【技术实现步骤摘要】
本技术属于工程勘察领域，特别是涉及一种开展原位钻孔剪切试验，用于测量岩土体原位抗剪强度参数的孔壁旋压剪切探头。
技术介绍
1、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。
2、而现有技术中的剪切试验仪器均需要剪切探头或者剪切钻头，如现有“一种用于钻孔剪切试验的孔壁侧胀提拉剪切探头(zl 202122504399.5)”，公开了一种用于钻孔剪切试验的孔壁侧胀提拉剪切探头，其特征在于，包括第一锥头和设置在其下方与其连接的第二锥头；还包括穿过第一锥头内伸入第二锥头内的膨胀管；第二锥头中部表面设置有沿其周向阵列式分布的多个剪切片；剪切探头表面设置有沿其径向从其上部延伸到底面的n个开口位；开口位将剪切探头表面分为n个竖向表面；位于同一竖向表面上的剪切片为一组，同一组中的剪切片沿第二锥头径向交错分布；第二锥头远离第一锥头一端底面设置有膨胀限制装置。但是上述剪切探头存在剪切片插入土体的面积较少，并不能保证刃片所接触到的土体是原状土体，导致剪切试验所获取抗剪强度值误差较大。
技术实现思路
1、针对现有技术中的上述问题，本技术旨在提供了一种用于原位钻孔剪切试验的孔壁旋压剪切探头，解决了现有剪切试验仪器因剪切探头中的剪切片插入土体的面积较少而导致剪切试验所获取抗剪强度值误差较大的问题。
2、为了达到上述技术目的，本技术采用的技术方案如下：
3、提供了一种用于原位钻孔剪切试验的孔壁旋压剪切探头
4、本技术的基本原理为：在剪切探头对原位土进行剪切时，首先将剪切探头与钻机的钻杆进行固连，然后通过钻杆将剪切探头放入钻孔的预设位置处，剪切探头的底部与钻孔底部的土体接触，接着通过钻杆继续下压旋转压轴，对旋转压轴施加竖向荷载，旋转压轴相对于剪切筒发生向下的位移，进而旋转压轴在竖直向下运动过程中，旋转压轴下半段圆锥面上的导轨条与剪切片上的配合槽配合，随着旋转压轴的持续竖直向下运动，实现使多个剪切片朝向旋转压轴的径向方向撑开，直至多个剪切片插入原状土体内，最后在通过钻机对剪切探头施加轴向旋转荷载，使得多个剪切片旋转，进而对原状土体进行剪切。
5、进一步地，旋转压轴的上半段的顶部设置有用于与钻杆连接的连接接头，旋转压轴的上半段通过连接接头实现与钻杆进行连接固定。
6、进一步地，作为多个剪切片的具体设置方式，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个剪切片围成一个圆柱筒状结构，圆柱筒状结构的轴线与剪切筒的轴线中心重合。
7、进一步地，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直角梯形结构，连接块的直角侧面与剪切片的内曲面固定连接，连接块的倾斜侧面上设置有一个配合槽；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，连接块的倾斜侧面穿过缺口位于剪切筒内部，接块的倾斜侧面上的配合槽与导轨条滑动配合。
8、进一步地，作为配合槽和导轨条的具体设置方式，每个配合槽的横截面均为t型槽；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。
9、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。
10、限位条与限位槽的配合，实现了限制旋转压轴的旋转自由度，使得旋转压轴只能在剪切筒内竖直位移，避免旋转压轴相对于剪切筒发生相对转动。
11、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。限位法兰将旋转压轴固定在剪切筒内，避免旋转压轴在剪切试验过程中出现脱离剪切筒的情况。
12、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；
13、钻杆下压时，驱动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。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，并压缩回复弹簧。在剪切探头剪切试验完成后，钻杆带动剪切探头向上提拉，此时旋转压轴相对于剪切筒发生向上的相对运动同时回复弹簧推动旋转压轴向上运动，而向上运动的旋转压轴将4个剪切片收缩回环形安装槽内，起到主动收纳剪切片的作用；同时由于回弹组件的设置，使得剪切片与钻孔孔底的土体有一定距离，消除孔壁塌孔对土样剪切试验精度的影响。
14、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。
15、旋转底座可以相对于弹簧套筒的底部发生旋转，但不会将扭矩传递至弹簧套筒上，进而实现在剪切试验过程中消除孔底土体和剪切土体组件之间摩擦力的影响，进一步提高原状土土样剪切试验的精度。
16、本技术的有益效果为：1、本技术中的一种用于原位钻孔剪切试验的孔壁旋压剪切探头，通过设置旋转压轴，实现主动撑开剪切片，使得剪切片插入原状土体，在完成土体剪切后，剪切片主动收纳至环形安装槽内，不仅便于剪切探头放入和取出钻孔内，而且实现了剪切片插入土体的面积较大，提高了提高原状土土样剪切试验的精度。
17、2、本技术中的一种用于原位钻孔剪切试验的孔壁旋压剪切探头，通过设置回弹组件，不仅实现了剪切片的主动收纳，而且还使得剪切片与钻孔孔底的土体有一定距离，消除孔壁塌孔对土样剪切试验精度的影响。
