一種土體原位鉆孔剪切測試裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及巖土性能測試裝置，尤其是一種在原位測量細顆粒砂土，粘土和粉土 土體的抗剪強度參數(shù)的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在巖土工程技術(shù)中，土的抗剪強度指標粘聚力和內(nèi)摩擦角是重要力學性質(zhì)，是工 程設(shè)計計算的重要參數(shù)。通常測定土體抗剪強度指標采用的是室內(nèi)剪切試驗和原位剪切 試驗。室內(nèi)剪切試驗包括三軸實驗和直接剪切試驗，需要幾個小時甚至幾天時間來進行試 驗，而且通過現(xiàn)場取樣，試樣制作等等過程，對土體擾動非常大，排水條件也難以控制，上述 因素均會造成測試結(jié)果和實際結(jié)果出入非常大。原位剪切試驗在土體原位進行，土體保持 天然含水率和天然應(yīng)力狀態(tài)，使試驗結(jié)果真實可靠。但是常規(guī)原位剪切試驗的周期長，人 力、物力、時間上的耗費較大，試驗過程中需要安裝千斤頂以及反力裝置，受場地條件制約 明顯，在工程建設(shè)項目開展前施行難度較大。
[0003] 鑒于現(xiàn)有室內(nèi)和原位試驗方法的局限性，巖土工程界一直在尋找快速、簡易、較可 靠的確定土體，特別對軟、中、硬土體的抗剪強度參數(shù)的原位測試手段。目前在國內(nèi)應(yīng)用廣 泛的巖石鉆孔剪切測試裝置可以在測試現(xiàn)場快速檢測軟巖和無法取芯巖石的剪切強度，具 有操作簡單和測試精度高的優(yōu)點，但是對于強度遠遠小于巖石的土體并不適用。國內(nèi)外現(xiàn) 有的鉆孔土體剪切測試裝置構(gòu)造過于復(fù)雜，鉆孔后不能保證洞口附近實驗面的絕對平整和 試驗儀器與孔洞軸線垂直，并且由于鉆孔原因經(jīng)常會導(dǎo)致洞口坍塌，導(dǎo)致無法正常安裝測 試裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 鑒于以上陳述的已有方案或相關(guān)技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種土體原 位鉆孔剪切測試裝置，能夠方便快捷地在巖土工程建設(shè)中確定工程現(xiàn)場土體的抗剪強度參 數(shù)。而且對于軟、中、硬土體均適用。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：
[0006] -種土體原位鉆孔剪切測試裝置，其主要由操作平臺100、豎向拉力機構(gòu)200、剪 切探頭300、支承油缸和加壓氣栗400組成；操作平臺100為一具有四腳支架的平臺；一對 支承油缸（520和530)將豎向拉力機構(gòu)200支承在操作平臺100上；拉桿600的一端與豎 向拉力機構(gòu)200的動力輸出端相連，其另一端通過柔性掛鏈610掛置剪切探頭300,豎向拉 力機構(gòu)200為拉桿600的豎向運動提供動力；剪切探頭300具有兩塊環(huán)形鋸齒剪切板：即第 一環(huán)形鋸齒剪切板310和第二環(huán)形鋸齒剪切板320，雙向活塞氣缸330的氣缸與第一環(huán)形鋸 齒剪切板310固聯(lián)，雙向活塞氣缸330的活塞332與第二環(huán)形鋸齒剪切板320固聯(lián)；雙向活 塞氣缸330的左氣缸333和右氣缸334分別通過氣路與加壓氣栗400氣路連接；操作平臺 100上設(shè)置有反應(yīng)支承油缸油壓的壓力表510 ;加壓氣栗400氣路設(shè)置有反應(yīng)氣路壓力的氣 壓表410。
