一種縮張型土石混合體原位力學性能測量裝置的製作方法
2023-05-22 17:46:01 1
專利名稱：一種縮張型土石混合體原位力學性能測量裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及巖土工程原位測試技術領域，尤其是涉及一種縮張型土石混合體原位力學性能測量裝置
背景技術：
目前在對土石體的原位力學性質的測量過程中採用的是原位測試方法，主要包括靜力觸探法、預鑽式旁壓測試法、野外十字板測試法和現場直剪試驗方法等。靜力觸探法不能直接觀察地層，屬於間接的模擬試驗，對地區經驗依賴較大，且適合於土類，而土石混合體具有非連續、非均勻性質，對於土石混合體力學參數的探測具有不合理性。預鑽式旁壓測試法可測出孔壁巖土體的受力與體積變化的關係曲線，但只受到壓力作用，未考慮巖體的剪切破壞。野外十字板測試方法是測試飽和軟土的不排水抗剪強度，僅適合於飽和的軟土，對於土石混合體原位測試也不完全合理。巖體的抗剪強度參數一般是由原位直剪試驗結果統計得到，但原位直剪試驗法向應力很小，並不能反映真實的聞應力狀態。
發明內容
本發明的目的是針對現有巖土工程原位測試裝置和方法不能準確、真實的反映土石體原位力學性質的問題，提供一種裝置結構和測試過程簡單、操作方便，結果更符合實際的縮張型土石混合體原位力學性能測量裝置。本發明的一種縮張型土石混合體原位力學性能測量裝置包括探杆，具有預定的長度，且沿軸向為內部空心的結構；筒形密封腔，可沿徑向膨脹，所述密封腔的一端通過頂冒可拆卸安裝在所述探杆的一端;底座，套設在所述密封腔的另一端；擴張杆，該擴張杆的一端可轉動安裝在所述底座上；擴張板，安裝在擴張板上；剛性空心杆，套設在所述探杆和密封腔內，並穿過所述頂冒和底座，空心杆和所述頂冒和底座之間為密封配合，在所述空心杆的位於所述密封腔內的段上開設有噴嘴；卡具，設置在所述空心杆的伸出所述底座的一端上，當沿軸向移動所述空心杆時，所述卡具可推動所述擴張杆旋轉預定的角度；位移傳感器，設置在探杆上，用於測量軸向移動所述探杆的距離；拉力傳感器，用於測量在軸向移動所述探杆時的拉力大小。優選地，所述擴張杆為一個以上，並沿周向均布設置在所述底座上，在每個擴張杆上均設置有一個所述擴張板。
優選地，在所述擴張板上設置有在所述擴張板張開時可對所述擴張板擠壓的土石混合體進行破碎的凸牙。本發明利用縮張型原位力學性能測量裝置可完成孔中擴張，土石體破碎，並形成完整破裂面，採用注高壓氣或水，使得密閉腔膨脹提供側向壓力，在提升探頭裝置的過程中通過剪切破壞原位土石混合體，監測並記錄數據；再改變測試深度，實現不同深度土石混合體原位力學參數測試。本發明結構和測試過程簡單、操作方便，結果更符合實際。
圖I為本發明結構示意圖；圖2是本發明的實施狀態示意圖；圖3是圖I中的擴張板收縮狀態放大示意圖；圖4是圖I中擴張板完全張開狀態放大正視圖；圖5是圖I中擴張板完全張開狀態放大俯視圖。圖I、圖2、圖3、圖4和圖5中I-卡具，2-剛性空心杆，3-噴嘴，4_擴張杆，5_擴張板，6-凸牙，7-拉力傳感器，8-密閉腔底座，9-密閉腔，10-探頭頂帽，11-凹形破裂面，12-鑽杆，13- 土石混合體，14-位移傳感器，15-鑽機，16-數據採集儀，17-計算機
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的實施例作進一步說明。如圖I所示，本發明縮張型土石混合體原位力學性能測量裝置包括探杆12、筒形密封腔9、密封腔底座8、擴張杆4、擴張板5、剛性空心杆2和卡具I。探杆12具有預定的長度，在本發明實施例中，可以採用鑽機15的鑽杆，即在鑽機15鑽開孔後，拆卸掉鑽杆的鑽頭，即將鑽杆作為探杆12使用。當然，也可以是單獨設置的能夠伸至鑽開的孔的底部的杆即可，且沿軸向為內部空心，以便於放置剛性空心杆2。筒形密封腔9可沿徑向膨脹，密封腔9的一端通過頂冒10可拆卸安裝在探杆12的一端。在本發明實施例中，是安裝在鑽杆的一端。密封腔9採用彈簧鋼材料做成，即既具有一定的剛性，同時在受壓下能夠適當縮脹。例如，當向密封腔9充入一定壓力的水或是氣時，密封腔9就膨脹，這樣，能夠對密封腔9深入到的外圓周面相接觸的土石混合體進行施壓。密封腔底座8套設在密封腔8的另一端，擴張杆4的一端通過鉸接方式可轉動安裝在底座8上，擴張板5安裝在擴張杆4上。這樣，當擴張杆4旋轉展開的時候，擴張板5能夠將孔的側壁的土石混合體壓潰，形成弧形面，以便於在提升探頭裝置的時候對土石混合體進行原位剪切破壞。如圖3、4、5所示，擴張板5鉸接點依次錯開，分布在兩個不同的圓周上，這樣在擴張時有利於內外兩層擴張板5同步張開。
