一種非擾動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)滑面抗剪指標(biāo)測(cè)試裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種非擾動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)滑面抗剪指標(biāo)測(cè)試裝置，它包括地面上的操作臺(tái)（200）和置于孔洞內(nèi)的剛性桶，操作臺(tái)（200）具有反力架（210）、液壓千斤頂（230）、連桿（240）和刻度尺（250），剛性桶分為右剛性桶（300）和左剛性桶（310）兩塊，在兩塊剛性桶之間嵌入高強(qiáng)橡膠內(nèi)囊（320），兩個(gè)連桿（240）的下端對(duì)應(yīng)連接兩塊剛性桶，高壓泵（100）通過抗壓油管（110）連通高強(qiáng)橡膠內(nèi)囊（320），在抗壓油管（110）上裝有讀取高強(qiáng)橡膠內(nèi)囊（320）中油壓的油壓表（120）。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：巖土體的壓應(yīng)力從油壓表能直接讀出，巖土體的剪應(yīng)力大小從電子液壓千斤頂示數(shù)直接讀出，巖土體水平位移由刻度尺直接讀出。
【專利說明】
一種非擾動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)滑面抗剪指標(biāo)測(cè)試裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于巖土體參數(shù)測(cè)試技術(shù)，具體涉及一種應(yīng)用于非擾動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)滑面的抗剪強(qiáng) 度、內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力等指標(biāo)的測(cè)試裝置
【背景技術(shù)】
[0002] 在滑動(dòng)面穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)中，最重要的是滑動(dòng)面處巖土體抗剪強(qiáng)度參數(shù)的確定。 如果所測(cè)得巖土體抗剪強(qiáng)度的各個(gè)指標(biāo)不夠準(zhǔn)確，那么最終的分析結(jié)果就會(huì)與真實(shí)情況有 較大誤差，因此，如何準(zhǔn)確地測(cè)得滑面處巖土體抗剪強(qiáng)度的參數(shù)就成為正確分析滑動(dòng)面穩(wěn) 定性的基礎(chǔ)和前提。巖土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，尤其是結(jié)構(gòu)面的剪切強(qiáng)度指標(biāo)，在滑動(dòng)面的穩(wěn) 定分析中起著至關(guān)重要的作用。
[0003] 原位鉆孔剪切試驗(yàn)自從上世紀(jì)70年代提出后，很多學(xué)者提出了各種試驗(yàn)方法和試 驗(yàn)裝置，但關(guān)于滑動(dòng)面的非擾動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)滑面抗剪指標(biāo)測(cè)試的研究進(jìn)行較少。"滑坡滑帶土原位 直剪試驗(yàn)應(yīng)用研究"，程圣國(guó)，路基工程，2008年第2期，第10~11頁(yè)，記載了關(guān)于滑動(dòng)面的滑 帶土原位抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)方法做了相關(guān)研究，總結(jié)出原位抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)所測(cè)得結(jié)果比實(shí)驗(yàn)室 三軸剪切試驗(yàn)所得結(jié)果精度提高較為明顯。"邊坡巖土體抗剪強(qiáng)度原位試驗(yàn)研究"，楊喆，工 程勘察，2012年第8期，第18~22頁(yè)，記載了關(guān)于滑動(dòng)面巖土體抗剪強(qiáng)度原位試驗(yàn)的研究，說 明滑動(dòng)面處的原位抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)，不僅適用于滑動(dòng)土體，同樣也適用于巖體。