[0007] 采用如上的結(jié)構(gòu)，豎向拉力機構(gòu)帶動拉桿在豎直方向運動，運動產(chǎn)生的作用于支 承油缸的反作用力（此反作用力與土樣剪切力數(shù)值相等）與剪切面積的比值（此比值即剪 切應(yīng)力）顯示在測力計上。環(huán)形鋸齒剪切板外部邊緣布置兩排剪切齒，在施加正應(yīng)力時剪 切齒嵌入到孔壁土體中來增加咬合作用，同時剪切板的剪切面有效面積是確定的，結(jié)合剪 切拉力可以確定剪切應(yīng)力。所述的加壓工具可以根據(jù)實際需要采用不同規(guī)格的產(chǎn)品。
[0008] 試驗時在不同鉆孔位置上進行不同正應(yīng)力下的孔壁土體剪切試驗，并利用不同正 應(yīng)力下的土體剪切破壞試驗數(shù)據(jù)繪制破壞曲線，用以確定土體抗剪強度指標。
[0009] 本發(fā)明裝置實驗時，鉆孔剪切試驗可以在原位快速確定土體粘聚力和內(nèi)摩擦角， 且相對于室內(nèi)試驗和鉆孔剪切試驗得到的數(shù)據(jù)更加簡單和精確，裝置便攜性好：構(gòu)造簡單， 一個人就可以完成試驗操作和數(shù)據(jù)的采集，可以快速根據(jù)現(xiàn)場試驗的結(jié)果決定是否繼續(xù)多 組試驗，比室內(nèi)三軸試驗和直剪試驗對土的擾動性小適用性強，可直接利用工程初期地質(zhì) 勘查階段的取土鉆孔進行試驗，不重復(fù)鉆孔，不浪費資源。
【附圖說明】 [0010] 如下：
[0011] 圖1為本發(fā)明一種土體原位鉆孔剪切測試裝置整體示意圖。
[0012] 圖2為本發(fā)明剪切探頭縱向剖面圖。
[0013] 圖3為本發(fā)明剪切探頭俯視圖。
[0014] 圖4為本發(fā)明環(huán)形鋸齒剪切板立體圖。。
【具體實施方式】
[0015] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清晰，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一 步的描述。此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0016] 如圖1-圖4可看到本發(fā)明土體原位鉆孔剪切測試裝置主要由操作平臺100、豎向 拉力機構(gòu)200、剪切探頭300、支承油缸和加壓氣栗400組成；操作平臺100為一具有四腳支 架（120為支架之一）的平臺；一對支承油缸（520和530)將豎向拉力機構(gòu)200支承在操作 平臺100上；拉桿600的一端與豎向拉力機構(gòu)200的動力輸出端相連，其另一端通過柔性掛 鏈610掛置剪切探頭300,豎向拉力機構(gòu)200為拉桿600的豎向運動提供動力，豎向拉力 機構(gòu)200可采用電機帶動的蝸輪減速機構(gòu)、卷揚機構(gòu)；也可采用手動升降機構(gòu)，圖1中210 為采用手動機構(gòu)時的施力桿。柔性掛鏈610懸掛在拉桿600的一端頭，其上掛置剪切探頭 300,這種柔性的懸掛使得剪切探頭更容易保持與地心的垂直，使其比較準確地沿鉆孔中 心線升降。剪切探頭300具有兩塊環(huán)形鋸齒剪切板：即第一環(huán)形鋸齒剪切板310和第二環(huán) 形鋸齒剪切板320,雙向活塞氣缸330的氣缸與第一環(huán)形鋸齒剪切板310固聯(lián)，雙向活塞氣 缸330的活塞332與第二環(huán)形鋸齒剪切板320固聯(lián)；雙向活塞氣缸330的左氣缸333和右 氣缸334分別通過氣路與加壓氣栗400氣路連接，這樣可分別地控制活塞的走向；操作平臺 100上設(shè)置有反應(yīng)支承油缸油壓的壓力表510 ;加壓氣栗400氣路設(shè)置有反應(yīng)氣路壓力的氣 壓表410。
[0017] 實際實施時，調(diào)整四腳支架使操作平臺與孔洞軸線垂直。試驗深度比較大時，可以 使用套管來使孔洞處于開放狀態(tài)，同時是孔洞上部保持穩(wěn)定，不發(fā)生坍塌