CN105865940B - 一种非扰动现场滑面抗剪指标测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非扰动现场滑面抗剪指标测试装置，它包括地面上的操作台（200）和置于孔洞内的刚性桶，操作台（200）具有反力架（210）、液压千斤顶（230）、连杆（240）和刻度尺（250），刚性桶分为右刚性桶（300）和左刚性桶（310）两块，在两块刚性桶之间嵌入高强橡胶内囊（320），两个连杆（240）的下端对应连接两块刚性桶，高压泵（100）通过抗压油管（110）连通高强橡胶内囊（320），在抗压油管（110）上装有读取高强橡胶内囊（320）中油压的油压表（120）。本发明的优点是：岩土体的压应力从油压表能直接读出，岩土体的剪应力大小从电子液压千斤顶示数直接读出，岩土体水平位移由刻度尺直接读出。

Description

一种非扰动现场滑面抗剪指标测试装置

技术领域

本发明属于岩土体参数测试技术，具体涉及一种应用于非扰动现场滑面的抗剪强度、内摩擦角和内聚力等指标的测试装置

背景技术

在滑动面稳定性分析评价中，最重要的是滑动面处岩土体抗剪强度参数的确定。如果所测得岩土体抗剪强度的各个指标不够准确，那么最终的分析结果就会与真实情况有较大误差，因此，如何准确地测得滑面处岩土体抗剪强度的参数就成为正确分析滑动面稳定性的基础和前提。岩土体的抗剪强度指标，尤其是结构面的剪切强度指标，在滑动面的稳定分析中起着至关重要的作用。

原位钻孔剪切试验自从上世纪70年代提出后，很多学者提出了各种试验方法和试验装置，但关于滑动面的非扰动现场滑面抗剪指标测试的研究进行较少。“滑坡滑带土原位直剪试验应用研究”，程圣国，路基工程，2008年第2期，第10～11页，记载了关于滑动面的滑带土原位抗剪强度试验方法做了相关研究，总结出原位抗剪强度试验所测得结果比实验室三轴剪切试验所得结果精度提高较为明显。“边坡岩土体抗剪强度原位试验研究”，杨喆，工程勘察，2012年第8期，第18～22页，记载了关于滑动面岩土体抗剪强度原位试验的研究，说明滑动面处的原位抗剪强度试验，不仅适用于滑动土体，同样也适用于岩体。

目前，滑动面的稳定性分析采用室内试验，测定滑动面处岩土界面及周围强度较弱结构面处的抗剪强度指标，而室内试验需要先行取样，然后在实验室内进行加工，对岩土体的扰动较大。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种非扰动现场滑面抗剪指标测试装置，它利用钻探的孔洞进行原位抗剪强度测试，对周围岩土体不产生扰动，测得的抗剪强度、内摩擦角和内聚力的值精确，又能提高测试效率。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括地面上的操作台和置于孔洞内的刚性桶，操作台具有反力架、液压千斤顶、连杆和刻度尺，反力架的四脚固定在地面上，一对液压千斤顶固定在反力架顶面与滑槽板之间，滑槽板上开有滑槽，滑槽内装有左右两个滑轮，各滑轮下部连接有相应的连杆，反力架上安装有用以读取连杆水平位移的刻度尺；刚性桶分为右刚性桶和左刚性桶两块，在两块刚性桶之间嵌入高强橡胶内囊，两个连杆的下端对应连接两块刚性桶，高压泵通过抗压油管连通高强橡胶内囊，在抗压油管上装有读取高强橡胶内囊中油压的油压表。

本发明的工作原理是：高压泵将压力油通过抗压油管压入高强橡胶内囊，高强橡胶内囊膨胀并迫使左刚性桶、右刚性桶向孔洞壁的土体挤压，压力值的大小显示在油压表上；两块刚性桶分别向左、右运动，带动两个连杆对应左、右运动，连杆位移值可通过刻度尺读出；两个千斤顶将滑槽板向上顶起，滑槽板带动连杆向上运动，连杆拉动两刚性桶做剪切孔周土体运动，千斤顶压力值可读出。所述加压工具、加载工具可根据具体情况采用不同规格。

试验时通过改变钻孔位置，并重新进行不同正应力下的孔壁岩土体剪切试验，然后利用不同正应力下的岩土体剪切破坏试验数据绘制破坏曲线，确定土体内摩擦角和内聚力的值。

所以，本发明方法具有以下技术效果：

1、本发明可以利用已有的地质勘探钻孔，废弃工程重复利用，能减少试验花费，提高测试效率；

2、本发明能同时测得岩土体变形参数(变形模量)和抗剪强度参数(内摩擦角、内聚力)，从而大大减少试验经费；

3、本发明通过改变连杆长度，能灵活测量孔内不同深度处岩土体的力学指标；

4、对周围岩土体不产生扰动。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明的结构示意图；

图2为刻度尺的安装示意图。

图中：100、高压泵；200、操作台；110、抗压油管；120、油压表；210、反力架；220、滑槽板；230、液压千斤顶；240、连杆；250、刻度尺；260、滑槽；270、滑轮；300、右刚性桶；310、左刚性桶；320、高强橡胶内囊。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1和图2所示，本发明包括地面上的操作台200和置于孔洞内的刚性桶(300、310)，操作台200具有反力架210、液压千斤顶230、连杆240和刻度尺250，反力架210的四脚固定在地面上，一对液压千斤顶230固定在反力架210顶面与滑槽板220之间，滑槽板220上开有滑槽260，滑槽260内装有左右两个滑轮270，各滑轮270下部连接有相应的连杆240，反力架210上安装有用以读取连杆240水平位移的刻度尺250；刚性桶分为右刚性桶300和左刚性桶310两块，在两块刚性桶之间嵌入高强橡胶内囊320，两个连杆240的下端对应连接两块刚性桶，高压泵100通过抗压油管110连通高强橡胶内囊320，在抗压油管110上装有读取高强橡胶内囊320中油压的油压表120。