18、3、本技术中的一种用于原位钻孔剪切试验的孔壁旋压剪切探头，通过设置旋转底座，旋转底座相对于弹簧套筒的底部发生旋转，但不会将扭矩传递至弹簧套筒上，进而实现在剪切试验过本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于原位钻孔剪切试验的孔壁旋压剪切探头，其特征在于，包括两端具有开口且呈中空结构的剪切筒，所述剪切筒内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多个剪切片；每个所述剪切片的内侧面上均倾斜设置有一个配合槽，所述配合槽的倾斜斜率与旋转压轴的下半段的倾斜斜率相同；旋转压轴的下半段的圆锥面上设置有多个与剪切片配合槽滑动配合的导轨条；旋转压轴的下半段带动多个所述导轨条在剪切筒内轴向上下运动，驱动多个剪切片向剪切筒的径向伸缩运动。
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探头，其特征在于，所述旋转压轴的上半段的顶部设置有用于与钻杆连接的连接接头。
3.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探头，其特征在于，所述环形安装槽内以所述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个剪切片
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探头，其特征在于，每个所述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直角梯形结构，连接块的直角侧面与剪切片的内曲面固定连接，连接块的倾斜侧面上设置有一个所述配合槽；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，连接块的倾斜侧面穿过所述缺口位于剪切筒内部，接块的倾斜侧面上的配合槽与所述导轨条滑动配合。
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探头，其特征在于，每个所述配合槽的横截面均为T型槽结构；每条所述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。
6.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探头，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；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。
7.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探头，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。
8.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探头，其特征在于，所述剪切筒的底部开口处设置有回弹组件，所述回弹组件包括弹簧套筒，所述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，所述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；
9.根据权利要求8所述的用于原位钻孔剪切试验的孔壁旋压剪切探头，其特征在于，所述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，所述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。
...【技术特征摘要】
1.一种用于原位钻孔剪切试验的孔壁旋压剪切探头，其特征在于，包括两端具有开口且呈中空结构的剪切筒，所述剪切筒内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多个剪切片；每个所述剪切片的内侧面上均倾斜设置有一个配合槽，所述配合槽的倾斜斜率与旋转压轴的下半段的倾斜斜率相同；旋转压轴的下半段的圆锥面上设置有多个与剪切片配合槽滑动配合的导轨条；旋转压轴的下半段带动多个所述导轨条在剪切筒内轴向上下运动，驱动多个剪切片向剪切筒的径向伸缩运动。
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探头，其特征在于，所述旋转压轴的上半段的顶部设置有用于与钻杆连接的连接接头。
3.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探头，其特征在于，所述环形安装槽内以所述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个剪切片围成一个圆柱筒状结构，所述圆柱筒状结构的轴线与剪切筒的轴线中心重合。
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探头，其特征在于，每个所述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直角梯形结构，连接块的直角侧面与剪切片的内曲面固定连接，连接块的倾斜侧面上设置有一个所述配合槽；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，连接块的倾斜侧面穿过所述缺口位于剪切筒内部，接块的倾斜侧面上的配合槽与所述导...
【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：成都理工大学，
类型：新型
国别省市：
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