The invention discloses a deep in-situ hole shear testing system, which comprises a drilling rig, a convergent casing coring tool, a casing, a mud pump, a drilling tool salvage device, a shear probe, a pull rod, a normal stress loading measuring device, a shear stress loading measuring device, a micrometer and a data acquisition recorder, and a drilling machine to drive a casing drilling. Formation; positioning end-pipe driving tension-convergence casing coring tool for drilling and sampling; drilling tool salvage device for lifting the tension-convergence casing coring tool out of the casing; pull rod delivering the shear probe to a predetermined test depth; normal stress loading measuring device applied specified normal stress to the shear probe; shear stress loading measuring device for lifting Shear probe; micrometer to measure the shear deformation of the shear probe; data acquisition recorder to record the shear deformation and shear force with time during the lifting process of the shear probe. The system has the advantages of simple structure and convenient operation, and can significantly improve the quality and efficiency of in-situ shear testing in deep holes.
【技术实现步骤摘要】
深层原位孔内剪切测试系统及其测试方法
本专利技术属于岩土工程原位测试领域，特别是涉及一种深层原位孔内剪切测试系统及其测试方法。
技术介绍
粘聚力和内摩擦角是土体重要的抗剪强度指标，是土压力、地基承载力计算，分析路堤、边坡、基坑、隧道稳定性并开展其支护结构设计的重要参数。粘聚力和内摩擦角目前主要采用钻探取土样进行室内试验的方法进行测定，采用的室内试验方法有直接剪切试验和三轴压缩试验。室内试验测定方法对土体扰动大，土样经过应力释放的卸载和室内试验的再加载，土的抗剪强度指标与现场原位抗剪强度指标必然存在差异，测试结果离散性较大；且室内试验方法因很难取得砂性土原状样，故无法测定砂性土抗剪强度参数。另外一种方法是原位测试土体抗剪切强度参数。该方法主要有现场直接剪切试验和十字板剪切试验。现场直接剪切试验需在试洞、试坑、探槽或大口径钻孔内进行，优点是对土样的扰动小，测试结果准确可靠，缺点是对深层土体的测试较为困难，且需要耗费大量人力、物力。十字板剪切试验的优点是设备简单、操作方便，缺点是仅适用于测定内摩擦角基本等于零的饱和黏性土的不排水抗剪强度，不适用于硬度较大的黏性土。此外，...
【技术保护点】
1.一种深层原位孔内剪切测试系统，其特征在于：包括钻机(1)、张敛式套管取芯钻具(2)、套管(3)、泥浆泵(4)、钻具打捞装置(5)、剪切探头(6)、拉杆(7)、法向应力加载量测装置(9)、剪应力加载量测装置(10)、千分表(11)和数据采集记录仪(13)，所述钻机(1)用于驱动所述套管(3)及连接在套管(3)底部的定位端管(3‑1)钻进地层；所述定位端管(3‑1)用于带动所述张敛式套管取芯钻具(2)进行钻探取样；所述泥浆泵(4)用于在钻探过程中为泥浆往复循环流动提供动力，并为所述张敛式套管取芯钻具(2)提供工作压力；所述钻具打捞装置(5)用于在所述张敛式套管取芯钻具(2)...
