一种原位黄土抗拉强度测试装置及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种原位黄土抗拉强度测试装置及测试方法，该孔内土体抗拉强度测试装置可以测定土体天然状态下的径向抗拉强度，真实获取原位工程地质信息；在测试过程中该装置可精准控制定位，能“行走”至任意深度的孔底进行测试；且仪器径向可适应25cm

【技术实现步骤摘要】
一种原位黄土抗拉强度测试装置及测试方法


[0001]本专利技术属于岩土工程测试领域，涉及一种原位黄土抗拉强度测试装置及测试方法。

技术介绍

[0002]近年来，在黄土高原地区大规模的治沟造地、平山造城工程建设如火如荼，但也存在着黄土工程失稳灾变的风险和安全隐患，严重影响工程建设的进程和国家重大战略的实施，迫切需要科学应对。对土体强度的准确测试是工程建设推进和维持工程稳定性的前提条件。
[0003]岩土体原位测试是在岩土体的天然状态下，通过对切割的相应大小尺寸的试样进行各种测试以获得可靠的岩土体物理、力学等指标，原位测试是岩土体工程勘察的重要手段。在传统的岩土工程试验中，由于黄土抗拉强度较小，且相对于其他土壤强度参数难以测量而常被忽略。黄土地区边坡失稳裂滑的灾变过程多始于边坡坡体或者坡顶的拉张开裂。黄土地区灾害的孕生机理表明，黄土的抗拉强度特性是影响黄土边坡稳定性的重要因素，不可忽略。
[0004]目前，无侧限贯入试验(轴向压裂试验)在对黄土抗拉强度室内测试中应用较多，而且无侧限贯入试验往往会造成最薄弱面的破坏，从而能得到更真实的抗拉强度值。然而，黄土质地疏松，样品在采集、搬运过程中易扰动，且此时的土样在测试过程中与天然状态下的含水率等土体性质存在一定的偏差，室内无侧限贯入试验测试误差大，测试精度低；现场原位测试是最为直接、最为可靠的获取黄土边坡力学特征信息的方法，但目前针对孔内原位抗拉测试的设备研发仍然较少，如何精准捕获土体内部关键部位的拉裂变形特征和抗拉强度特性仍然是未破解的难题。
专利技术内容
[0005]针对传统的室内测试手段测试误差较大，受外界环境明显影响，难以准确获得土体天然地质信息等问题。提供一种自适应性强的原位黄土抗拉强度测试装置，通过孔内行走、孔底切削和测试系统协同工作，实现孔内指定位置的原位抗拉强度测试，有效解决了现有测试方法难以获得土体原位抗拉强度的弊端。
[0006]本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种原位黄土抗拉强度测试装置，包括孔内行走机构、孔底切削机构和贯入机构，所述孔内行走机构设置在刚性仪器外壳的外壁上，可在钻孔中固定及行走，所述孔底切削机构设置于刚性仪器外壳内部且可沿垂直方向下移实现切削土体动作，所述贯入机构设置在刚性仪器外壳内部且位于孔底切削机构的上方。
[0008]优选的，所述孔底切削机构包括切削液压泵、旋转电机以及环形切刀，所述刚性仪器外壳内部设置有环形固定盘，所述切削液压泵的固定端与环形固定盘的底面连接，所述切削液压泵的输出端与旋转电机的固定端连接，所述旋转电机为一环形结构，其中部预留
有通孔，所述旋转电机的驱动端与环形切刀的上端连接，所述环形切刀的底部沿其圆周方向设置有切割齿。
[0009]优选的，所述切削液压泵设置有两个，所述刚性仪器外壳的外壁两侧对称设置有一压力控制器，两个切削液压泵通过液压油管分别与两个压力控制器连接，所述两个压力控制器通过供电线与控制操作面板连接。
