CN113356174B - 检测软岩和土质边坡强度的多角度贯入装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

软岩和土质边坡强度检测的多角度贯入装置及使用方法，测试对象为软岩和土质边坡。该装置包括机械结构、贯入装置、控制装置和电源模块四部分，机械结构用于连接固定贯入装置和控制装置，控制装置部分通过计算机程序实现对贯入装置的控制以及检测数据的收集、处理和存储。使用方法：在竖向支撑架两侧挂载配重；连接电源；设置测试参数，将初始贯入阻力和贯入深度归零；按下控制面板上的前进按钮，探头和探杆向测试边坡内部匀速贯入，贯入的同时土体对压力传感器产生作用；测试时采集贯入阻力、贯入深度数据；根据经验公式，利用测试数据可以计算出软岩和土质边坡物理力学性质指标；通过高度调节导轨和旋转轴承，实现多高度、多深度、多角度贯入。

Description

检测软岩和土质边坡强度的多角度贯入装置及使用方法

技术领域

本发明属于岩土工程勘察设备领域，具体涉及一种检测软岩和土质边坡强度的多角度贯入装置及使用方法，适用于软岩和土质边坡强度的现场原位检测。

背景技术

软岩和土质边坡在我国北方地区广泛发育，滑坡、崩塌、倾倒等地质灾害现象在软岩和土质边坡发育区频繁发生。由于软岩和土质边坡附近的铁路工程、隧道工程、水利工程等人类活动数量与规模的扩大，导致软岩和土质边坡的地质灾害发生的数量和频次不断上升。软岩和土质边坡地质灾害发生一方面取决于坡体形态因素和降雨、地震等诱发因素，另一方面受软岩和土体自身物理力学性质因素影响，其中软岩和土体强度是判断软岩和土质边坡是否发生地质灾害的重要依据，是地质灾害治理、勘察设计、支护防护的重要基础数据。

目前软岩和土质边坡强度检测方法主要有室内试验检测方法和现场原位试验检测方法。

传统的室内试验是在现场取得软岩和土体样本，采用配套的方法和仪器精确地测量出样本的物理力学性质指标。室内试验检测方法测试结果精确。但是，由于软岩和土质边坡内部应力分布情况复杂，软岩和土体样本的真实受荷情况难以模拟，使得室内试验检测结果与软岩和土质边坡土体的真实物理力学性质指标之间存在着很大的差异。其次，在样本运回实验室的过程中，软岩和土体样本易发生扰动，对测试结果造成影响。

李谦等人在2019年公开的一种多角度、多速度贯入受力实验装置采用了室内试验的检测方法，装置主体由支撑架、角度调节装置、直线驱动机构、贯入器连接件和容器组成，支撑架为装置整体提供框架支撑；角度调节装置用于调节直线驱动机构和贯入器连接件的角度；容器置于贯入器连接件下方，用于盛放待测土样。该装置设计合理，可以对待测土样进行多角度、多速度贯入，可以测定土体各个方向上的力学性质，有效避免了土体各向异性对于测试结果不完整性的影响。蒋明镜等人在2013年公开的一种室内倾斜静力触探模型试验装置，主要包括贯入系统、滑动装置和模型箱，贯入系统中包含电机和角度调节支座；滑动装置用于调节贯入系统在模型箱上的贯入位置。但从以上两个发明已公开的技术特征中判断，两种装置的结构限制了其在野外使用，同时，装置的贯入高度无法调节，不能有效反映边坡不同高度的强度变化情况，因此以上装置无法适用于边坡的现场原位测试工况，仅可适用于室内模型实验。在边坡强度检测过程中，以上装置未能解决室内实验方法造成的应力释放和土样扰动这两个关键性问题。

现场原位试验是在软岩和土体原来所处的位置上或基本上在原位状态和应力条件下对软岩和土体的物理力学性质进行的测试。目前对于软岩和土体强度指标的测定，现场原位试验主要有：动力触探试验、标准贯入试验、十字板剪切试验、旁压试验、静力触探试验。其中，动力触探试验和标准贯入试验能直接测量土体的密实度，十字板剪切试验能直接测量土体的抗剪强度，旁压试验能直接测量土体的变形参数，静力触探试验能联合测定土体的密实度、抗剪强度、变形参数。与室内试验检测方法相比，现场原位试验检测方法可以测定难于取得不扰动土样的岩土体的强度指标，可以避免取样过程中应力释放对于测试结果的影响。但是，对于传统的现场原位试验检测方法，实验过程中存在仪器笨重，成本高昂的问题。其次，除静力触探试验外，其他现场原位试验检测方法测量指标单一，完整测量土体的物理力学性质指标需要多个试验相互配合，数据处理复杂，影响现场原位测试结果的因素难以达到精确控制，影响试验最终成果。再者，由于土体的物理力学性质存在各向异性，采用传统的现场原位试验检测成果不能真实反映土体多角度的强度，影响了试验结果的完整性、准确性。