[0004] 目前，滑動(dòng)面的穩(wěn)定性分析采用室內(nèi)試驗(yàn)，測(cè)定滑動(dòng)面處巖土界面及周圍強(qiáng)度較 弱結(jié)構(gòu)面處的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，而室內(nèi)試驗(yàn)需要先行取樣，然后在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行加工，對(duì)巖土 體的擾動(dòng)較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種非擾 動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)滑面抗剪指標(biāo)測(cè)試裝置，它利用鉆探的孔洞進(jìn)行原位抗剪強(qiáng)度測(cè)試，對(duì)周圍巖土體 不產(chǎn)生擾動(dòng)，測(cè)得的抗剪強(qiáng)度、內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力的值精確，又能提高測(cè)試效率。
[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，它包括地面上的操作 臺(tái)和置于孔洞內(nèi)的剛性桶，操作臺(tái)具有反力架、液壓千斤頂、連桿和刻度尺，反力架的四腳 固定在地面上，一對(duì)液壓千斤頂固定在反力架頂面與滑槽板之間，滑槽板上開有滑槽，滑槽 內(nèi)裝有左右兩個(gè)滑輪，各滑輪下部連接有相應(yīng)的連桿，反力架上安裝有用以讀取連桿水平 位移的刻度尺;剛性桶分為右剛性桶和左剛性桶兩塊，在兩塊剛性桶之間嵌入高強(qiáng)橡膠內(nèi) 囊，兩個(gè)連桿的下端對(duì)應(yīng)連接兩塊剛性桶，高壓栗通過抗壓油管連通高強(qiáng)橡膠內(nèi)囊，在抗壓 油管上裝有讀取高強(qiáng)橡膠內(nèi)囊中油壓的油壓表。
[0007] 本發(fā)明的工作原理是：高壓栗將壓力油通過抗壓油管壓入高強(qiáng)橡膠內(nèi)囊，高強(qiáng)橡 膠內(nèi)囊膨脹并迫使左剛性桶、右剛性桶向孔洞壁的土體擠壓，壓力值的大小顯示在油壓表 上;兩塊剛性桶分別向左、右運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)兩個(gè)連桿對(duì)應(yīng)左、右運(yùn)動(dòng)，連桿位移值可通過刻度尺 讀出；兩個(gè)千斤頂將滑槽板向上頂起，滑槽板帶動(dòng)連桿向上運(yùn)動(dòng)，連桿拉動(dòng)兩剛性桶做剪切 孔周土體運(yùn)動(dòng)，千斤頂壓力值可讀出。所述加壓工具、加載工具可根據(jù)具體情況采用不同規(guī) 格。
[0008] 試驗(yàn)時(shí)通過改變鉆孔位置，并重新進(jìn)行不同正應(yīng)力下的孔壁巖土體剪切試驗(yàn)，然 后利用不同正應(yīng)力下的巖土體剪切破壞試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制破壞曲線，確定土體內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚 力的值。
[0009] 所以，本發(fā)明方法具有以下技術(shù)效果：
[0010] 1、本發(fā)明可以利用已有的地質(zhì)勘探鉆孔，廢棄工程重復(fù)利用，能減少試驗(yàn)花費(fèi)，提 高測(cè)試效率；
[0011] 2、本發(fā)明能同時(shí)測(cè)得巖土體變形參數(shù)(變形模量)和抗剪強(qiáng)度參數(shù)（內(nèi)摩擦角、內(nèi) 聚力），從而大大減少試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)；
[0012] 3、本發(fā)明通過改變連桿長(zhǎng)度，能靈活測(cè)量孔內(nèi)不同深度處巖土體的力學(xué)指標(biāo)；
[0013] 4、對(duì)周圍巖土體不產(chǎn)生擾動(dòng)。
【附圖說明】
[0014] 本發(fā)明的【附圖說明】如下：
