本发明属于土工合成材料，特别是涉及一种环状土工管袋局部应力测量方法及承压能力计算方法。
背景技术：
1、由于土工袋具有整体强度高、灵活多样、适应性强、施工简便、环境友好和经济等特点，因此被广泛用于土木工程和环境工程等领域，主要应用包括防洪抗灾、岸坡保护、基础加固、填筑工程、构筑挡墙、环境修复等。环状土工管袋是一种新形式的土工袋，环状土工管袋堆场结构是一项新型高效清淤技术，该结构由数层环状土工管袋和环内淤泥堆叠组成。与条状土工袋结构相比，该堆叠结构不仅能依靠土工袋层间的摩阻力，而且能更充分地发挥土工管袋本身的张拉力维持结构稳定。在实际应用中环状土工管袋堆场可能会由于结构中单个土工袋的张拉破坏而导致结构整体失稳，这导致了极大的安全风险和经济损失，因此有必要对服役状态下最不利状态的环状土工管袋的关键部位进行张拉力监测，实时评估当前土工袋所处的工作状态和安全程度，预测土工袋的破坏距离。
2、尽管现有的监测土工袋局部应力、应变的方法颇多，应用上却极其受限。例如光纤布拉格光栅传感器技术(fbg)，可以将分布式光纤嵌入土工袋中，通过测量光纤的波长变化来监测应变，从而计算出张力。这种方法尽管灵敏度高，但是成本较高，操作精细复杂，不易大范围推广使用。再如应变片法是在土工袋的关键部位粘贴应变片，通过应变片的电阻变化来测量应变，然后根据材料的力学性能计算张力。这种方法相对简单，但是应变片与土工材料的粘结可靠性有待考究，同时随着土工袋的形状以及外界环境因素变化，应变片还会由于承受弯矩及外部应力的影响而出现极大误差。更重要的问题是应变片的测量量程为2％，远远达不到一般柔性土工材料的断裂拉伸应变。综上所述，目前在环状土工管袋服役过程中并没有准确全面，经济合理，简单快捷，能大范围推广的局部应力量测方法。
技术实现思路
1、基于上述问题，本发明提出一种环状土工管袋局部应力测量方法及整体承压能力计算方法，该方法适用于环状土工管袋局部应力的测量，能够实时监测环状土工管袋关键部位的应力状态、准确全面、经济合理、操作简便。将局部张拉应力测量结果代入本发明提出的环状土工管袋应力-应变公式，可以进一步计算该管袋整体的承压能力；代入极限拉伸应变，则可以确定管袋整体的极限承压强度。
2、为了达到上述目的，本发明提供一种环状土工管袋的局部应力测量方法，包括以下步骤：
3、步骤s1：基于拉伸试验分别测量组成环状土工管袋的土工织物沿环向和径向的应力-应变关系曲线并基于土工织物的应力-应变关系曲线获取土工织物沿环向和径向的拉伸模量；
4、步骤s2：在未充填的环状土工管袋表面沿环向和径向划分正交网格形成不同测段，记录各测段初始长度；
5、步骤s3：待环状土工管袋充填并堆叠后，测量各个测段变形后的长度；
6、步骤s4：基于环状土工管袋各测段的初始长度和充填并堆叠后的长度计算各测段发生的应变；
7、步骤s5：基于步骤s1中测量的土工织物沿环向和径向的应力-应变关系曲线及拉伸模量，将测段的应变转化为沿测段方向的应力，即环状土工管袋的局部张拉应力。
8、进一步地，所述步骤s1中采用分区段量测法测量组成环状土工管袋的土工织物的应力-应变关系曲线，低拉伸应变段通过应变片测量土工织物应变，高拉伸应变段通过标记法测量土工织物应变，其中低拉伸应变段和高拉伸应变段的临界值取值范围为1.5％-2％拉伸应变。
9、进一步地，所述步骤s1中在低拉伸应变段由应变片量测土工织物应变，在高拉伸应变段通过标记法量测土工织物应变，最后基于高拉伸应变段测量结果对低拉伸应变段测量结果进行修正，修正后各区段绘图坐标表示为：
10、
11、其中，εi是第i级拉力作用下应变片应变值，ε0是应变片初始应变值，lk是第k级拉力下测段的长度，单位m，li是第i级拉力下测段的长度，单位m，l0是测段初始长度，单位m，ti是第i级拉力，单位kn/m，bi是第i级拉力下土工织物宽度；
12、基于上述坐标绘图并拟合获取土工织物的应力-应变关系曲线。
13、另一方面，本发明提供一种环状土工管袋承压能力计算方法，包括如下步骤：
14、步骤1：基于拉伸试验分别测量组成环状土工管袋的土工织物沿环向和径向的应力-应变关系曲线并基于土工织物的应力-应变关系曲线获取土工织物沿环向和径向的拉伸模量及极限拉伸应变；
15、步骤2：在未充填的环状土工管袋表面沿环向和径向划分正交网格形成不同测段，记录各待测段初始长度；
16、步骤3：待环状土工管袋充填并堆叠后，分别测量沿环向和径向的各个测段变形后的长度；