员康锋等人在2017年公开了一种边坡土体抗剪强度现场测试装置，该装置主要由长方体框架、薄钢板A、千斤顶、薄钢板B和测力计组成，长方体框架为装置各部件提供位置固定；薄钢板A与千斤顶相连，为装置提供剪切力；薄钢板B与测力计相连，测力计与千斤顶共同测定土体的抗剪能力。该装置简捷轻便，测试过程中对边坡土体扰动小。但该装置在测试过程中需要嵌入坡表，操作相对复杂，且仅能测定坡表及一定深度土体的抗剪强度。同时，该装置无法联合检测边坡多种物理力学性质指标，也不能多角度的分析土体的各向异性对测试结果的影响。

静力触探试验是利用给进装置将顶部装有探头的探杆贯入土层，通过测量贯入阻力和摩擦力等参数来评价土体的基本物理力学性质。与其他现场原位试验检测方法相比，静力触探试验原理简单，测试结果为贯入阻力和贯入深度，贯入阻力和贯入深度可通过经验公式间接地计算土体多种物理力学性质指标。但是，由于传统的静力触探试验方法无法调节贯入方向，导致传统的静力触探试验的结果不能多角度、多高度、多深度地反映所检测的软岩和土质边坡中不同相对位置的软岩和土体的物理力学性质指标。

肖金凤等人在2017年公开了一种挡土墙背后填土密实状态检测装置，该装置主体部分由第一支架、引导装置、贯入杆、锤击力传递装置和数据采集装置组成，第一支架和引导装置用于固定贯入杆的高度、角度和位置；锤击力传递装置用于为贯入杆提供贯入力。该装置无需配重，结构轻便简单，但该装置采用锤击方式为装置提供贯入力，精确操作困难，探杆在冲击力作用下测出的贯入反力无法准确反映测试边坡土体强度。同时，锤击的贯入方式对边坡土体会产生相当大的扰动。

白丽珍等人在2011年公开了一种土壤压实度测试装置，该装置主要由升降平台、固定机架和检测器件组成，固定机架为整套装置提供固定支撑；升降平台用于调节检测器件的高度；检测器件用于向待测土体中贯入探杆并采集数据。该装置设计合理，一体化、自动化程度高。但根据已公开的技术特征判断，该装置无法调节贯入角度，不能有效捕捉到边坡土体的各向异性。同时，该装置也未提出在现场原位测试时需要的反力装置，仅凭现有机械机构，不能适用于边坡强度检测的现场原位测试。

发明内容

本发明旨在提供一种检测软岩和土质边坡强度的多角度贯入装置及使用方法，检测方法采用现场原位试验的检测方法，可以测定难于取得不扰动土样的岩土体的强度，规避了取样过程中应力释放对于测试结果的影响问题。采用静力触探试验方法的原理，测试数据为贯入阻力和贯入深度；根据经验公式，利用测试数据可以计算出软岩和土质边坡抗剪强度、压缩模量和变形模量，实现对测试边坡物理力学性质的联合检测。贯入装置由步进电机提供动力，通过可调节的多角度旋转轴承与可调节的多档位高度调节导轨连接固定，实现对测试边坡中不同角度、不同高度、不同深度土体的强度检测，试验设备轻便，便于安装，操作简单。装置由计算机程序控制，测试过程中，计算机的数据采集模块自动采集贯入阻力、贯入深度数据，计算机的数据储存模块存储贯入阻力和贯入深度数据，实时显示于计算机的显示屏幕上，并绘制出贯入阻力贯入深度曲线图，测试效率高，成本低廉，可根据测试需要设定试验方案，提高测试结果精确度。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种检测软岩和土质边坡强度的多角度贯入装置，其特征在于，包括机械结构、贯入装置、控制装置和电源模块。

