示了从触觉压力传感器测量得到的侧向力与位移图，与从测试盆外部的称重传感器测量得到的侧向力与位移图进行了比较，如上所述。插图显示了管道上的触觉压力传感器和聚四氟乙烯保护盖。图中还显示了带有HDPE涂层但没有传感器的同一管道的侧向力与位移曲线，如mea所示但没有传感器，由外部称重传感器测量。该图是针对相同的砂和Hc/D开发的。砂容重为16.9 kN/m3，

图13。公称直径100mm管道水平位移的比较

对于有传感器和没有传感器的管道，峰值水平力只有10%的微小差异，这种差异可以用单位重量和摩擦角的差异来解释。因此，传感器和保护盖似乎没有改变相对于无传感器管道的水平力。在无量纲图中，将使用带传感器管道的所有水平力测量值与使用不带传感器管道的其他2D试验中获得的数据进行了比较（O'Rourke et al.2008）。对于带和不带传感器的管道，未观察到力的显著变化或数据趋势的偏差。

每个传感器在每个横向位移增量处的水平力是使用公式（3）从测量的压力分布计算得出的。通过直接剪切试验以及O'Rourke等人（1990）建立的光滑聚合物与粒状土壤接触的8SI/

通过特殊试验仔细评估沿试验池侧壁产生的摩擦力，其中试验管横向移动的滑动机构承受测量的水平荷载，同时测量滑动的横向阻力。在这些测试中，触觉压力传感器被用来测量垂直于盒子内侧的力。通过将法向力乘以tan 8SB，将这些力转换为水平阻力，其中8SB是土壤与盒子内部的Formica和玻璃表面之间的界面摩擦角。用60×60mm直剪仪测试表明，8SB约为25° 用于测试砂与福米卡和玻璃之间的界面。从外部测力传感器测得的水平力中减去管壁摩擦力，以提供管道上的实际横向力。一般而言，峰值水平荷载下端部剪切效应的修正值小于实测横向荷载的6%。

结论

在存在土壤-结构相互作用剪力的情况下，使用触觉压力传感器将导致传感器损坏或法向应力读数不准确。一个保护系统，其中包括两层特氟隆被发现，以保护传感器和大大减少剪切应力对传感器测量的影响。

试验结果表明，当压力超过传感器压力上限的15%时，传感器测量值在加载60～120s后施加压力的10%以内。这项研究的结果证实了其他研究者的发现（如Paikowsky和Hajduk 1997），即当压力水平小于最大压力范围的15%时，测量不准确度增加。

与传统的土壤应力传感器相比，触觉压力传感器的测量精度更高。触觉压力传感器通过在相对较大的表面上提供分布式应力测量并适应传统应力传感器不可能实现的各种表面几何形状，具有额外的优点。

传感器测量的蠕变在加载后大约120 s开始。对于较长测量持续时间的传感器响应，其特征在于传统的蠕变方程，其中测量压力的增量等于蠕变系数和对数时间变化的乘积。随着时间的推移，应从测量压力中减去该表观压力，以估计实际施加的压力。

二维土-结构相互作用试验是用触觉压力传感器包裹在埋在沙土中并侧向位移的管道上进行的。由传感器数据生成的P-y曲线与由施加荷载的独立测量得出的曲线比较良好。本文提供了从传感器测量中解析管道上的法向应力以及确定管道上的水平力的方法。

基于本研究所获得的试验结果，触觉式压力传感器具有适当的精度和通用性，可用于大型实验室和土-结构相互作用离心试验中法向应力的可靠测量。但是，必须注意消除或减轻传递到传感器表面的剪切应力，并考虑时间-基于本研究所获得的试验结果，触觉式压力传感器具有适当的精度和通用性，可用于大型实验室和土-结构相互作用离心试验中法向应力的可靠测量。但是，必须注意消除或减轻传递到传感器表面的剪切应力，并考虑传感器对施加压力的时间依赖性响应。

致谢

这项工作主要是由乔治E。国家科学基金会Brown Jr.NEES项目，批准号CMS-0421142。本材料中表达的任何观点、发现和结论或建议均为作者的观点、发现和结论或建议，不一定反映国家科学基金会的观点。这个项目是一个合作项目的一部分，包括康奈尔大学的全尺寸埋管试验和伦斯勒的配套离心试验。作者感谢康奈尔大学土木基础设施实验室的Tim Bond先生和John Davis先生，以及康奈尔大学NEES设备现场的Joe Chipalowsky先生和Qinge Ma女士，感谢他们在测试设置和执行过程中提供的宝贵帮助。作者还承认康奈尔大学的博士学位。候选人耶利米·杰泽斯基感谢他在传感器测试中的协助。