一种抗剪强度测试装置及其抗剪强度和静力触探测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种抗剪强度测试装置及其抗剪强度和静力触探测试方法，包括基座、贯入系统、转动系统及测量系统，贯入系统安装在基座上，转动系统与贯入系统连接，测量系统与转动系统连接；测量系统包括探杆和锥头，探杆的一端与转动系统连接，探杆的另一端与锥头连接；锥头包括第一锥头和第二锥头，第一锥头和第二锥头可更换连接在探杆上；第一锥头的中部圆周上设置有环形压力计；第二锥头的扇状锥形板均匀垂直设置在锥头本体的圆周上；本发明专利技术可以现场快速方便取得土体的粘聚力和土体内摩擦角的数据；有效解决了传统十字板剪切试验只能用于软土土层的测量，只能测定粘聚力，使用范围窄的问题；装置结构简单，体积较小，便于携带使用。

A Shear Strength Testing Device and Its Shear Strength and Static Touch Testing Method

【技术实现步骤摘要】
一种抗剪强度测试装置及其抗剪强度和静力触探测试方法
本专利技术涉及岩土工程
，特别涉及一种抗剪强度测试装置及其抗剪强度和静力触探测试方法。
技术介绍
目前，公路边坡病害治理工程投资巨大，对已完工工程的边坡治理措施的效果评价，只是按照现行的行业规范进行竣工验收。在进入运营后治理防护措施是不是“对症下药”，是否达到了预期的效果，治理效果是好是坏等方面的研究很少。生态护坡是一门新兴技术，国内外尚没有成熟的设计、施工及护坡效果定量评价规范，随着生态工程护坡应用规模的扩大，遇到的问题将越来越复杂，仅依赖一些施工经验往往难以解决这些问题；例如：加固材料用量的问题，过少则会造成坡面的不稳定；过大则会形成浪费，不够经济。现有在岩土工程中，一般利用土体的抗剪强度评价土体的承载力或抵抗滑坡能力，抗剪强度例如土体的粘聚力和内摩擦角；而目前适合原位的贯入试验(贯入试验例如圆锥动力触探试验)或载荷试验，只可以取得土的法向应力强度数据，无法求得土体的抗剪强度；矩形十字板剪切试验是快速测定土层抗剪强度的一种简易而可靠的原位测试方法，但只适用于沿海饱和软土地区黏土层，并且只能测定土体的粘聚力c，无法测得土体内摩擦角值，适用范围有限。目前，国内没有合适的岩土工程勘探设备，可以现场快速方便取得土体的粘聚力c和土体内摩擦角等抗剪强度数据；因此，找到一种简便可靠原位测定土体的抗剪强度设备是目前亟须解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种抗剪强度测试装置及其抗剪强度和静力触探测试方法，可以现场快速方便取得土体的粘聚力c和土体内摩擦角的数据。为达到实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种抗剪强度测试装置，包括基座、贯入系统、转动系统及测量系统，贯入系统安装在基座上，转动系统与贯入系统连接，测量系统与转动系统连接；测量系统包括探杆和锥头，探杆的一端与转动系统连接，探杆的另一端与锥头连接；锥头包括第一锥头和第二锥头，第一锥头和第二锥头可更换连接在探杆上；第一锥头为圆锥体结构，第一锥头的中部圆周上设置有环形压力计；第二锥头包括锥头本体和四块相同的扇状锥形板，锥头本体与第一锥头的形状大小相同，四块相同的扇状锥形板均匀垂直设置在锥头本体的圆周上。进一步的，探杆包括外筒、应变筒、导力杆、应变片、螺塞及球体；外筒为两端开口的圆筒体结构，外筒的一端与转动系统固定连接；应变筒同轴设置在外筒内，应变筒为一端封闭一端开口的圆筒结构，应变筒的封闭端靠近转动系统设置；应变筒的开口端与外筒内壁固定连接；导力杆同轴设置在应变筒内，导力杆的一端通过球体与应变筒的封闭端连接，导力杆的另一端伸出外筒；螺塞套设在导力杆上，螺塞与外筒的内壁固定连接；导力杆上设置有环形凸台，环形凸台与螺塞的端面相抵连接，环形凸台靠近应变筒设置；应变片设置在应变筒的表面上，导力杆的伸出端与锥头固定连接。进一步的，还包括应变补偿片，应变补偿片设置在应变筒的筒壁上；应变片包括对称设置的两个应变片，应变补偿片包括对称设置的两个应变补偿片，应变片与应变补偿片采用四桥连接。