[0010]优选的，所述贯入机构包括电机推进装置、轴向应力传感器和贯入杆，所述电机推进装置的上端与刚性仪器外壳内顶壁焊接，所述电机推进装置的下端与贯入件的上端焊接，所述轴向应力传感器焊接在贯入杆的中部，所述贯入杆的下端可贯穿旋转电机上的通孔进入环形切刀内部，所述贯入杆的下端则焊接有子弹型的贯入头。
[0011]优选的，所述孔内行走机构包括设置于刚性仪器外壳外壁两侧且相互对称的两组行走组件，所述两组行走组件结构相同，均包括孔内行走液压泵和支撑杆，所述支撑杆均设置有两根，且两根支撑杆的一端均与刚性仪器外壳的外壁铰接，所述两根支撑杆的另一端分别连接一个动力齿轮，两个动力齿轮之间通过履带连接，所述孔内行走液压泵设置有两个且分别位于两根支撑杆的下方，所述孔内行走液压泵的固定端与刚性仪器外壳的外壁铰接，所述孔内行走液压泵的输出端与支撑杆的侧壁铰接，所述孔内行走液压泵则通过液压油管与压力控制器连接。
[0012]优选的，所述孔内行走机构包括设置于刚性仪器外壳上下两端的两组行走组件，所述两组行走组件结构相同，均包括孔内行走调节盘，所述孔内行走调节盘套设在刚性仪器外壳的外壁上，所述孔内行走调节盘的侧壁上设置有多个等间距的支块，每个支块均铰接有一根短支杆，所述刚性仪器外壳的外壁上沿其圆周方向设置有与多个与短支杆相配合的长支杆，每个长支杆的一端与刚性仪器外壳的外壁铰接，其另一端则设置有行走轮，所述短支杆的自由端则与长支杆的侧壁铰接，所述孔内行走调节盘上端面的两侧对称设置有两组驱动电机，所述两组驱动电机的输出端分别连接有一驱动齿轮，所述刚性仪器外壳的外壁上设置有与驱动齿轮啮合的齿槽，所述驱动电机通过供电线与控制操作面板连接。
[0013]优选的，所述孔内行走调节盘的前后两侧相对称的内壁上分别设置有一限位块，所述刚性仪器外壳的前后外壁上设置有与限位块相配合的限位槽，所述限位块可在限位槽内上下滑动。
[0014]一种原位黄土抗拉强度测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0015]步骤1：对黄土待测定区域进行打孔，孔径在孔内行走机构的伸展范围之内；
[0016]步骤2：孔内行走机构进入钻孔内部，达到指定位置后，孔内行走机构继续伸展挤压孔壁，刚性仪器外壳固定；
[0017]步骤3：旋转电机工作，同时切削液压泵缓慢加压伸长，控制下部环形切刀向下旋转切削，在孔底切削得到圆柱形土样；
[0018]步骤4：切削液压泵调整至负压状态，下部环形切刀缓慢提升，使切削得到的圆柱形土样处于无侧限状态；
[0019]步骤5：电机推进装置工作，推动贯入杆，在轴向压力作用下贯入头竖直加压贯入圆柱形土样；
[0020]步骤6：圆柱形土样受轴向贯入压力发生径向破裂，根据模量转换可计算得到待测土体的抗拉强度σ
t
。
[0021]优选的，在步骤2中，孔内行走液压泵调整为负压状态，孔内行走机构径向缩小，进入钻孔内部，达到指定位置后，孔内行走液压泵加压伸长，履带挤压孔壁，刚性仪器外壳固定。
[0022]优选的，在步骤2中，驱动电机驱动驱动齿轮啮合齿槽，带动孔内行走调节盘下移，长支杆径向缩小，进入钻孔内部，达到指定位置后，驱动电机反向驱动驱动齿轮拟合齿槽，带动孔内行走调节盘上移，长支杆径向扩展，行走轮挤压孔壁，刚性仪器外壳固定。
[0023]本专利技术的有益效果：该孔内土体抗拉强度测试装置可获取土体内部的关键参数，有效地揭示土体内部强度变化规律，具体有益效果表现在：该孔内土体抗拉强度测试装置可以测定土体天然状态下的径向抗拉强度，真实获取原位工程地质信息；在测试过程中该装置可精准控制定位，能“行走”至任意深度的孔底进行测试；且仪器径向可适应25cm
