用于原位钻孔剪切试验的孔壁旋压剪切装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了用于原位钻孔剪切试验的孔壁旋压剪切装置及试验方法，孔壁旋压剪切装置包括施加荷载组件

【技术实现步骤摘要】
用于原位钻孔剪切试验的孔壁旋压剪切装置及试验方法


[0001]本专利技术涉及工程勘察领域，具体涉及用于原位钻孔剪切试验的孔壁旋压剪切装置及试验方法
。

技术介绍

[0002]岩土体的抗剪强度指标是研究岩土体力学性能，也是进行工程设计的重要参数
。
常用的测量土体抗剪强度的方法有室内和现场试验两种
。
[0003]室内试验包括直接剪切试验和三轴剪切试验
。
直接剪切试验仪器构造简单，操作方便，但是无法保证剪切面是试样抗剪能力最弱的面，剪切面上的剪应力分布不均匀，导致试验结果不准确；同时在剪切过程中试样受剪切面积逐步减小，不能严格控制排水条件，无法测定剪切过程中孔隙水压力的变化
。
三轴剪切试验构造简单
、
操作方便，试验中能严格控制试样排水条件及测定孔隙水压力的变化，应力状态比较明确，缺点是操作复杂
、
所需试样较多
、
主应力方向固定不变；对试样制备要求较高，使用范围有一定的局限性
。
[0004]现场试验主要有现场剪切试验
、
十字板剪切试验和钻孔剪切试验等
。
现场剪切试验包括大剪仪法
、
千斤顶法
、
水平挤出法推剪试验和一次水平剪切法剪切试验法
。
现场剪切试验现场直剪试验可用于岩土体本身
、
岩土体沿软弱结构面和岩体与其他材料接触面的剪切试验，但是缺点是制样困难
、/>仪器庞大，试验时间长成本高
。
十字板剪切试验能在现场快速测定饱和粘性土不排水强度，但是十字板剪切试验的适用范围较小，较适合于软粘土，不宜在硬塑粘性土和含有砾石杂物的土中使用
。
钻孔剪切试验采用可张开的探头在钻孔壁进行原位剪切试验，可提供有关土体或软岩体的强度指标，其最大的优点是操作简便，可重复性较高
。
有资料表明，钻孔剪切试验的结果非常接近于固结不排水剪切参数
。
缺点是现有钻孔剪切设备的剪切探头由国外研发，其钻孔孔径远小于我国常规勘察孔的孔径，在试验前需另外开孔耗时耗力；此外现有剪切探头的齿间距较小，在试验时可能会因为无法完全切入土体而导致试验结果的误差
。
[0005]综上所述，现有技术中的测量土体抗剪强度的方法均具备一些缺点和使用局限性，无法全部适用于均质土以及粗粒土（砂砾）等非均质土以及泥岩等软岩中
。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的上述问题，本专利技术提供了用于原位钻孔剪切试验的孔壁旋压剪切装置及试验方法，解决了常用的测量土体抗剪强度的方法存在使用局限性，无法全部适用于均质土以及粗粒土（砂砾）等非均质土以及泥岩等软岩中的问题
。
[0007]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供了用于原位钻孔剪切试验的孔壁旋压剪切装置，其包括施加荷载组件
、
剪切土体组件和数据采集组件；施加荷载组件用于向剪切土体组件施加竖向荷载和轴向旋转荷载；剪切土体组件包括多个剪切片，多个剪切片受到竖向荷载后弹开插入原状土中，插入原状土中的多个剪切片受到轴向旋转荷载后剪切原状土；
数据采集组件用于采集多个剪切片剪切原状土过程中的扭矩值
。
[0008]本专利技术中用于原位钻孔剪切试验的孔壁旋压剪切装置的原理为：施加荷载组件对剪切片施加竖向荷载和轴向旋转荷载，使得剪切片完全插入原状土土体内部，保证剪切片接触到的土体均为原状土，减小试验数据误差；剪切土体组件中的剪切片间距较现有钻孔剪切仪更大，可用于均质土以及粗粒土等非均质土以及泥岩等软岩中，数据采集组件采集多个剪切片剪切原状土过程中的扭矩值计算原状土的抗剪强度参数