另外，如圖5所示，在本發明實施例中，擴張杆4為8個，並沿周向均布設置在底座8上，在每個擴張杆4上均設置有一個擴張板5。擴張板4最好形成為在展開至與探杆12相垂直的狀態時，8個擴張板4形成一個大致完整的圓環。以便於對土石混合體13進行原位剪切破壞。另外，在擴張板8上還設置有在擴張板4張開時可對擴張板8擠壓到的土石混合體13進行破碎的凸牙6。如圖5所示，擴張板5完全張開後形成合攏的平面板，凸牙6最好是採用在擴張板5上形成螺旋狀分布的結構，這樣有利於擴孔時破碎土石混合體13。
剛性空心杆2套設在探杆12和密封腔9內，並穿過頂冒10和底座8，空心杆2和頂冒10和底座8之間為密封配合，就能夠在密封腔9內密封的腔體，以便於對腔體內充入氣體或是水，使密封腔9膨脹。在空心杆2的位於密封腔9內的段上開設有噴嘴3，以便於通過空心杆2及噴嘴3向密封腔9充入氣體或是水。卡具I設置在空心杆2的伸出底座8的一端上，當沿軸向移動空心杆2時，卡具可推動擴張杆4旋轉。這樣，就能夠使擴張板5逐漸展開至與空心杆2相垂直的狀態。為了在移動空心杆2能夠使擴張板5很容易地展開，在卡具I上設置有第一弧面a，在擴張杆4上設置有與第一弧面a相適配的第二弧面b，這樣，當移動空心杆2時，卡具I壓靠住擴張杆4，第一弧面a就與第二弧面b相接觸，繼續移動空心杆2時，空心杆2的第二弧面b就在第一弧面a上滑動，從而使擴張板5逐漸展開。另外，為了進行測量，在探杆12上設置有位移傳感器14，用於測量軸向移動探杆12的距離，即在提升探頭裝置時移動的距離。另外，在探杆12上還設置有拉力傳感器7，用於測量在軸向移動探杆12時的拉力大小。此外，位移傳感器14和拉力傳感器？通過數據採集儀將測量結果傳輸給計算機17進行處理。本發明在使用過程中，如圖2所示，鑽機15鑽垂直孔至預定深度後提升至地面，將鑽頭替換為本發明的縮張型擴孔探頭裝置，鑽杆作為探杆12使用。縮張型探頭裝置下沉至土石混合體13鑽孔指定深度，提升空心杆2使擴張板5張開，擴張板5完全張開後形成一凹形破裂面11，土石混合體13側面就形成為弧形面。然後再將擴張板5收縮後下沉指定距離，提升卡具I及剛性空心杆2，繼續旋轉擴孔，待擴張完整後同樣形成凹形破裂面11，上表面為平整面，凸牙6伸入土石混合體13內。然後由剛性空心杆2通過噴嘴3向密閉腔9內注高壓氣或水，密閉腔9膨脹，對側面土石混合體13施加側壓力。提升探頭裝置，即可對土石混合體13進行原位剪切破壞。本發明利用縮張型原位力學性能測量裝置可完成孔中擴張，土石體破碎，並形成完整破裂面，採用注高壓氣或水，使得密閉腔9膨脹提供側向壓力，在提升探頭裝置的過程中通過剪切破壞原位土石混合體，監測並記錄數據。再改變測試深度，從而能夠實現不同深度土石混合體原位力學參數測試。此外，本發明結構和測試過程簡單、操作方便，結果更符合實際。
權利要求
1.一種縮張型土石混合體原位力學性能測量裝置，其特徵在於，包括 探杆，具有預定的長度，且沿軸向為內部空心的結構； 筒形密封腔，可沿徑向膨脹，所述密封腔的一端通過頂冒可拆卸安裝在所述探杆的一端; 底座，套設在所述密封腔的另一端； 擴張杆，該擴張杆的一端可轉動安裝在所述底座上； 擴張板，安裝在擴張板上； 剛性空心杆，套設在所述探杆和密封腔內，並穿過所述頂冒和底座，空心杆和所述頂冒和底座之間為密封配合，在所述空心杆的位於所述密封腔內的段上開設有噴嘴； 卡具，設置在所述空心杆的伸出所述底座的一端上，當沿軸向移動所述空心杆時，所述卡具可推動所述擴張杆旋轉預定的角度； 位移傳感器，設置在探杆上，用於測量軸向移動所述探杆的距離； 拉力傳感器，用於測量在軸向移動所述探杆時的拉力大小。
2.如權利要求I所述的裝置，其特徵在於，所述擴張杆為一個以上，並沿周向均布設置在所述底座上，在每個擴張杆上均設置有一個所述擴張板。
3.如權利要求2所述的裝置，其特徵在於，在所述擴張板上設置有在所述擴張板張開時可對所述擴張板擠壓的土石混合體進行破碎的凸牙。
全文摘要
本發明公開了一種縮張型土石混合體原位力學性能測量裝置，包括探杆、筒形密封腔、底座、擴張杆、擴張板、剛性空心杆和卡具等，探杆具有預定的長度；筒形密封腔，可沿徑向膨脹；底座套設在密封腔的另一端；擴張杆一端可轉動安裝在底座上；擴張板安裝在擴張板上；剛性空心杆套設在探杆和密封腔內，在空心杆的位於密封腔內的段上開設有噴嘴；卡具設置在空心杆的伸出底座的一端上。本發明利用縮張型原位力學性能測量裝置可完成孔中擴張，土石體破碎，並形成完整破裂面，採用注高壓氣或水，使得密閉腔膨脹提供側向壓力，在提升探頭裝置的過程中通過剪切破壞原位土石混合體，監測並記錄數據；再改變測試深度，實現不同深度土石混合體原位力學參數測試。
文檔編號G01N3/10GK102620997SQ201210106888
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月12日 優先權日2012年4月12日
發明者侯嶽峰, 劉曉宇, 呂祥鋒, 李世海, 範永波 申請人:中國科學院力學研究所