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35cm直径范围的深孔，适用性较强；在孔底切削系统工作过程中，仅在孔底进行切削测试，对钻孔侧壁破坏较小；装置整体为金属制品，材料经济实惠，制作方便，且该装置工作过程中能耗小，环保可靠。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原位黄土抗拉强度测试装置，其特征在于，包括孔内行走机构、孔底切削机构和贯入机构，所述孔内行走机构设置在刚性仪器外壳(1)的外壁上，可在钻孔中固定及行走，所述孔底切削机构设置于刚性仪器外壳(1)内部且可沿垂直方向下移实现切削土体动作，所述贯入机构设置在刚性仪器外壳(1)内部且位于孔底切削机构的上方。2.根据权利要求1所述的一种原位黄土抗拉强度测试装置，其特征在于，所述孔底切削机构包括切削液压泵(5)、旋转电机(6)以及环形切刀(7)，所述刚性仪器外壳(1)内部设置有环形固定盘(4)，所述切削液压泵(5)的固定端与环形固定盘(4)的底面连接，所述切削液压泵(5)的输出端与旋转电机(6)的固定端连接，所述旋转电机(6)为一环形结构，其中部预留有通孔(19)，所述旋转电机(6)的驱动端与环形切刀(7)的上端连接，所述环形切刀(7)的底部沿其圆周方向设置有切割齿。3.根据权利要求2所述的一种原位黄土抗拉强度测试装置，其特征在于，所述切削液压泵(5)设置有两个，所述刚性仪器外壳(1)的外壁两侧对称设置有一压力控制器(10)，两个切削液压泵(5)通过液压油管(15)分别与两个压力控制器(10)连接，所述压力控制器(10)通过供电线(16)与控制操作面板(17)连接。4.根据权利要求3所述的一种原位黄土抗拉强度测试装置，其特征在于，所述贯入机构包括电机推进装置(2)、轴向应力传感器(3)和贯入杆(8)，所述电机推进装置(2)的上端与刚性仪器外壳(1)内顶壁焊接，所述电机推进装置(2)的下端与贯入件(8)的上端焊接，所述轴向应力传感器(3)焊接在贯入杆(8)的中部，所述贯入杆(8)的下端可贯穿旋转电机(6)上的通孔进入环形切刀(7)内部，所述贯入杆(8)的下端则焊接有子弹型的贯入头(9)。5.根据权利要求2所述的一种原位黄土抗拉强度测试装置，其特征在于，所述孔内行走机构包括设置于刚性仪器外壳外壁两侧且相互对称的两组行走组件，所述两组行走组件结构相同，均包括孔内行走液压泵(12)和支撑杆(11)，所述支撑杆(11)均设置有两根，且两根支撑杆(11)的一端均与刚性仪器外壳(1)的外壁铰接，所述两根支撑杆(11)的另一端分别连接一个动力齿轮(13)，两个动力齿轮(13)之间通过履带(14)连接，所述孔内行走液压泵(12)设置有两个且分别位于两根支撑杆的下方(11)，所述孔内行走液压泵(12)的固定端与刚性仪器外壳(1)的外壁铰接，所述孔内行走液压泵(12)的输出端与支撑杆(11)的侧壁铰接，所述孔内行走液压泵(12)则通过液压油管(15)与压力控制器(10)连接。6.根据权利要求1所述的一种原位黄土抗拉强度测试装置，其特征在于，所述孔内行走机构包括设置于刚性仪器外壳上下两端的两组行走组件，所述两组行走组件结构相同，均包括孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰恒星，王瑞，张宁，刘世杰，
申请(专利权)人：中国科学院地理科学与资源研究所，
类型：发明
国别省市：