一种高精度钻孔剪切测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高精度钻孔剪切测试装置及方法，本方案基于刮土器伸缩系统，刮土器旋转系统，钻孔剪切装置以及测试处理系统构成一体；刮土器伸缩系统驱动刮土器对孔壁实施刮土，形成光滑孔壁；刮土器旋转系统驱动刮土器伸缩系统整体转动；钻孔剪切装置与刮土器旋转系统连接，可驱动剪切板与由刮土器伸缩系统形成的光滑孔壁接触，并使孔壁土体逐步受压固结；测试处理系统控制刮土器旋转系统，刮土器伸缩系统，以及钻孔剪切装置协同工作，完成现场剪切试验。本方案采用内置双电机控制孔径内刮土范围，消除了钻孔剪切过程中上部土体和孔壁形态变化对剪切面的影响，从而获得土体的原始抗剪强度值，满足现有的岩土工程勘察规范要求。

A High Precision Drilling Shear Testing Device and Method

【技术实现步骤摘要】
一种高精度钻孔剪切测试装置及方法
本专利技术涉及岩土工程勘查
，具体涉及现场土体抗剪强度测试方案。
技术介绍
土的抗剪强度参数是工程基础设计的关键指标，是建筑物地基稳定分析的依据，关系到整个工程的经济性与安全性。目前，获得土体抗剪强度参数主要采用室内剪切试验或现场钻孔剪切试验。室内试验试样尺寸局限性而导致代表性差；现场剪切试验是对作业点土体施加外荷载力，在土体天然结构和应力环境状态，直接获得土的力学参数，克服了室内试验土体扰动及尺寸效应等缺点，测出的土体强度参数更准确。近年来，一种通过钻孔剪切试验测定土体抗剪强度参数的原位测试方法开始使用，它通过钻孔所形成孔壁模拟室内直剪试验法来测定土的抗剪强度,获取的粘聚力和内摩擦角更接近于土的实际性质，该方法已在欧美及中国开始应用。例如文献“土体抗剪强度参数的钻孔剪切试验方法初探”(于永堂，等.岩土工程技术，2015，29(4):169-172.)和“岩体抗剪强度参数现场测试新方法及工程应用”(王玉杰，等.岩土力学，2011，32(z):779-786.)等均有详细描述。除此之外，现有技术中公开了部分类似解决方案，如申请号为201410743287.7的中国专利技术专利申请公开了“一种原位土体孔内剪切试验装置及试验方法”，该方案利用钻机开孔将装置下放到测点孔壁处，施加气压提供法向应力使气囊膨胀带动剪切筒鼓胀，剪切筒外围的剪切刀插入土体使固结，然后施加力驱动钢杆上升带动剪切刀剪切土体，土体发生剪切破坏，最后根据库伦定律计算得到土的剪切指标。又如，申请号为201510483175.7的中国专利技术专利申请公开了“一种土体原位钻孔剪切测试装置”，该方案主要由操作平台、竖向拉力机构、剪切探头、支承油缸和加压气泵组成。采用该装置进行钻孔剪切试验，可在现场钻孔内快速测定土体抗剪强度参数，相对于室内试验得到的数据更加简单和精确。再如，申请号为201210465143.0的中国专利技术专利申请公开了“岩体钻孔剪切弹模仪”，该方案主要由塞杆、套杆、上盘刀、橡胶囊和下盘刀组成，采用长柱体结构。试验时在不同钻孔位置进行不同正应力下的孔壁岩体剪切试验，并利用不同应力下的岩体剪切破坏试验绘制曲线，用以确定岩体抗剪强度参数。上述文献和专利申请文件公开的方案中，基本采用美国Iowa和法国Phicometer钻孔剪切仪或类似产品，剪切试验成果按σ＝P/A，τ＝T/2A公式计算，它适用于成孔质量高的岩石或硬土层，钻孔后孔壁呈理想化状态，如图1(a)所示。而实际情况下，大部分表层土均处于淤泥、粘土等强度低、承载力小的软质土，钻孔后孔内会出现颗粒沉淀、缩孔及塌陷等现象，形成的实际孔壁如图1(b)所示，上述现有方案忽视了剪切板拉伸肩部土体和剪切板与孔壁不均匀接触等因素，得到的剪切强度τ值不准，降低了钻孔剪切方法的应用价值。随着岩土工程建筑、桥梁、码头、人工岛隧等基础深度不断延伸，亟需一种能够克服现有钻孔剪切仪缺陷的方案，真实反映软土体抗剪强度参数，满足工程基础设计的需求。