。
[0009]进一步地，作为施加荷载组件的具体设置方式，施加荷载组件包括钻机，钻机包括钻杆和设置于钻杆顶部的伺服电机；剪切土体组件通过钻杆接头与钻杆的底部连接；伺服电机的输出端与钻杆的顶部连接；钻杆和伺服电机分别用于向剪切土体组件施加竖向荷载和轴向旋转荷载
。
[0010]进一步地，作为剪切土体组件的具体设置方式，剪切土体组件还包括呈中空圆筒结构的剪切筒，剪切筒内竖直活动设置有旋转压轴，旋转压轴的上半段为轴向圆柱结构，旋转压轴上半段的顶部设置有钻杆接头；旋转压轴的下半段为尖端朝下的圆锥结构；旋转压轴与剪切筒可滑动连接；剪切筒的底部圆周外壁上设置有环形安装槽，环形安装槽内以剪切筒的轴线为中心环向间隔均匀设置有4个剪切片；每个剪切片均呈圆弧弯曲板状结构，剪切片的长度方向与剪切筒的长度方向同向，4个剪切片围成一个筒状结构，筒状结构的轴线与剪切筒的轴线中心重合；每个剪切片的内曲面上均向剪切筒的轴线中心方向凸起设置有一个连接块，每个连接块呈上端小下端大的类梯形结构，连接块的内侧侧面上沿其长度方向设置有一个横截面为
T
型槽的配合槽；连接块的内侧侧面的倾斜斜度与旋转压轴下半段的母线斜率相同；环形安装槽的槽底开设有4个分别供4块连接块部分穿过的缺口；连接块的内侧侧面穿过缺口位于剪切筒内部；旋转压轴的下半段的圆锥面上以旋转压轴的轴线为中心环形间隔设置有4根导轨条；每条导轨条的长度方向均由旋转压轴下半段的大径端朝向旋转压轴下半段的小径端方向设置；每条导轨条的横截面均为“T”型块，每条导轨条均匹配一个连接块，导轨条滑动设置于配合槽内
。
[0011]进一步地，位于剪切筒内的旋转压轴上半段的圆周外壁上环形间隔均匀设置有多条限位条；多条限位条与旋转压轴上半段的圆周外壁上为可拆卸连接；剪切筒的两端具有开口，剪切筒的圆周内壁上设置多个与多条限位条滑动配合的限位槽；限位条和限位槽均沿旋转压轴的轴向方向设置
。
[0012]进一步地，剪切筒的顶部开口处设置有限位法兰；限位法兰的内环直径大于旋转压轴上半段的直径，小于剪切筒的内径
。
[0013]进一步地，剪切筒的底部开口处设置有回弹组件，回弹组件包括弹簧套筒，弹簧套筒的顶端具有开口，底端封闭；弹簧套筒的顶部与剪切筒的底部连接，弹簧套筒内部设置有复位弹簧，复位弹簧的底端与弹簧套筒的内底面固定连接，复位弹簧的顶部固定设置有一
块推板；钻杆下压时，旋转压轴的下半段穿过弹簧套筒的顶部开口与推板的上端面接触
。
[0014]进一步地，弹簧套筒的底部设置有呈圆柱结构的旋转底座，旋转底座的轴线与弹簧套筒的轴线重合；弹簧套筒内部设置有一根螺纹圆柱销，螺纹圆柱销的轴线与弹簧套筒的轴线重合，螺纹圆柱销的螺纹端穿过弹簧套筒的底端与旋转底座的中心处螺纹配合；螺纹圆柱销的光轴部分与弹簧套筒的底端转动配合；旋转底座和弹簧套筒之间设置有推力轴承
。
[0015]本专利技术还提供用于原位钻孔剪切试验的孔壁旋压剪切装置的试验方法，其包括：步骤
1、
通过钻机进行钻孔；步骤
2、
在地面对剪切土体组件进行标定，即通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
用于原位钻孔剪切试验的孔壁旋压剪切装置，其特征在于，包括施加荷载组件
、
剪切土体组件和数据采集组件；所述施加荷载组件用于向所述剪切土体组件施加竖向荷载和轴向旋转荷载；剪切土体组件包括多个剪切片，多个所述剪切片受到竖向荷载后弹开插入原状土中，插入原状土中的多个剪切片受到轴向旋转荷载后剪切原状土；所述数据采集组件用于采集多个剪切片剪切原状土过程中的扭矩值
。2.