机械结构连接贯入装置、控制装置，电源模块连接控制装置。

所述机械结构包括竖向支撑架、顶部支架横梁。

所述贯入装置包括探头、探杆、步进电机、滑台、行程限位开关、压力传感器、位移传感器。

所述控制装置包括安装面板、计算机、步进电机控制器。

机械结构用于连接固定贯入装置和控制装置，计算机通过控制面板实现对贯入装置的控制以及检测数据的收集、处理和存储。

所述顶部支架横梁包括顶部连接梁、顶部水平横梁，所述顶部连接梁一端通过销子与竖向支撑架顶部相连，另一端与顶部水平横梁中点焊接。所述顶部水平横梁两端设有螺旋支脚，螺旋支脚用于调节竖向支撑架主平面的方向。所述竖向支撑架底部设有活动支脚，通过螺栓与竖向支撑架底部连接。

进一步地，竖向支撑架中轴线方向上设有高度调节导轨，高度调节导轨两侧设有凹槽、中部设有卡槽，所述贯入轨道末端嵌在高度调节导轨两侧的凹槽中，能沿高度调节导轨上下移动。所述贯入轨道末端中部设有卡槽拉杆，用以将贯入轨道末端固定在竖向支撑架的任意高度。

所述步进电机为贯入装置提供动力，可使滑台沿贯入装置轴线方向运动；所述滑台前方设有压力传感器，压力传感器一端固定于滑台前部，用以测量贯入阻力数据，另一端设有探杆固定槽；所述探杆固定槽是一个弧形凹槽，探杆固定槽侧壁设有固定螺丝，所述固定螺丝用于将探杆与探杆固定槽固定连接；探杆前端设有探头，探头通过螺纹与探杆连接固定；所述滑台侧面设有位移传感器，位移传感器一端与滑台固定，位移传感器另一端与贯入装置末端固定，用以测量贯入深度数据。

进一步地，所述贯入装置末端设有旋转轴承和指示盘，可实现贯入装置绕旋转轴承任意转动，指示盘指针通过焊接方式与贯入装置末端固定，指示盘上刻有角度，每5°一个刻度，指示盘上设有锁固装置，所述锁固装置用于将贯入装置固定在选定的贯入角度方向。

进一步地，贯入装置的同一侧面两端设有行程限位开关，所述行程限位开关用于对滑台的相对位移的限制。

进一步地，贯入装置前端设有探杆固定孔，用于保证贯入方向与贯入装置轴线方向平行。

在一个优选的实施例中，所述步进电机为57HBM10-1000型号步进电机，为探杆提供2000N贯入力。

在一个优选的实施例中，所述探头形态为锥度为30°的圆锥体，底面直径为12mm。探杆的形态为直径12mm的圆柱体，长度为0.8m。

所述竖向支撑架上设有安装面板，所述安装面板是一个固定平台，通过螺栓与卡扣固定计算机、步进电机控制器。所述计算机上设置有显示屏幕、采集通道、控制按钮、调试按钮、USB插孔。计算机内集成了控制电路。控制电路由电源输入接口电路、电源稳压电路、恒流电路、恒压电路、CPU供电电路、微计算机处理器电路、信号处理电路、8路A/D转换电路、振荡晶体电路、微控制器按键电路、下载程序接口电路、USB接口电路、存储器电路、显示屏幕接口电路组成。

进一步地，电源模块连接电源输入接口电路，通过电源稳压电路、恒流电路和恒压电路连接各用电部件为其提供电源，CPU供电电路为CPU提供电源，显示屏幕接口电路与计算机上的显示屏幕连接用于实时显示采集的数据和绘制出来的曲线，信号处理电路与压力传感器、位移传感器连接，用于收集压力传感器与位移传感器的电信号，同时经过A/D转换电路将收集到的贯入阻力、贯入深度数据转化为模拟信号，导入到CPU中，并可实时显示在屏幕上；同时，数据经存储器电路储存在储存器中，并可通过USB接口电路输出到U盘；测试过程中微计算机处理器电路根据所存储的数据，实时绘制贯入阻力贯入深度曲线并显示在屏幕上。

在一个优选的实施例中，微计算机处理器电路和微控制器按钮电路由程序控制，通过程序控制流程实现包括采集数据、储存数据、分析数据（绘图）、压力传感器和位移传感器调零的功能，通过行程限位开关控制数据采集自动停止，在实验前输入包括贯入位置、贯入方向和贯入速度的测试参数，自动形成试验方案。