[0015] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2為刻度尺的安裝示意圖。
[0017]圖中：100、高壓栗；200、操作臺(tái)；110、抗壓油管；120、油壓表;210、反力架；220、滑 槽板;230、液壓千斤頂;240、連桿;250、刻度尺;260、滑槽;270、滑輪;300、右剛性桶;310、左 剛性桶;320、高強(qiáng)橡膠內(nèi)囊。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明：
[0019] 如圖1和圖2所示，本發(fā)明包括地面上的操作臺(tái)200和置于孔洞內(nèi)的剛性桶（300、 310)，操作臺(tái)200具有反力架210、液壓千斤頂230、連桿240和刻度尺250,反力架210的四腳 固定在地面上，一對(duì)液壓千斤頂230固定在反力架210頂面與滑槽板220之間，滑槽板220上 開有滑槽260,滑槽260內(nèi)裝有左右兩個(gè)滑輪270,各滑輪270下部連接有相應(yīng)的連桿240,反 力架210上安裝有用以讀取連桿240水平位移的刻度尺250;剛性桶分為右剛性桶300和左剛 性桶310兩塊，在兩塊剛性桶之間嵌入高強(qiáng)橡膠內(nèi)囊320,兩個(gè)連桿240的下端對(duì)應(yīng)連接兩塊 剛性桶，高壓栗100通過抗壓油管110連通高強(qiáng)橡膠內(nèi)囊320,在抗壓油管110上裝有讀取高 強(qiáng)橡膠內(nèi)囊320中油壓的油壓表120。
[0020] 如圖1所示，油壓表120安裝在滑槽板220的頂面;如圖2所示，刻度尺250安裝在反 力架210上表面中間部位。
[0021] 操作臺(tái)200的反力架210中間部位對(duì)準(zhǔn)孔洞，以便于抗壓油管110和連桿240穿過； 操作臺(tái)200的刻度尺250讀出連桿240在壓力作用下的水平位移;液壓千斤頂230用以施加豎 直向上的壓力，帶動(dòng)連桿240做豎直向上運(yùn)動(dòng);滑槽板220豎向開有水平滑槽260,滑輪圓心 處內(nèi)側(cè)設(shè)置有類似于軸承的螺絲桿，與滑輪連接處的螺絲桿上開有圓孔，連桿240插入圓孔 并通過擰緊螺絲桿上的螺帽固定其豎向位移；剛性桶類似于空心圓柱體從中間剖開，高強(qiáng) 橡膠內(nèi)囊320內(nèi)襯在剛性桶內(nèi)；高壓栗100通過抗壓油管110向高強(qiáng)橡膠內(nèi)囊320輸入壓力 油，使高強(qiáng)橡膠內(nèi)囊320膨脹從而將剛性桶壓入孔周巖土體內(nèi)。
[0022]使用本發(fā)明進(jìn)行滑面抗剪指標(biāo)測(cè)試時(shí)，將本發(fā)明安放在巖體鉆孔中的預(yù)定位置 處，通過連桿進(jìn)行定位，然后通過兩個(gè)剛性桶之間的高強(qiáng)橡膠內(nèi)囊對(duì)孔壁巖土體施加荷載， 通過油壓表確定施加荷載大小，通過安裝在反力架上的刻度尺來直接讀取孔周巖土體位 移，從而避免了體積法因壓力作用下體積變化所帶來的誤差。一次測(cè)試完成后，改變包裹著 高強(qiáng)橡膠內(nèi)囊的剛性桶(300)的豎向位置，即改變測(cè)點(diǎn)的深度，重復(fù)對(duì)孔壁巖土體加荷載并 記錄下壓力和該孔壁巖土體變形位移，以此來繪制應(yīng)力應(yīng)變曲線，從而確定巖體變形模量。 [0023] 具體操作過程如下：
[0024]首先利用地質(zhì)勘探孔洞或重新打一定尺寸的孔洞，清空并確?？變?nèi)無(wú)積水，拔出 鉆桿，將包裹著高強(qiáng)橡膠內(nèi)囊的剛性桶放入到一定位置處，壓力表示數(shù)歸零并讀出刻度尺 初始刻度，然后開始加壓，待壓力穩(wěn)定到某一值時(shí)停止加壓并靜置5~lOmin，讀出壓力表示 數(shù)P和此時(shí)刻度尺的示數(shù)，刻度尺的最終示數(shù)與初始示數(shù)的差值即為孔周土體的位移，計(jì)作 dx，最后利用下面公式（1)進(jìn)行計(jì)算：
[0026] 式中：
[0027] r為剛性桶所組成圓柱內(nèi)腔的半徑；
[0028] h為內(nèi)腔的高；
[0029] dx為孔周土體的位移；
[0030] E為孔周土體的彈性模量；
[0031] P為橡膠內(nèi)囊的壓力值。