如图1所示，油压表120安装在滑槽板220的顶面；如图2所示，刻度尺250安装在反力架210上表面中间部位。

操作台200的反力架210中间部位对准孔洞，以便于抗压油管110和连杆240穿过；操作台200的刻度尺250读出连杆240在压力作用下的水平位移；液压千斤顶230用以施加竖直向上的压力，带动连杆240做竖直向上运动；滑槽板220竖向开有水平滑槽260，滑轮圆心处内侧设置有类似于轴承的螺丝杆，与滑轮连接处的螺丝杆上开有圆孔，连杆240插入圆孔并通过拧紧螺丝杆上的螺帽固定其竖向位移；刚性桶类似于空心圆柱体从中间剖开，高强橡胶内囊320内衬在刚性桶内；高压泵100通过抗压油管110向高强橡胶内囊320输入压力油，使高强橡胶内囊320膨胀从而将刚性桶压入孔周岩土体内。

使用本发明进行滑面抗剪指标测试时，将本发明安放在岩体钻孔中的预定位置处，通过连杆进行定位，然后通过两个刚性桶之间的高强橡胶内囊对孔壁岩土体施加荷载，通过油压表确定施加荷载大小，通过安装在反力架上的刻度尺来直接读取孔周岩土体位移，从而避免了体积法因压力作用下体积变化所带来的误差。一次测试完成后，改变包裹着高强橡胶内囊的刚性桶(300)的竖向位置，即改变测点的深度，重复对孔壁岩土体加荷载并记录下压力和该孔壁岩土体变形位移，以此来绘制应力应变曲线，从而确定岩体变形模量。

具体操作过程如下：

首先利用地质勘探孔洞或重新打一定尺寸的孔洞，清空并确保孔内无积水，拔出钻杆，将包裹着高强橡胶内囊的刚性桶放入到一定位置处，压力表示数归零并读出刻度尺初始刻度，然后开始加压，待压力稳定到某一值时停止加压并静置5～10min，读出压力表示数P和此时刻度尺的示数，刻度尺的最终示数与初始示数的差值即为孔周土体的位移，计作dx，最后利用下面公式(1)进行计算：

式中：

r为刚性桶所组成圆柱内腔的半径；

h为内腔的高；

dx为孔周土体的位移；

E为孔周土体的弹性模量；

P为橡胶内囊的压力值。

待水平位移稳定以后，开始通过操作台中的一对液压千斤顶施加向上拉力从而形成剪切应力。

施加剪切力过程中要始终确保连杆与孔洞轴线平行。通过改变液压千斤顶的压力值将滑槽板向上顶起，滑槽板与连杆之间竖向固定，因此滑槽板将带着连杆一起向上运动，带动连杆运动的力反作用于刚性桶上，此反作用力与土样剪切力数值相等，大小可以由液压千斤顶支持力读出。操作台可以提供竖向拉力，而滑槽板的提升速度要根据岩土样的具体情况而确定，在滑槽板提升的同时，要注意观察液压千斤顶支持力的读数，按照一般规律可知，支持力读数应该逐渐增大直至增加到最大值，继续加压岩土体将被剪坏，记录好正应力和最大剪切应力，然后液压千斤顶卸压，改变包裹着高强橡胶内囊的刚性桶的竖向位置，并重复进行几组试验，通过高压泵增加正应力，待土样稳定固结，记录好正应力并开始向上提升滑槽板，从而得到最大剪切应力，多次重复试验，直至绘制出满意的剪切包络线。

本发明的优点是：

1、高压泵为油压泵，压力油体积变形小，压力控制精细。

2、油压表的读数，与高强橡胶内囊所受到的压应力数值大小相等，即包裹着高强橡胶内囊的刚性桶对孔周岩土体的压应力能直接读出。

3、液压千斤顶采用电子液压千斤顶，可精细化控制对连杆(240)的拉力，并能直接读出所施加拉应力的示数，此数值与刚性桶剪切孔周岩土体的剪应力大小相等。

4、刻度尺(250)类似于游标卡尺尺身上的刻度，连杆(240)采用长方体刚性材料，并且在与刻度尺(250)相接触位置处标有刻度，类似于游标卡尺的游标，故刻度尺(250)与两根连杆(240)组成两把游标卡尺，以此读出孔周岩土体水平位移，精度较高。

Claims (2)

1.一种非扰动现场滑面抗剪指标测试装置，其特征是：包括地面上的操作台（200）和置于孔洞内的刚性桶，操作台（200）具有反力架（210）、液压千斤顶（230）、连杆（240）和刻度尺（250），反力架（210）的四脚固定在地面上，一对液压千斤顶（230）固定在反力架（210）顶面与滑槽板（220）之间，滑槽板（220）上开有滑槽（260），滑槽（260）内装有左右两个滑轮（270），各滑轮（270）下部连接有相应的连杆（240），反力架（210）上安装有用以读取连杆（240）水平位移的刻度尺（250）；刚性桶分为右刚性桶（300）和左刚性桶（310）两块，在两块刚性桶之间嵌入高强橡胶内囊（320），两个连杆（240）的下端对应连接两块刚性桶，高压泵（100）通过抗压油管（110）连通高强橡胶内囊（320），在抗压油管（110）上装有读取高强橡胶内囊（320）中油压的油压表（120）。

2.根据权利要求书1所述的非扰动现场滑面抗剪指标测试装置，其特征是：油压表（120）安装在滑槽板（220）的顶面；刻度尺（250）安装在反力架（210）上表面中间部位。