技术实现思路
针对现有测定土体抗剪强度参数的方案存在测量精度低，无法真实反映软土体抗剪强度参数的问题，需要一种新的土体抗剪强度参数测定方案。为此，本专利技术的目的在于提供一种高精度钻孔剪切测试装置，并进一步提供一种高精度钻孔剪切测试方法，由此来解决现有钻孔剪切仪所获得的抗剪强度参数失真这一难题。为了达到上述目的，本专利技术提供的高精度钻孔剪切测试装置，主要包括刮土器伸缩系统，所述刮土器伸缩系统由刮土器旋转系统驱动旋转，受测试处理系统控制，驱动刮土器对孔壁实施刮土，形成光滑孔壁；刮土器旋转系统，所述刮土器旋转系统连接刮土器伸缩系统，并受测试处理系统控制，驱动刮土器伸缩系统整体转动；钻孔剪切装置，所述钻孔剪切装置与刮土器旋转系统连接，受测试处理系统控制，可驱动剪切板与由刮土器伸缩系统形成的光滑孔壁接触，并使孔壁土体逐步受压固结；测试处理系统，所述测试处理系统控制刮土器旋转系统，刮土器伸缩系统，以及钻孔剪切装置协同工作，完成现场剪切试验。进一步的，所述刮土器旋转系统，刮土器伸缩系统以及钻孔剪切装置依次同轴连接设置。进一步的，所述刮土器旋转系统驱动刮土器伸缩系统整体相对于刮土器旋转系统和钻孔剪切装置转动。进一步的，所述刮土器旋转系统包括第一驱动电机和传动轴，所述第一步进电机通过传动轴驱动连接刮土器伸缩系统，带动刮土器伸缩系统整体相对于刮土器旋转系统转动。进一步的，所述刮土器伸缩系统包括第二驱动电机，传动丝杠，刮土器，以及轴承组件；所述刮土器伸缩系统通过轴承组件与钻孔剪切装置连接，使得刮土器伸缩系统整体可相对于刮土器旋转系统转动；所述第二驱动电机设置在第二轴承组件上，通过传动丝杠连接刮土器，并可带动传动丝杠作水平向伸缩移动，以带动刮土器相对于孔壁移动。进一步的，所述刮土器由弧形支撑板与若干平行的刮土刀组成，若干平行的刮土刀固定在弧形支撑板的正面，弧形支撑板的背面与传动丝杠连接。进一步的，所述钻孔剪切装置主要由剪切筒，剪切板，以及液压驱动机构配合构成，所述液压驱动机构设置在剪切筒内，并驱动连接剪切板，可驱动剪切板相对于剪切筒作水平向伸缩移动。为了达到上述目的，本专利技术提供一种的高精度钻孔剪切测试方法，包括以下步骤：A、首先在勘探点钻孔至测试深度，然后将本高精度钻孔剪切测试装置放入孔底；B、启动测试处理系统，控制刮土器伸缩系统推动其上刮土器与孔壁接触；然后控制刮土器旋转系统驱动刮土器伸缩系统整体绕水平相360度旋转，将影响钻孔剪切装置剪切时肩部土体刮除，形成光滑孔壁；C、测试处理系统控制刮土器伸缩系统收回其上的刮土器收缩，同时将钻孔剪切装置上剪切板张开，剪切板与孔壁接触，并使孔壁土体逐步受压固结；D、提升位于钻孔中的高精度钻孔剪切测试装置，开始实施钻孔剪切试验，测试处理系统开始连续测得读数，读取钻孔剪切试验过程中最大剪切值，然后将剪切板回缩至初始状态；E、完成上述试验步骤后，将本高精度钻孔剪切测试装置提升出钻孔，并继续以执行：步骤A～步骤D，测试过程由浅入深，直至整个钻孔达到设计深度。为了达到上述目的，本专利技术提供另一种连续的高精度钻孔剪切测试方法，包括以下步骤：A、首先在勘探点钻孔直接至设计深度，然后将本高精度钻孔剪切测试装置放入孔底；B、启动测试处理系统，控制刮土器伸缩系统推动其上刮土器与孔壁接触；然后控制刮土器旋转系统驱动刮土器伸缩系统整体绕水平相360度旋转，将影响钻孔剪切装置剪切时肩部土体刮除，形成光滑孔壁；C、测试处理系统控制刮土器伸缩系统收回其上的刮土器收缩，同时将钻孔剪切装置上剪切板张开，剪切板与孔壁接触，并使孔壁土体逐步受压固结；D、提升位于钻孔中的高精度钻孔剪切测试装置，开始实施钻孔剪切试验，测试处理系统开始连续测得读数，读取钻孔剪切试验过程中最大剪切值，然后将剪切板回缩至初始状态；E、完成上述试验步骤后，将本高精度钻孔剪切测试装置沿钻孔往上提升一段距离，并继续以执行：步骤B～步骤E，测试过程先深后浅，直至完成整个孔的剪切试验。