【技术特征摘要】
1.一种深层原位孔内剪切测试系统，其特征在于：包括钻机(1)、张敛式套管取芯钻具(2)、套管(3)、泥浆泵(4)、钻具打捞装置(5)、剪切探头(6)、拉杆(7)、法向应力加载量测装置(9)、剪应力加载量测装置(10)、千分表(11)和数据采集记录仪(13)，所述钻机(1)用于驱动所述套管(3)及连接在套管(3)底部的定位端管(3-1)钻进地层；所述定位端管(3-1)用于带动所述张敛式套管取芯钻具(2)进行钻探取样；所述泥浆泵(4)用于在钻探过程中为泥浆往复循环流动提供动力，并为所述张敛式套管取芯钻具(2)提供工作压力；所述钻具打捞装置(5)用于在所述张敛式套管取芯钻具(2)钻探取样后将其提离所述套管(3)；所述拉杆(7)用于将所述剪切探头(6)送至预定试验深度；所述法向应力加载量测装置(9)用于向被送至预定试验深度的剪切探头(6)施加指定法向应力；所述剪应力加载量测装置(10)用于以恒定速率提升所述剪切探头(6)，直至剪切破坏；所述千分表(11)通过所述拉杆(7)量测所述剪切探头(6)剪切测试土体的剪切变形量；所述剪切探头(6)、法向应力加载量测装置(9)、剪应力加载量测装置(10)、千分表(11)分别通过数据电缆与所述数据采集记录仪(13)相连；所述数据采集记录仪(13)用于记录所述剪切探头(6)匀速提升过程中随时间变化的剪切变形和剪切力。2.根据权利要求1所述的深层原位孔内剪切测试系统，其特征在于：所述剪切探头(6)包括一对剪切板(6-1)、孔隙水压力测试探头(6-2)、法向变形测试传感器(6-3)、双作用压力汽缸(6-4)和倒U型提升架(6-5)，所述双作用压力汽缸(6-4)水平设置；所述一对剪切板(6-1)分别固装在双作用压力汽缸(6-4)的缸体底部和活塞杆的输出端，每块剪切板(6-1)均为外侧带锯齿状横槽的钢板；所述倒U型提升架(6-5)的两个下端分别固定在对应侧的剪切板(6-1)的上端；每个所述剪切板(6-1)的中心各装有一个所述孔隙水压力测试探头(6-2)；所述法向变形测试传感器(6-3)水平安装在两块剪切板(6-1)之间，且其两端分别与相应侧的剪切板(6-1)连接。3.根据权利要求1所述的深层原位孔内剪切测试系统，其特征在于：所述张敛式套管取芯钻具(2)包括打捞矛头(2-1)、外套(2-3)、花键齿(2-4)、切削板(2-5)、张敛轴(2-6)和双管钻具(2-7)，所述张敛轴(2-6)设在所述外套(2-3)内，且能在外套(2-3)内上下移动；所述打捞矛头(2-1)设置在张敛轴(2-6)的顶部，在张敛轴(2-6)的内部开孔形成过水通道(2-2)；所述外套(2-3)的中部外侧形成有花键齿(2-4)，用于与所述定位端管(3-1)的花键套相啮合；所述花键齿(2-4)下部的外套(2-3)内设有能依靠所述张敛轴(2-6)的下移或上移而向外推出或向内收敛的切削板(2-5)；所述外套(2-3)下部螺纹连接所述双管钻具(2-7)。4.根据权利要求1所述的深层原位孔内剪切测试系统，其特征在于：所述泥浆泵(4)与一泥浆池(4-1)和所述钻机(1)分别通过胶管相连。5.根据权利要求1所述的深层原位孔内剪切测试系统，其特征在于：所述钻具打捞装置(5)包括打捞器(5-1)、起吊架(5-2)、绞车(5-3)和钢丝绳(5-4)，所述打捞器(5-1)通过绞车(5-3)上的钢丝绳(5-4)牵引悬挂在所述起吊架(5-2)上；工作时，所述打捞器(5-1)与张敛式套管取芯钻具(2)上的打捞矛头(2-1)相接合。6.根据权利要求1所述的深层原位孔内剪切测试系统，其特征在于：所述法向应力加载量测装置(9)包括法向应力控制单元(9-1)、高压气瓶(9-2)、调压阀(9-3)和高压气管(9-4)，所述高压气瓶(9-2)与调压阀(9-3)的一端螺纹连接，调压阀(9-3)的另一端与法向应力控制单元(9-1)通过高压气管(9-4)相连，法向应力控制单元(9-1)同时与剪切探头(6)中的双作用压力汽缸(6-4)通过另一高压气管(9-4)相连。7.根据权利要求1所述的深层原位孔内剪切测试系统，其特征在于：所述剪应力加载量测装置(10)包括千斤顶(10-1)、电动泵(10-2)、剪应力测试单元(10-3)、卡钳(10-4)和高压油管(10-5)，所述千斤顶(10-1)与所述电动泵(10-2)通过高压油管(10-5)相连；所述电动泵(10-2)用于驱动所述千斤顶(10-1)，提供恒定提升速率。8.根据权利要求1所述的深层原位孔内剪切测试系统，所述的千分表(11)架设在卡钳(10-4...
【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，李国和，陈新军，刘振田，
申请(专利权)人：中国铁路设计集团有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12
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