上述装置中，微计算机和微控制器由程序控制，其程序实现以下功能：

1. 实验基础数据录入

2. 压力传感器调零

3. 位移传感器调零

4.控制数据采集

5.数据采集

6.数据储存

7.数据分析（绘图）

进一步地，所述步进电机控制器设有速度调节器、前进按钮、后退按钮、停止按钮，用于控制步进电机的转速、转动方向、转动与停止。

所述电源模块通过导线与步进电机、计算机、步进电机控制器相连，为整套装置供电。

在一个优选的实施例中，所述的电源模块为两节12V蓄电池串联，可支持整套装置在野外连续工作三天。

本发明提供了采用上述装置来检测软岩和土质边坡物理力学性质的方法，包括以下步骤：

S1：连接多角度贯入装置各部件，将所述多角度贯入装置置于测试边坡，使顶部水平横梁紧贴于测试边坡坡面，使活动支脚紧贴于地面，调节顶部水平横梁两端的螺旋支脚，使竖向支撑架主平面位于测试位置；

S2：在竖向支撑架两侧挂载配重，调节多角度贯入装置的贯入位置和贯入方向，安装探杆和探头；

S3：连接电源，使多角度贯入装置的贯入装置和控制装置处于准工作状态；

S4：按下控制面板上的前进按钮，使探头刚好贴合于测试边坡坡面；

S5：将压力传感器和位移传感器初始读数归零，步进电机控制器调节贯入速度；

S6：按下控制面板上的前进按钮，探头和探杆向测试边坡内部贯入，贯入的同时对压力传感器和位移传感器产生作用，贯入阻力和贯入深度数据在所述显示屏幕上实时显示，计算机接收、处理并存储贯入阻力和贯入深度数据；

S7：探头和探杆贯入完成，测试自动结束；

S8：按下控制面板上的后退按钮，拔出探头和探杆，用U盘导出存储数据。

S9：通过以下经验公式计算测试边坡的物理力学性质指标：

C_u=0.04

+2；

；

；

式中：

C_u：抗剪强度（kPa）；

E_s：压缩模量（kPa）；

E₀：变形模量（kPa）；

：锥尖修正系数，取值范围为0.9-1.2；

F：贯入阻力（N）；

：锥角（°）；

r：锥头半径（mm）。

在一个优选的实施例中，S3中所述配重为水泥块体，左侧配重与右侧配重重量完全相同，用于保证装置左右平衡，并为装置整体提供足够的反力。

本发明的原理：本发明通过竖向支撑架和附加配重提供贯入反力，步进电机提供扭转动力，推动滑台向前运动，将探头和探杆匀速贯入测试边坡。在测试过程中，压力传感器测量贯入阻力，位移传感器测量贯入深度。计算机的采集和存储压力传感器和位移传感器数据，实时显示于计算机的显示屏幕上，并绘制出贯入阻力贯入深度曲线图。

本发明的有益效果：

（1）本发明提供的装置采用静力触探的原理，测试数据为贯入阻力和贯入深度；根据经验公式，利用测试数据可以计算出软岩和土质边坡的抗剪强度、压缩模量和变形模量，实现对测试边坡物理力学性质的联合检测。

（2）本发明提供的装置通过高度调节导轨和旋转轴承的设计，实现多高度、多深度、多角度贯入，可检测测试边坡任意位置土体的任意方向的物理力学性质指标，测试结果精确可靠。

（3）本发明提供的装置内置有程序控制软件，可根据测试需要设定试验方案，提高测试结果精确度。

（4）本发明提供的装置结构紧凑，集机械结构和数据处理装置于一体，设备轻便，安装便捷，测试周期短，测试成本低廉，提高软岩和土质边坡强度指标现场原位试验检测的效率。单人即可完成整套测试步骤，节省人力成本，易于在生产和教学中推广应用。本发明提出的装置对于软岩和土质边坡检测、相关地质灾害预测和防治具有重要的实践意义和科研意义。

附图说明

图1是本发明中多角度贯入装置的结构图。

图2是贯入阻力-贯入深度曲线图。

图中，1、顶部水平横梁，2、顶部连接梁，3、控制装置，4、贯入装置，5、步进电机，6、竖向支撑架，7、高度调节导轨，8、螺旋支脚，9、活动支脚，10、探杆，11、探头，12、滑台。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例：