进一步的，贯入系统包括第一电机、第一齿轮、第二齿轮、传动螺杆、螺母、外管及内管，第一电机设置在基座上，第一电机的输出轴与第一齿轮连接，第二齿轮与第一齿轮啮合；传动螺杆的一端与第二齿轮固定连接，传动螺杆的另一端为自由端；螺母套设在传动螺杆上，内管的一端与螺母固定连接，内管的另一端与转动系统连接；外管套设在内管的外侧，外管的一端与基座固定连接，外管的另一端为自由端；外管的内壁上设置有限位凸台，限位凸台与外管的轴线平行，螺母的外侧圆周上设置有限位凹槽，限位凹槽与限位凸台配合连接。进一步的，转动系统包括第二电机、第三齿轮、第四齿轮、转轴及钻夹头，第二电机与贯入系统固定连接，第二电机的输出轴与第三齿轮连接，第四齿轮与第三齿轮啮合，转轴的一端与第四齿轮连接，转轴的另一端与钻夹头固定连接。进一步的，外壳体和环形端板，外壳体为两端开口的圆柱筒型结构，外壳体套设在贯入系统、转动系统和测量系统的外侧；外壳体的一端与基座固定连接，外壳体的另一端为自由端；环形端板与外壳体自由端平齐且固定连接，环形端板与外壳体垂直设置。进一步的，锥头的圆锥体内设置有内螺纹，锥头与转动系统之间采用螺纹固定连接。进一步的，应变片采用BF350型应变片。本专利技术还提供了一种原位抗剪强度测试方法，包括以下步骤：步骤1、将第一锥头安装在探杆上，启动贯入系统、关闭转动系统，通过贯入系统将第一锥头压入预设深度土层中，利用环形压力计测得该深度土体的法向应力σn；步骤2、关闭贯入系统、启动转动系统，测量系统在不加载垂直荷载的状态下，利用转动系统为测量系统施加扭矩，测定最大扭矩T0，T0为测量系统与土层之间产生的固有摩擦力；步骤3、卸下第一锥头，将第二锥头安装在探杆上，在步骤1的同一位置或偏离5-10cm的位置处，将第二锥头压入预设土层中，第二锥头的压入深度与第一锥头的压入深度相同；然后关闭贯入系统、启动转动系统，利用转动系统为测量系统施加扭矩，旋转第二锥头将土体剪切破坏，形成圆锥状破坏面，土体抵抗扭矩的最大扭矩TN；步骤4、根据步骤2、3得到第二锥头剪切土体的剪切扭矩T＝TN-T0；步骤5、在同一土层或者边坡重复多次试验，得出多组σn和TN值，利用公式确定数组τ的数值；式中，H为土层剪切圆锥体圆锥的高度；θ为锥倾面轴心所对应的角度；τ为剪切应力；步骤6、利用库伦公式或经验式法求取土体的粘聚力c和内摩擦角本专利技术还提供了一种静力触探测试方法，包括以下步骤：步骤1、将第一锥头安装在探杆上，启动贯入系统、关闭转动系统，通过贯入系统将第一锥头压入预设深度土层中，利用应变筒上的应变片的应变数据，获得第一锥头受到的土体阻力和侧摩擦力；步骤2、第一锥头受到的土体阻力和侧摩擦力，分析得到土体的物理力学性质。与现有技术比，本专利技术的有益效果有：本专利技术一种抗剪强度的测试装置，装置结构简单，体积较小，便于携带使用。进一步的，通过在探杆内设置应变筒，应变筒上设置有应变片，通过对应变片获得的压力数据实现对检测区域土质的物理特性分析，实现了静力触探的功能，实现了一种装置发挥多种功能的作用，填补了边坡坡面土体参数无法原位测试的空白。进一步的，通过在外壳体的端部设置环形端板，使用时，环形端板与坡面紧贴，保证了锥头垂直贯入土体中。本专利技术还提供了一种原位抗剪强度的测试方法，可以现场快速方便取得粘聚力c和土体内摩擦角的数据；有效解决了传统十字板剪切试验只能用于软土土层的测量，只能测定粘聚力c一个单值，使用范围窄的问题。本专利技术还提供了一种静力触探测试方法，利用本装置准静力以恒定的贯入速率将圆锥探头压入土中，根据测得的锥头受到的土体阻力和侧摩阻力大小，来间接判定土体的物理力学性质，实现静力触探的目的；本专利技术适用于平坦区域和边坡坡面。