岩土体孔下原位三维静载荷‑竖向侧摩阻力测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了岩土体孔下随钻剪切‑竖向集成原位测试装置，包括侧向实验部、垂直实验部和测试单元，侧身实验部包括固定在机架轴线上的固定管，和可径向移动地安装在固定管圆周的多个弧形的反力板，用于驱动反力板径向移动的径向动力装置，和固定在固定管上以安装径向动力装置的滑动装置，以及驱动径向动力装置在滑动装置上移动的滑动动力装置；垂直实验部包括垂直动力装置和对孔底进行施压的垂直静载荷装置；测试单元通过测量元件获取侧向实验部和垂直实验部的测量数据，并通过线缆输送至位于地面的数据主机。本发明专利技术可以在任意深度、各种岩土体、各种含水率的孔下进行实验，得到岩土体的多项强度指标，充分满足现场实验各项指标要求。

【技术实现步骤摘要】
岩土体孔下原位三维静载荷-竖向侧摩阻力测试装置
本专利技术涉及地质勘探领域，特别是涉及一种能够同时实现岩土体孔下原位三维静载荷、竖向侧摩阻力的测试装置。
技术介绍
岩土体的原位测试强度参数与室内试验强度参数的传统方法比较起来具有明显的优点：1)可以在拟建场地进行岩土体孔下原位测试，无需取样，避免了因取样由于扰动带来的一系列问题，如原状岩土样扰动及含水量变化等问题；2)原位测试所涉及的岩土尺寸教室内实验可以大些，因而更能反映岩土体的宏观结构对岩土体的力学性质的影响。原位测试工作主要是在结构工程设计之前的岩土体工程勘察阶段进行的，必须获得岩土的物理力学参数，提供给设计部门作为基础数据，因此，必须做到数据准确、可靠、稳定，才会使设计部门的设计结构安全可靠，进而确保生命和财产的安全。目前，土体的原位测试实验包括在地面上的静载荷实验、剪切实验以及大剪实验等；和钻孔下的十字剪切实验、旁压试验、静力触探、动力触探、标准贯入实验等。目前，岩体的实验主要有岩体变形实验、岩体强度实验、岩石点荷载强度实验、岩体声波探测(包括硐室围岩松动圈的声波测试、声波测井、围岩分类的声波测试)、路基沉降实验、围岩收敛变形实验、硐室的工程地质展示图，以及随钻测量等。与本专利技术相关是随钻测量，随钻测量(MWD),是定向钻进中一种先进的技术，可以不间断定向钻进而测量近钻头孔底某些信息，并将信息即即刻传送到地表的过程，随着技术的进步，现代随钻测量已发展随钻测井，可以得到三方面的信息：1)定向数据(井斜角、方位角、工具面角)；2)地层特性(伽马射线，电阻率测井记录)；3)钻井参数(井底钻压，扭矩，每分钟转数)。与本专利技术相关还有旁压试验，旁压试验是在现场钻孔中进行的一种水平向荷载试验。具体试验方法是将一个圆柱形的旁压器放到钻孔内设计标高，加压使得旁压器横向膨胀，根据试验的读数可以得到钻孔横向扩张的体积-压力或应力-应变关系曲线，据此可用来估计地基承载力，测定土的强度参数、变形参数、基床系数，估算基础沉降、单桩承载力与沉降。与本专利技术相关的静力触探试验，静力触探是利用以一恒定的贯入速率将圆锥探头通过一系列探杆压入土中，根据测得探头贯入阻力大小来间接判定土的物理力学性质的原位实验。适用于：软土、粘性土、粉土、饱和砂土和含少量碎石的土。静力触探缺点：1)贯入机理不清楚，对于探头的摩阻力和尖端阻力不清楚，目前没有明确的数理模型来描述，应用于桩基础的设计，只能按经验确定侧摩阻力和桩端阻力；2)对于碎石土和密实砂土难以贯入，也不能直接观测土层。在地质勘察中，静力触探常和钻探取样联合应用。岩体在外荷载或者卸荷作用下的破坏方式一般为剪破坏和拉张破坏，其中剪切破坏占大多数。因此，岩体破坏的本质就是剪切破坏和拉张破坏强度，岩体强度的原位测试主要是测得岩体的剪切和拉张强度。目前采用的原位地面实验，可以测得岩体的摩擦角c和内聚力值值，c、值是岩体强度的重要指标，它代表着岩体抵抗剪切破坏的性能。岩体结构单元是由岩块(块状、板状的，完整或者碎裂)、结构面(软弱结构面、坚硬结构面)以及充填物等组成，由于各种结构面的发育和分布的不均匀性，使其变形性质比岩石变形复杂得多，因而岩体的变形不能由岩石的变形所表述，必须通过岩体变形实验测定其变形指标。