图1所示，一种用于软岩和土质边坡强度检测的多角度贯入装置，其特征在于，包括机械结构、贯入装置、控制装置和电源。

所述机械结构包括竖向支撑架6、顶部支架横梁1；顶部支架横梁包括顶部连接梁2、顶部水平横梁1，顶部连接梁2一端通过销子与竖向支撑架6顶部相连，顶部连接梁2另一端与顶部水平横梁1中点焊接；顶部水平横梁1与竖向支撑架6的横杆平行。

顶部水平横梁1两端均设有螺旋支脚8，螺旋支脚8用于调节竖向支撑架主平面与测试边坡坡面平行；竖向支撑架底部通过螺栓连接活动支脚9，竖向支撑架中轴线方向上设有高度调节导轨7，高度调节导轨7两侧设有凹槽、中部设有卡槽。

所述贯入装置4包括探头11、探杆10、步进电机5。

贯入装置4末端嵌在高度调节导轨7两侧的凹槽中，贯入装置4能沿高度调节导轨7上下移动；贯入装置4末端中部设有卡槽拉杆，用以将贯入装置末端固定在竖向支撑架的任意高度；

滑台12前方设有压力传感器，压力传感器一端固定于滑台正面，压力传感器另一端设有探杆固定槽。

滑台侧面设有位移传感器，位移传感器一端与滑台固定，位移传感器另一端与贯入导轨后部固定，用于测量滑台的相对位移。

所述探杆固定槽是一个弧形凹槽，探杆固定槽侧壁设有固定螺丝，所述固定螺丝用于将探杆与探杆固定槽固定连接。

所述探杆10前端设有探头11，探头通过螺纹与探杆连接固定。

所述控制装置3包括安装面板、计算机、步进电机控制器。

机械结构用于连接固定贯入装置部分和控制装置部分，计算机通过控制面板实现对机械结构部分和贯入装置部分的控制以及检测数据的收集、处理和存储。

进一步地，所述贯入装置末端设有旋转轴承和指示盘，可实现贯入装置绕旋转轴承任意转动，指示盘指针通过焊接方式与贯入装置末端固定，指示盘上刻有角度，每5°一个刻度，指示盘上设有锁固装置，所述锁固装置用于将贯入装置4固定在选定的贯入角度方向。

进一步地，贯入装置的同一侧面两端设有行程限位开关，所述行程限位开关用于对滑台的相对位移的限制。

进一步地，贯入导轨前端设有探杆固定孔，用于保证贯入方向与贯入导轨轴线方向平行。

所述步进电机为57HBM10-1000型号步进电机，为探杆提供2000N贯入力。

所述探头形态为锥度为30°的圆锥体，底面直径为12mm。探杆的形态为直径10mm的圆柱体，长度为0.8m。

所述竖向支撑架上设有安装面板，所述安装面板是一个固定平台，通过螺栓与卡扣固定计算机、步进电机控制器。

所述计算机上设置有显示屏幕、采集通道、控制按钮、调试按钮、USB插孔。计算机内集成了控制电路。控制电路由电源输入接口电路、电源稳压电路、恒流电路、恒压电路、CPU供电电路、微计算机处理器电路、信号处理电路、8路A/D转换电路、振荡晶体电路、微控制器按键电路、下载程序接口电路、USB接口电路、存储器电路、显示屏幕接口电路组成。

本发明的控制电路原理：电源模块连接电源输入接口电路，通过电源稳压电路、恒流电路和恒压电路连接各用电部件为其提供电源，CPU供电电路为CPU提供电源，显示屏幕接口电路与计算机上的显示屏幕连接用于实时显示采集的数据和绘制出来的曲线，信号处理电路与压力传感器、位移传感器连接，用于收集压力传感器与位移传感器的电信号，同时经过A/D转换电路将收集到的贯入阻力、贯入深度数据转化为模拟信号，导入到CPU中，并可实时显示在屏幕上；同时，数据经存储器电路储存在储存器中，并可通过USB接口电路输出到U盘；测试过程中微计算机处理器电路根据所存储的数据，实时绘制贯入阻力贯入深度曲线并显示在屏幕上。

