一种地表原位岩土三轴压缩测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种地表原位岩土三轴压缩测试装置，包括圆柱形空心外管，所述外管的一端为用于扶持且内部安装有计算单元的控制端，另一端为钻头端，在所述外管的内部活动安装有用于取土的内管，所述内管位于所述钻头端的端部为管靴结构且伸出所述外管外，在所述内管内安装有提供液压动力的液压部，和受液压部驱动而对采集的土样施加垂直压力的垂压部，以及对采集的土样施加径向围压力的围压部，使用者将所述外管的钻头端直接立在地面上进行人工取土。本发明专利技术利用取土器的取样动力原理，直接在地面进行微扰动取土，采用MEMS利用传感器对土样进行数据测试，采用两套液压回路进行施加垂直压力和围压，可确保荷载的稳定，最大限度保证及提高实验数据的精度。

A Triaxial Compression Testing Device for Ground Surface in-situ Rock and Soil

The invention provides a surface in situ triaxial compression testing device for rock and soil, which comprises a cylindrical hollow outer pipe, one end of which is a control end for supporting and internally installed with a calculation unit, the other end is a bit end, and the internal activity of the outer pipe is equipped with an inner pipe for fetching soil. The inner pipe is located at the end of the bit end with a tube boot structure and extends out of the outer pipe. The inner pipe is equipped with a hydraulic part providing hydraulic power, a vertical pressure part driven by the hydraulic part to exert vertical pressure on the collected soil sample, and a confining pressure part to exert radial circumferential pressure on the collected soil sample. The user directly stands the bit end of the outer pipe on the ground for manual soil extraction. The method uses the sampling dynamic principle of the soil sampler to directly take soil from the ground with micro-disturbance, uses the sensor to test the soil sample data, and uses two sets of hydraulic loops to exert vertical pressure and confining pressure, so as to ensure the stability of the load and to maximize the guarantee and improvement of the accuracy of the experimental data.