进一步的，在整个剪切试验过程中步骤E中采用等距离提升高精度钻孔剪切测试装置。本专利技术提供的方案能够有效提高钻孔剪切测试精度，可适用于软质土层，能够消除软质土孔壁对钻孔剪切过程中的影响，使现场测得的抗剪强度参数更为真实。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高精度钻孔剪切测试装置，其特征在于，包括刮土器伸缩系统，所述刮土器伸缩系统由刮土器旋转系统驱动旋转，受测试处理系统控制，驱动刮土器对孔壁实施刮土，形成光滑孔壁；刮土器旋转系统，所述刮土器旋转系统连接刮土器伸缩系统，并受测试处理系统控制，驱动刮土器伸缩系统整体转动；钻孔剪切装置，所述钻孔剪切装置与刮土器旋转系统连接，受测试处理系统控制，可驱动剪切板与由刮土器伸缩系统形成的光滑孔壁接触，并使孔壁土体逐步受压固结；测试处理系统，所述测试处理系统控制刮土器旋转系统，刮土器伸缩系统，以及钻孔剪切装置协同工作，完成现场剪切试验。

【技术特征摘要】
1.高精度钻孔剪切测试装置，其特征在于，包括刮土器伸缩系统，所述刮土器伸缩系统由刮土器旋转系统驱动旋转，受测试处理系统控制，驱动刮土器对孔壁实施刮土，形成光滑孔壁；刮土器旋转系统，所述刮土器旋转系统连接刮土器伸缩系统，并受测试处理系统控制，驱动刮土器伸缩系统整体转动；钻孔剪切装置，所述钻孔剪切装置与刮土器旋转系统连接，受测试处理系统控制，可驱动剪切板与由刮土器伸缩系统形成的光滑孔壁接触，并使孔壁土体逐步受压固结；测试处理系统，所述测试处理系统控制刮土器旋转系统，刮土器伸缩系统，以及钻孔剪切装置协同工作，完成现场剪切试验。2.根据权利要求1所述的钻孔剪切测试装置，其特征在于，所述刮土器旋转系统，刮土器伸缩系统以及钻孔剪切装置依次同轴连接设置。3.根据权利要求1或2所述的钻孔剪切测试装置，其特征在于，所述刮土器旋转系统驱动刮土器伸缩系统整体相对于刮土器旋转系统和钻孔剪切装置转动。4.根据权利要求1所述的钻孔剪切测试装置，其特征在于，所述刮土器旋转系统包括第一驱动电机和传动轴，所述第一步进电机通过传动轴驱动连接刮土器伸缩系统，带动刮土器伸缩系统整体相对于刮土器旋转系统转动。5.根据权利要求1所述的钻孔剪切测试装置，其特征在于，所述刮土器伸缩系统包括第二驱动电机，传动丝杠，刮土器，以及轴承组件；所述刮土器伸缩系统通过轴承组件与钻孔剪切装置连接，使得刮土器伸缩系统整体可相对于刮土器旋转系统转动；所述第二驱动电机设置在第二轴承组件上，通过传动丝杠连接刮土器，并可带动传动丝杠作水平向伸缩移动，以带动刮土器相对于孔壁移动。6.根据权利要求5所述的钻孔剪切测试装置，其特征在于，所述刮土器由弧形支撑板与若干平行的刮土刀组成，若干平行的刮土刀固定在弧形支撑板的正面，弧形支撑板的背面与传动丝杠连接。7.根据权利要求1所述的钻孔剪切测试装置，其特征在于，所述钻孔剪切装置主要由剪切筒，剪切板，以及液压驱动机构配合构成，所述液压驱动机构设置在剪切筒内，并驱动连接剪切板，...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡建平，钮建定，胡振明，郑建朝，王培军，
申请(专利权)人：中交第三航务工程勘察设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31