[0032]待水平位移穩(wěn)定以后，開始通過操作臺(tái)中的一對(duì)液壓千斤頂施加向上拉力從而形 成剪切應(yīng)力。
[0033]施加剪切力過程中要始終確保連桿與孔洞軸線平行。通過改變液壓千斤頂?shù)膲毫?值將滑槽板向上頂起，滑槽板與連桿之間豎向固定，因此滑槽板將帶著連桿一起向上運(yùn)動(dòng)， 帶動(dòng)連桿運(yùn)動(dòng)的力反作用于剛性桶上，此反作用力與土樣剪切力數(shù)值相等，大小可以由液 壓千斤頂支持力讀出。操作臺(tái)可以提供豎向拉力，而滑槽板的提升速度要根據(jù)巖土樣的具 體情況而確定，在滑槽板提升的同時(shí)，要注意觀察液壓千斤頂支持力的讀數(shù)，按照一般規(guī)律 可知，支持力讀數(shù)應(yīng)該逐漸增大直至增加到最大值，繼續(xù)加壓巖土體將被剪壞，記錄好正應(yīng) 力和最大剪切應(yīng)力，然后液壓千斤頂卸壓，改變包裹著高強(qiáng)橡膠內(nèi)囊的剛性桶的豎向位置， 并重復(fù)進(jìn)行幾組試驗(yàn)，通過高壓栗增加正應(yīng)力，待土樣穩(wěn)定固結(jié)，記錄好正應(yīng)力并開始向上 提升滑槽板，從而得到最大剪切應(yīng)力，多次重復(fù)試驗(yàn)，直至繪制出滿意的剪切包絡(luò)線。
[0034]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：
[0035] 1、高壓栗為油壓栗，壓力油體積變形小，壓力控制精細(xì)。
[0036] 2、油壓表的讀數(shù)，與高強(qiáng)橡膠內(nèi)囊所受到的壓應(yīng)力數(shù)值大小相等，即包裹著高強(qiáng) 橡膠內(nèi)囊的剛性桶對(duì)孔周巖土體的壓應(yīng)力能直接讀出。
[0037] 3、液壓千斤頂采用電子液壓千斤頂，可精細(xì)化控制對(duì)連桿(240)的拉力，并能直接 讀出所施加拉應(yīng)力的示數(shù)，此數(shù)值與剛性桶剪切孔周巖土體的剪應(yīng)力大小相等。
[0038] 4、刻度尺(250)類似于游標(biāo)卡尺尺身上的刻度，連桿(240)采用長(zhǎng)方體剛性材料， 并且在與刻度尺(250)相接觸位置處標(biāo)有刻度，類似于游標(biāo)卡尺的游標(biāo)，故刻度尺(250)與 兩根連桿(240)組成兩把游標(biāo)卡尺，以此讀出孔周巖土體水平位移，精度較高。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種非擾動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)滑面抗剪指標(biāo)測(cè)試裝置，其特征是:包括地面上的操作臺(tái)（200)和置 于孔洞內(nèi)的剛性桶，操作臺(tái)（200)具有反力架(210)、液壓千斤頂(230)、連桿(240)和刻度尺 (250)，反力架（210)的四腳固定在地面上，一對(duì)液壓千斤頂（230)固定在反力架(210)頂面 與滑槽板（220)之間，滑槽板（220)上開有滑槽（260)，滑槽（260)內(nèi)裝有左右兩個(gè)滑輪 (270)，各滑輪（270)下部連接有相應(yīng)的連桿（240)，反力架（210)上安裝有用以讀取連桿 (240)水平位移的刻度尺(250);剛性桶分為右剛性桶(300)和左剛性桶(310)兩塊，在兩塊 剛性桶之間嵌入高強(qiáng)橡膠內(nèi)囊(320)，兩個(gè)連桿(240)的下端對(duì)應(yīng)連接兩塊剛性桶，高壓栗 (100)通過抗壓油管（110)連通高強(qiáng)橡膠內(nèi)囊(320)，在抗壓油管（110)上裝有讀取高強(qiáng)橡膠 內(nèi)囊(320)中油壓的油壓表(120)。2. 根據(jù)權(quán)利要求書1所述的非擾動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)滑面抗剪指標(biāo)測(cè)試裝置，其特征是：油壓表 (120)安裝在滑槽板(220)的頂面;刻度尺(250)安裝在反力架(210)上表面中間部位。
【文檔編號(hào)】G01N3/24GK105865940SQ201610255003
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月20日
【發(fā)明人】周小平, 楊海清, 肖睿胤, 壽云東
【申請(qǐng)人】重慶大學(xué)