岩体变形实验是为测定岩体在一定的载荷作用或者卸荷作用下变形特性指标而进行的岩体现场实验。通过实验测定岩体的变形模量、弹性模量以及变形系数等岩石工程中不可缺少的岩体力学参数。该试验可以得到岩体的变形模量和弹性模量。岩石的点荷载实验是将岩石块体置于一对点接触的加荷装置上，岩石破坏主要是呈劈裂破坏的性质，破坏的机理是张破坏。采用点荷载实验是测得岩石的抗拉强度，再根据掩饰的抗拉强度与抗压强度之间的关系式，由点荷载实验结果换算出岩石的抗压强度。岩体的物理力学参数是基础的数据，如果得不到准确值，对任何岩体工程的强度设计、变形验算、稳定性，就得不到精确的设计和评价，所以大多数的工程规范都有安全系数来增大安全的保障。对于煤矿工程，涉及到巷道支护的设计基础数据，要明确测得巷道围岩的力学参数，来保证支护设计的合理性、经济造价和工期；松动圈的扩展速度、范围及扩展规律等；围岩在卸荷状态下数值模拟，也要精确得到围岩各层岩体的力学参数才能得到理想的结果。岩体原位测试是在现场制备试件模拟工程作用对岩体施加外荷载，进而求取岩体力学参数的试验方法，是岩土工程勘察的重要手段之一。岩体原位测试的最大优点是对岩体扰动小，尽可能地保持了岩体的天然结构和环境状态，使测出的岩体力学参数直观、准确。目前，岩体原位测试存在的最大问题是缺乏简单易用、测量结果准确的测量设备，特别是全自动化的智能设备。
技术实现思路
本专利技术的目的是要提供一种可以在岩土体孔下实现孔下原位三维静载荷-竖向侧摩阻力测量的测试装置。特别地，本专利技术岩土体孔下原位三维静载荷-竖向侧摩阻力测试装置，包括机架，在所述机架上安装有：侧向实验部，安装在所述机架的上部，包括固定在所述机架轴线上的固定管，可径向移动地安装在所述固定管圆周的多个弧形的反力板，用于驱动所述反力板径向移动的动力装置，和固定在所述固定管上以安装所述径向动力装置并实现垂直移动的滑动装置，以及驱动所述径向动力装置在所述滑动装置上垂直移动的滑动动力装置；垂直实验部，固定在所述机架的下部，包括施加竖向动力的垂直动力装置，和对孔底进行施压的垂直静载荷装置；测试单元，通过测量元件获取所述侧向实验部和所述垂直实验部的测量数据，并通过线缆输送至位于地面的数据主机。在本专利技术的一个实施方式中，所述滑动装置为套在所述固定管外圆周的套筒，并可相对所述固定管实现径向移动，所述径向动力装置固定在所述套筒上。在本专利技术的一个实施方式中，所述的岩土体孔下原位三维静载荷-竖向侧摩阻力测试装置，其特征在于，所述套筒的外圆周设置有固定架，所述固定架的顶部和底部分别设置有垂直于所述套筒的滑轨，所述反力板通过设置在上下两端处的滑块卡在所述滑轨上；所述径向动力装置为柔性材料制作的第一气囊，和通过管路与所述第一气囊连接的第一气源，所述第一气囊分别与所述反力板和所述套筒固定。在本专利技术的一个实施方式中，所述滑动装置为垂直固定在所述固定筒外表面的滑轨，所述径向动力装置通过滑块与所述滑轨滑动连接。在本专利技术的一个实施方式中，所述固定管的外圆周设置有固定架，所述固定架的顶部和底部分别设置有垂直于所述固定管的滑轨，所述反力板通过设置在上下两端处的滑块卡在所述滑轨上；所述径向动力装置为柔性材料制作的第一气囊，和通过管路与所述第一气囊连接的第一气源，所述第一气囊分别与所述反力板和所述固定管固定。在本专利技术的一个实施方式中，所述滑动动力装置包括安装在所述径向动力装置上方的第二气囊，和为所述第二气囊供气的第二气源，所述第二气囊分别与所述机架和径向动力装置连接。在本专利技术的一个实施方式中，在所述机架上安装有可视装置，所述可视装置为摄像机或照相机。在本专利技术的一个实施方式中，所述垂直静载荷装置包括：壳体，套在所述固定管的外圆周；推杆，可移动并可旋转地套设在所述固定管上，在所述推杆上开设有外螺纹，和安装有位移传感器和压力传感器；导杆，设置有八个且均布在所述壳体内，并可沿所述壳体的长度方向移动，在所述导杆的一端设置有摆块，在所述导杆的外表面形本文档来自技高网...