17、步骤4：基于环状土工管袋沿环向和径向的各测段的初始长度和充填并堆叠后的各测段长度计算各个测段发生的应变；
18、步骤5：沿环向和径向分别选取多个同属于同一个管袋轮廓截面的局部段作为测段进行测量以获取局部应变，并将这些局部应变进行加权平均来代表该轮廓截面整体沿环向和径向的总应变；
19、步骤6：环状土工管袋充填后，将环状土工管袋三维应力-应变公式或将环状土工管袋二维应力-应变公式代入步骤5所测量环状土工管袋当前沿环向和径向的总应变，得到土工袋当前的承压能力；代入步骤1所测量环状土工管袋环向及径向的极限拉伸应变得到土工袋的极限承压强度，比较土工袋当前的承压能力与其极限承压强度，评估当前土工袋的安全程度，估测其破坏距离。
20、进一步地，所述步骤4中轮廓截面整体沿环向和径向的总应变分别为：
21、
22、其中，εis、εil分别代表为第i级荷载下管袋沿径向、沿环向的总应变；n表示沿径向测段总段数，m表示沿径向测段总段数；
23、sij、liq分别代表在第i级荷载下的沿径向j编号、沿环向q编号测段的长度，单位m，
24、s0j、l0q分别代表j编号的沿径向j编号、沿环向q编号测段的初始长度，单位m。
25、进一步地，所述步骤6中将环状土工管袋张力提供的附加应力可分解为x、y、z三个方向，并获取沿x、y、z坐标轴方向的单位向量。
26、进一步地，所述步骤6中根据环状土工管袋三维受力状态分析推导的环状土工管袋三维应力-应变公式如下：
27、
28、其中，σ为三维二阶张量表示的外部应力场，es为土工袋沿径向的伸长模量，单位mpa，el为土工袋沿环向的伸长模量，单位mpa，b、h分别代表环向土工袋截面的等效宽度和高度，单位m，x、y、z是沿坐标轴x、y、z方向的单位向量，表示两个向量的张量积，k是土工袋充填土料的劲度系数，写作四阶张量形式，：代表张量的二阶缩并，ε为土工袋内充填土料的应变。
29、进一步地，所述步骤6中将环状土工管袋沿径向的截面设定为一个理想的平面应变状态，根据其二维受力状态分析，得到环状土工管袋二维应力-应变公式：
30、
31、其中σ'为二维二阶张量表示的外部应力场。
32、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
33、1、将土工袋局部张力转化为局部应变，使得张力可视化，方便实时监测土工袋的工作状态；2、计算方法可以反映不同因素对于环状土工管袋承压强度的影响，较为准确全面；3、两种方法可以互相验证，代入土工袋的上覆荷载可以得到该承压强度下土工袋沿环向和径向的应变，可与直接量测结果相互印证，以减小误差。该方法操作快捷，经济便利，计算准确全面，满足工程需要，解决了现有技术无法准确测量和计算的问题。
1.一种环状土工管袋局部应力测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种环状土工管袋局部应力的量测方法，其特征在于，所述步骤s1中采用分区段量测法测量组成环状土工管袋的土工织物的应力-应变关系曲线，低拉伸应变段通过应变片测量土工织物应变，高拉伸应变段通过标记法测量土工织物应变，其中低拉伸应变段和高拉伸应变段的临界值取值范围为1.5％-2％拉伸应变。
3.根据权利要求2所述的一种环状土工管袋的局部应力测量方法，其特征在于，所述步骤s1中在低拉伸应变段由应变片量测土工织物应变，在高拉伸应变段通过标记法量测土工织物应变，最后基于高拉伸应变段测量结果对低拉伸应变段测量结果进行修正，修正后各区段绘图坐标表示为：
4.一种环状土工管袋整体承压能力计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种环状土工管袋承压能力计算方法，其特征在于，所述步骤4中轮廓截面整体沿环向和径向的总应变分别为：
6.根据权利要求5所述的一种环状土工管袋承压能力计算方法，其特征在于，所述步骤6中将环状土工管袋张力提供的附加应力可分解为x、y、z三个方向，并获取沿x、y、z坐标轴方向的单位向量。
7.根据权利要求6所述的一种环状土工管袋承压能力计算方法，其特征在于，所述步骤6中根据环状土工管袋三维受力状态分析推导的环状土工管袋三维应力-应变公式如下：
8.根据权利要求7所述的一种环状土工管袋承压能力计算方法，其特征在于，所述步骤6中将环状土工管袋沿径向的截面设定为一个理想的平面应变状态，根据其二维受力状态分析，得到环状土工管袋二维应力-应变公式：