上述装置中，微计算机和微控制器由程序控制，其程序主要实现以下功能：

1.实验基础数据录入

2.压力传感器调零

3.位移传感器调零

4.控制数据采集

5.数据采集

6.数据储存

7.数据分析（绘图）

进一步地，所述步进电机控制器设有速度调节器、前进按钮、后退按钮、停止按钮，用于控制步进电机的转速、转动方向、转动与停止。

进一步地，所述电源模块通过导线与步进电机、计算机、步进电机控制器相连，为整套装置供电。

所述的电源模块为两节12V蓄电池串联，可支持整套装置在野外连续工作三天。

本发明提供了采用上述装置来检测软岩和土质边坡强度的方法，包括以下步骤：

S1：连接多角度贯入装置各部件，将所述多角度贯入装置置于测试边坡，使顶部水平横梁紧贴于测试边坡坡面，使活动支脚紧贴于地面，调节顶部水平横梁两端的螺旋支脚，使竖向支撑架主平面位于测试位置；

S2：在竖向支撑架两侧挂载配重，调节多角度贯入装置的贯入位置和贯入方向，安装探杆和探头；

S3：连接电源，使多角度贯入装置的贯入装置和控制装置处于准工作状态；

S4：按下控制面板上的前进按钮，使探头刚好贴合于测试边坡坡面；

S5：将压力传感器和位移传感器初始读数归零，步进电机控制器调节贯入速度；

S6：按下控制面板上的前进按钮，探头和探杆向测试边坡内部贯入，贯入的同时对压力传感器和位移传感器产生作用，贯入阻力和贯入深度数据在所述显示屏幕上实时显示，计算机接收、处理并存储贯入阻力和贯入深度数据；

S7：探头和探杆贯入完成，测试自动结束；

S8：按下控制面板上的后退按钮，拔出探头和探杆，用U盘导出存储数据。

S9：通过以下经验公式计算测试边坡的物理力学性质指标：

C_u=0.04

+2；

；

；

式中：

C_u：抗剪强度（kPa）；

E_s：压缩模量（kPa）；

E₀：变形模量（kPa）；

：锥尖修正系数，取值范围为0.9-1.2；

F：贯入阻力（N）；

：锥角（°）；

r：锥头半径（mm）。

进一步地，S2所述配重为水泥块体，左侧配重与右侧配重重量完全相同，用于保证装置左右平衡，并为装置整体提供足够的反力。

以山西典型黄土古土壤边坡为测试边坡，边坡产状形态为直线型，坡面倾向为180°坡面倾角为69°。选取待测边坡进行贯入试验，结果如图二所示。采用本装置进行贯入测试，贯入速度均设置为1mm/s，贯入角度均设置为水平。测试结果显示，本装置测出的相同边坡相同高度的贯入曲线稳定，数据平滑无抖动，充分表明本装置测试结果数据稳定，本装置设计科学合理，测试结果可靠。

Claims (2)

1.检测软岩和土质边坡强度的多角度贯入装置，其特征在于，包括机械结构、贯入装置、控制装置和电源模块，固定贯入装置与控制装置通过机械结构连接，控制装置通过计算机实现对贯入装置的控制以及检测数据的收集、处理和存储；

所述机械结构包括竖向支撑架、顶部支架横梁；顶部支架横梁包括顶部连接梁、顶部水平横梁，顶部连接梁一端与竖向支撑架相连，顶部连接梁另一端与顶部水平横梁焊接；

顶部水平横梁两端设有螺旋支脚，螺旋支脚用于调节竖向支撑架主平面的方向；竖向支撑架底部设有活动支脚，活动支脚通过螺栓与竖向支撑架底部连接；竖向支撑架中轴线方向上设有高度调节导轨，高度调节导轨两侧设有凹槽，高度调节导轨中部设有卡槽，所述贯入装置末端嵌在高度调节导轨两侧的凹槽中，能沿高度调节导轨上下移动；所述贯入装置末端中部设有卡槽拉杆，卡槽拉杆用于将贯入装置末端固定在竖向支撑架的任意高度；

所述贯入装置包括探头、探杆、步进电机、滑台、压力传感器、位移传感器；所述步进电机为贯入装置提供动力，可使滑台沿贯入装置轴线方向运动；所述滑台前方设有压力传感器，压力传感器一端固定于滑台前部，用以测量贯入阻力数据，另一端设有探杆固定槽；所述探杆固定槽是一个弧形凹槽，探杆固定槽侧壁设有固定螺丝，所述固定螺丝用于将探杆与探杆固定槽固定连接；探杆前端设有探头，探头通过螺纹与探杆连接固定；所述滑台侧面设有用于测量贯入深度数据的位移传感器，位移传感器一端与滑台固定，位移传感器另一端与贯入装置末端固定；