【技术实现步骤摘要】
一种地表原位岩土三轴压缩测试装置
本专利技术涉及建筑领域，特别涉及一种地表岩土工程中对岩土体进行原位应力和围压强度测试的原位三轴压缩测试装置。
技术介绍
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。岩体的物理力学参数是基础数据，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。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。岩土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，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，岩土体的原位测试一般是采用多个独立的设备分别进行不同的实验，再根据不同设备的测试数据得到相关测试结果，该方式导致测试过程繁琐冗长，缺少实现全自动化的智能测试装置。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种地表岩土工程中对岩土体进行原位应力和围压强度测试的原位三轴压缩测试装置。特别地，本专利技术提供一种地表原位岩土三轴压缩测试装置，包括圆柱形空心外管，所述外管的一端为用于扶持且内部安装有计算单元的控制端，另一端为钻头端，在所述外管的内部活动安装有用于取土的内管，所述内管位于所述钻头端的端部为管靴结构且伸出所述外管外，在所述内管内安装有提供液压动力的液压部，和受液压部驱动而对采集的土样施加垂直压力的垂压部，以及对采集的土样施加径向围压力的围压部，使用者将所述外管的钻头端直接立在地面上进行人工取土。在本专利技术的一个实施方式中，在所述内管与外管之间设置有排出液体的通道。在本专利技术的一个实施方式中，所述垂压部位于所述内管靠近所述控制部的端部，包括垂压缸和液压杆，所述液压杆包括两个平行设置的圆板和垂直连接在两个圆板之间的连接杆，液压杆的一个圆板安装在油腔内，另一个圆板位于油腔外且靠近土样一侧，在垂压缸的端部设置有供连接杆轴向移动的密封孔。在本专利技术的一个实施方式中，在所述内管与所述液压杆对应的位置处安装有第一触碰开关和第二触碰开关，所述液压杆在触发第一触碰开关时停止对土样施压，在触发第二触碰开关时停止垂压部工作。在本专利技术的一个实施方式中，伸出所述垂压缸的圆板与土样接触的一面安装有垂压传感器。在本专利技术的一个实施方式中，所述垂压部在施加垂直压力时，试样每产生0.3％～0.4％的轴向应变或0.2mm变形值，测记一次压力数据和轴向变形值；当轴向应变大于3％时，试样每产生0.7％～0.8％的轴向应变或0.5mm变形值，测记一次测力计读数和轴向变形值；当所述垂压传感器读数出现峰值时，垂压应该继续进行到轴向应变为15％～20％在本专利技术的一个实施方式中，所述围压部包括活动设置在所述内管内壁上的柔性围压油囊，和测量围压油囊中围压大小的围压传感器，围压油囊通过设置在所述内管内壁内的管路与所述液压部连接。在本专利技术的一个实施方式中，所述液压部包括分别与所述垂压缸和所述围压油囊连接的垂压腔和围压腔，以及通过液压管路为所述垂压腔和所述围压腔供液压油的液压泵，在所述液压管路上分别安装有控制液压油流向的多路控制阀。在本专利技术的一个实施方式中，所述围压油囊在施加围压时的应变速度为0.5％～1.0％。在本专利技术的一个实施方式中，所述控制端上设置有启动相应测试项目的多个控制开关，以及显示测试结果的显示屏，所述供电端通过线缆与外部供电系统连接，在所述外管远离所述钻头端的一端安装有控制钻地时角度的方向盘。本专利技术利用取土器的取样动力原理，直接在地面进行微扰动取土，采用液压装置进行垂直施压和水平施压，可提高实验过程稳定性和精度；采用MEMS利用传感器对土样进行数据测试，采用两套液压回路进行施加垂直压力和围压，可确保荷载的稳定，最大限度保证及提高实验数据的精度。附图说明图1是本专利技术一个实施方式的地表原位岩土三轴压缩测试装置的结构示意图；图2是本专利技术一个实施方式的垂压部的结构示意图；图3是本专利技术一个实施方式的地表原位岩土三轴压缩测试装置的液压管路示意图。具体实施方式如图1、2所示，本专利技术一个实施方式公开一种地表原位岩土三轴压缩测试装置，用于地面岩土的直接取样和应力及围压的现场测试，该测试装置一般包括圆柱形空心外管10，和安装在外管10内部用于取土样的内管20，内管20相对外管可以实现轴向移动。外管10的一端为用于扶持且内部安装有计算单元的控制端12，外管10的另一端为便于钻入地下的钻头端13，内管20位于钻头端13的端部为管靴21结构且伸出外管10外，在内管20靠近控制端12的一端内安装有提供液压动力的液压部30，和受液压部30驱动而对采集的土样施加垂直压力的垂压部40，以及设置在内管20的中部以在液压部30的驱动下对采集的土样施加横向围压的围压部50。在工作时，由操作人直接将外管的钻头端立在地面上，然后扶持和控制控制端进行人工取土，采集的土样进入到内管20内，然后通过控制端控制液压部30的液压油对垂压部40和围压部50进行同步施压，使垂压部40和围压部50对土样持续施加压力(应力)，以实时测得土样的应变力。在对土样保持围压的同时，液压部30再驱动向垂压部40对土样施加垂直压力，以完成围压实验。然后再依次控制围压部50和垂压部40的液压油回流，最终通过外部动力将整个原位实验装置带至地面。整个测试过程由控制端12进行控制，包括液压部的驱动过程和垂压、围压力的计算，本实施方式中的控制端12采用MEMS(微机电系统)，因体积小功能全，因此可安装在原位实验装置上，达到实时测量和实时计算的效果。有时在取土过程中可能会遇到地下水，针对该状态，可以在内管20与外管10之间设置排出液体的通道14，进入内管20的地下水即可在内部土样的压力下由通道14排出至内管外。这里的通道14可以是设置在内管20上连通内管20内部和外部的通道，也可以是内管20与外管10之间的间隙本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地表原位岩土三轴压缩测试装置，包括圆柱形空心外管，其特征在于，所述外管的一端为用于扶持且内部安装有计算单元的控制端，另一端为钻头端，在所述外管的内部活动安装有用于取土的内管，所述内管位于所述钻头端的端部为管靴结构且伸出所述外管外，在所述内管内安装有提供液压动力的液压部，和受液压部驱动而对采集的土样施加垂直压力的垂压部，以及对采集的土样施加径向围压力的围压部，使用者将所述外管的钻头端直接立在地面上进行人工取土。

【技术特征摘要】
1.一种地表原位岩土三轴压缩测试装置，包括圆柱形空心外管，其特征在于，所述外管的一端为用于扶持且内部安装有计算单元的控制端，另一端为钻头端，在所述外管的内部活动安装有用于取土的内管，所述内管位于所述钻头端的端部为管靴结构且伸出所述外管外，在所述内管内安装有提供液压动力的液压部，和受液压部驱动而对采集的土样施加垂直压力的垂压部，以及对采集的土样施加径向围压力的围压部，使用者将所述外管的钻头端直接立在地面上进行人工取土。2.根据权利要求1所述的地表原位岩土三轴压缩测试装置，其特征在于，在所述内管与外管之间设置有排出液体的通道。3.根据权利要求1所述的地表原位岩土三轴压缩测试装置，其特征在于，所述垂压部位于所述内管靠近所述控制部的端部，包括垂压缸和液压杆，所述液压杆包括两个平行设置的圆板和垂直连接在两个圆板之间的连接杆，液压杆的一个圆板安装在油腔内，另一个圆板位于油腔外且靠近土样一侧，在垂压缸的端部设置有供连接杆轴向移动的密封孔。4.根据权利要求3所述的地表原位岩土三轴压缩测试装置，其特征在于，在所述内管与所述液压杆对应的位置处安装有第一触碰开关和第二触碰开关，所述液压杆在触发第一触碰开关时停止对土样施压，在触发第二触碰开关时停止垂压部工作。5.根据权利要求3所述的地表原位岩土三轴压缩测试装置，其特征在于，伸出所述垂压缸的圆板与土样接触的一面安装有垂压传感器。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑梦雨，孟达，马飞，
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