【技术保护点】
岩土体孔下原位三维静载荷‑竖向侧摩阻力测试装置，包括机架，其特征在于：在所述机架上安装有：侧向实验部，安装在所述机架的上部，包括固定在所述机架轴线上的固定管，可径向移动地安装在所述固定管圆周的多个弧形的反力板，用于驱动所述反力板径向移动的动力装置，和固定在所述固定管上以安装所述径向动力装置并实现垂直移动的滑动装置，以及驱动所述径向动力装置在所述滑动装置上垂直移动的滑动动力装置；垂直实验部，固定在所述机架的下部，包括施加竖向动力的垂直动力装置，和对孔底进行施压的垂直静载荷装置；测试单元，通过测量元件获取所述侧向实验部和所述垂直实验部的测量数据，并通过线缆输送至位于地面的数据主机。

【技术特征摘要】
1.岩土体孔下原位三维静载荷-竖向侧摩阻力测试装置，包括机架，其特征在于：在所述机架上安装有：侧向实验部，安装在所述机架的上部，包括固定在所述机架轴线上的固定管，可径向移动地安装在所述固定管圆周的多个弧形的反力板，用于驱动所述反力板径向移动的动力装置，和固定在所述固定管上以安装所述径向动力装置并实现垂直移动的滑动装置，以及驱动所述径向动力装置在所述滑动装置上垂直移动的滑动动力装置；垂直实验部，固定在所述机架的下部，包括施加竖向动力的垂直动力装置，和对孔底进行施压的垂直静载荷装置；测试单元，通过测量元件获取所述侧向实验部和所述垂直实验部的测量数据，并通过线缆输送至位于地面的数据主机。2.根据权利要求1所述的孔下原位三维静载荷-竖向侧摩阻力测试装置，其特征在于，所述滑动装置为套在所述固定管外圆周的套筒，并可相对所述固定管实现径向移动，所述径向动力装置固定在所述套筒上。3.根据权利要求2所述的岩土体孔下原位三维静载荷-竖向侧摩阻力测试装置，其特征在于，所述套筒的外圆周设置有固定架，所述固定架的顶部和底部分别设置有垂直于所述套筒的滑轨，所述反力板通过设置在上下两端处的滑块卡在所述滑轨上；所述径向动力装置为柔性材料制作的第一气囊，和通过管路与所述第一气囊连接的第一气源，所述第一气囊分别与所述反力板和所述套筒固定。4.根据权利要求1所述的岩土体孔下原位三维静载荷-竖向侧摩阻力测试装置，其特征在于，所述滑动装置为垂直固定在所述固定筒外表面的滑轨，所述径向动力装置通过滑块与所述滑轨滑动连接。5.根据权利要求4所述的岩土体孔下孔下原位三维静载荷-竖向侧摩阻力测试装置，其特征在于，所述固定管的外圆周设置有固定架，所述固定架的顶部和底部分别设置有垂直于所述固定管的滑轨，所述反力板通过设置在上下两端处的滑块卡在所述滑轨上；所述径向动力装置为柔性材料制作的第一气囊，和通过管路与所述第一气囊连接的第一气源，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟达，郑梦雨，
申请(专利权)人：北京雷雨达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11