根据权利要求1所述的用于原位钻孔剪切试验的孔壁旋压剪切装置，其特征在于，所述施加荷载组件包括钻机，所述钻机包括钻杆和设置于所述钻杆顶部的伺服电机；所述剪切土体组件通过钻杆接头与钻杆的底部连接；所述伺服电机的输出端与钻杆的顶部连接；钻杆和伺服电机分别用于向剪切土体组件施加竖向荷载和轴向旋转荷载
。3.
根据权利要求2所述的用于原位钻孔剪切试验的孔壁旋压剪切装置，其特征在于，所述剪切土体组件还包括呈中空圆筒结构的剪切筒，所述剪切筒内竖直活动设置有旋转压轴，所述旋转压轴的上半段为圆柱结构，旋转压轴上半段的顶部设置有所述钻杆接头；旋转压轴的下半段为尖端朝下的圆锥结构；旋转压轴与剪切筒可滑动连接；剪切筒的底部圆周外壁上设置有环形安装槽，所述环形安装槽内以剪切筒的轴线为中心环向间隔均匀设置有4个所述剪切片；每个剪切片均呈圆弧弯曲板状结构，剪切片的长度方向与剪切筒的长度方向同向，4个所述剪切片围成一个筒状结构，所述筒状结构的轴线与剪切筒的轴线中心重合；每个剪切片的内曲面上均向剪切筒的轴线中心方向凸起设置有一个连接块，每个所述连接块呈上端小下端大的类梯形结构，连接块的内侧侧面上沿其长度方向设置有一个横截面为
T
型槽的配合槽；连接块的内侧侧面的倾斜斜度与旋转压轴下半段的母线斜率相同；环形安装槽的槽底开设有4个分别供4块连接块部分穿过的缺口；连接块的内侧侧面穿过所述缺口位于剪切筒内部；旋转压轴的下半段的圆锥面上以旋转压轴的轴线为中心环形间隔设置有4根导轨条；每条所述导轨条的长度方向均由旋转压轴下半段的大径端朝向旋转压轴下半段的小径端方向设置；每条导轨条的横截面均为“T”型块，每条导轨条均匹配一个连接块，导轨条滑动设置于配合槽内
。4.
根据权利要求3所述的用于原位钻孔剪切试验的孔壁旋压剪切装置，其特征在于，位于所述剪切筒内的所述旋转压轴上半段的圆周外壁上环形间隔均匀设置有多条限位条；多条所述限位条与旋转压轴上半段的圆周外壁上为可拆卸连接；所述剪切筒的两端具有开口，剪切筒的圆周内壁上设置多个与多条限位条滑动配合的限位槽；限位条和限位槽均沿旋转压轴的轴向方向设置
。5.
根据权利要求4所述的用于原位钻孔剪切试验的孔壁旋压剪切装置，其特征在于，所述剪切筒的顶部开口处设置有限位法兰；所述限位法兰的内环直径大于所述旋转压轴上半段的直径，小于剪切筒的内径
。6.
根据权利要求5所述的用于原位钻孔剪切试验的孔壁旋压剪切装置，其特征在于，所
述剪切筒的底部开口处设置有回弹组件，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯文凯，刘绪勇，易小宇，黎一禾，李谦，万柯，
申请(专利权)人：广东英格尔地质装备科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：