所述控制装置包括安装面板、计算机、步进电机控制器；所述竖向支撑架上设有安装面板，所述安装面板是一个固定平台，安装面板通过螺栓与卡扣固定计算机和步进电机控制器；步进电机控制器通过导线与步进电机相连，计算机通过导线与位移传感器、压力传感器、电源模块连接；所述电源模块通过导线与贯入装置和控制装置相连，电源模块为整套装置供电；

所述贯入装置的末端设有旋转轴承和指示盘，可实现贯入装置绕旋转轴承任意转动，指示盘指针通过焊接方式与贯入装置末端固定，指示盘上刻有角度标记，每5°一个标记，指示盘上设有锁固装置，所述锁固装置用于将贯入装置固定在选定的贯入角度方向；贯入导轨的同一侧面两端设有行程限位开关，所述行程限位开关用于对滑台的相对位移的限制；所述贯入导轨前端设有探杆固定孔，用于保证贯入方向与贯入导轨轴线方向平行；所述计算机上设置有显示屏幕、采集通道、控制按钮、调试按钮、USB插孔；计算机内集成了控制电路；控制电路由电源输入接口电路、电源稳压电路、恒流电路、恒压电路、CPU供电电路、微计算机处理器电路、信号处理电路、8路A/D转换电路、振荡晶体电路、微控制器按键电路、下载程序接口电路、USB接口电路、存储器电路、液晶屏接口电路组成；所述电源模块连接电源输入接口电路，通过电源稳压电路、恒流电路和恒压电路连接各用电部件为其提供电源，CPU供电电路为CPU提供电源，显示屏幕接口电路与计算机上的显示屏幕连接用于实时显示采集的数据和绘制出来的曲线，信号处理电路与压力传感器、位移传感器连接，用于收集压力传感器与位移传感器的电信号，同时经过A/D转换电路将收集到的贯入阻力、贯入深度数据转化为模拟信号，导入到CPU中，并可实时显示在屏幕上；同时，数据经存储器电路储存在储存器中，并可通过USB接口电路输出到U盘；测试过程中微计算机处理器电路根据所存储的数据，实时绘制贯入阻力贯入深度曲线并显示在屏幕上；所述步进电机控制器设有速度调节器、前进按钮、后退按钮、停止按钮，用于控制步进电机的转速、转动方向、转动与停止。

2.一种如权利要求1所述的检测软岩和土质边坡强度的多角度贯入装置的使用方法，其特征在于使用方法包括以下步骤：

S1：连接多角度贯入装置各部件，将所述多角度贯入装置置于测试边坡，使顶部水平横梁紧贴于测试边坡坡面，使活动支脚紧贴于地面，调节顶部水平横梁两端的螺旋支脚，使竖向支撑架主平面位于测试位置；

S2：在竖向支撑架两侧挂载配重，调节多角度贯入装置的贯入位置和贯入方向，安装探杆和探头；水泥块体，左侧配重与右侧配重重量相同；

S3：连接电源，使多角度贯入装置的贯入装置和控制装置处于准工作状态；

S4：按下控制面板上的前进按钮，使探头刚好贴合于测试边坡坡面；

S5：将压力传感器和位移传感器初始读数归零，步进电机控制器调节贯入速度；

S6：按下控制面板上的前进按钮，探头和探杆向测试边坡内部贯入，贯入的同时对压力传感器和位移传感器产生作用，贯入阻力和贯入深度数据在所述显示屏幕上实时显示，计算机接收、处理并存储贯入阻力和贯入深度数据；

S7：探头和探杆贯入完成，测试自动结束；

S8：按下控制面板上的后退按钮，拔出探头和探杆，用U盘导出存储数据；

S9：通过以下经验公式计算测试边坡的物理力学性质指标：

C_u=0.04

+2；

式中：

C_u：抗剪强度，单位是kPa；

E_s：压缩模量，单位是kPa；

E₀：变形模量，单位是kPa；

：锥尖修正系数，取值为0.9-1.2；

F：贯入阻力，单位是牛顿；

：锥角，单位是度；

r：锥头半径，单位是mm。

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