附图说明图1为本专利技术所述的测试装置的整体结构示意图；图2为本专利技术所述的测试装置中的贯入系统结构示意图；图3为本专利技术所述的测试装置中的外管结构示意图；图4为本专利技术所述的测试装置中的螺母结构示意图；图5为本专利技术所述的测试装置中的测量系统结构示意图；图6为本专利技术所述的测试装置中的第一锥头结构示意图；图7为本专利技术所述的测试装置中的第二锥头的结构示意图；图8为本专利技术所述的测试装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗剪强度测试装置，其特征在于，包括基座(1)、贯入系统(3)、转动系统(4)及测量系统(5)，贯入系统(3)安装在基座(1)上，转动系统(4)与贯入系统(3)连接，测量系统(5)与转动系统(4)连接；测量系统(5)包括探杆(51)和锥头(52)，探杆(51)的一端与转动系统(4)连接，探杆(51)的另一端与锥头(52)连接；锥头(52)包括第一锥头(521)和第二锥头(522)，第一锥头(521)和第二锥头(522)可更换连接在探杆(51)上；第一锥头(521)为圆锥体结构，第一锥头(521)的中部圆周上设置有环形压力计(5211)；第二锥头(522)包括锥头本体(5221)和四块相同的扇状锥形板(5222)，锥头本体(5211)与第一锥头(521)的形状大小相同，四块相同的扇状锥形板(5222)均匀垂直设置在锥头本体(5211)的圆周上。

【技术特征摘要】
1.一种抗剪强度测试装置，其特征在于，包括基座(1)、贯入系统(3)、转动系统(4)及测量系统(5)，贯入系统(3)安装在基座(1)上，转动系统(4)与贯入系统(3)连接，测量系统(5)与转动系统(4)连接；测量系统(5)包括探杆(51)和锥头(52)，探杆(51)的一端与转动系统(4)连接，探杆(51)的另一端与锥头(52)连接；锥头(52)包括第一锥头(521)和第二锥头(522)，第一锥头(521)和第二锥头(522)可更换连接在探杆(51)上；第一锥头(521)为圆锥体结构，第一锥头(521)的中部圆周上设置有环形压力计(5211)；第二锥头(522)包括锥头本体(5221)和四块相同的扇状锥形板(5222)，锥头本体(5211)与第一锥头(521)的形状大小相同，四块相同的扇状锥形板(5222)均匀垂直设置在锥头本体(5211)的圆周上。2.根据权利要求1所述的一种抗剪强度测试装置，其特征在于，探杆(51)包括外筒(511)、应变筒(512)、导力杆(513)、应变片(514)、螺塞(516)及球体(517)；外筒(511)为两端开口的圆筒体结构，外筒(511)的一端与转动系统(4)固定连接；应变筒(512)同轴设置在外筒(511)内，应变筒(512)为一端封闭一端开口的圆筒结构，应变筒(512)的封闭端靠近转动系统(4)设置；应变筒(512)的开口端与外筒(511)内壁固定连接；导力杆(513)同轴设置在应变筒(512)内，导力杆(513)的一端通过球体(517)与应变筒(512)的封闭端连接，导力杆(513)的另一端伸出外筒(511)；螺塞(516)套设在导力杆(513)上，螺塞(516)与外筒(511)的内壁固定连接；导力杆(513)上设置有环形凸台(5131)，环形凸台(5131)与螺塞(516)的端面相抵连接，环形凸台(5131)靠近应变筒(512)设置；应变片(514)设置在应变筒(512)的表面上，导力杆(513)的伸出端与锥头(52)固定连接。3.根据权利要求2所述的一种抗剪强度测试装置，其特征在于，还包括应变补偿片(515)，应变补偿片(515)设置在应变筒(512)的筒壁上；应变片(514)包括对称设置的两个应变片，应变补偿片(515)包括对称设置的两个应变补偿片，应变片(514)与应变补偿片(515)采用四桥连接。4.根据权利要求1所述的一种抗剪强度测试装置，其特征在于，贯入系统(3)包括第一电机(31)、第一齿轮(32)、第二齿轮(33)、传动螺杆(34)、螺母(35)、外管(36)及内管(37)，第一电机(31)设置在基座(1)上，第一电机(31)的输出轴与第一齿轮(32)连接，第二齿轮(33)与第一齿轮啮合；传动螺杆(34)的一端与第二齿轮(33)固定连接，传动螺杆(34)的另一端为自由端；螺母(35)套设在传动螺杆(34)上，内管(37)的一端与螺母(35)固定连接，内管(37)的另一端与转动系统(4)连接；外管(36)套设在内管(37)的外侧，外管(36)的一端与基座1固定连接，外...

【专利技术属性】
技术研发人员：晏长根，李博，许江波，孙巍锋，巩悦，朱珊珊，王瑞，张士朝，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61