CN115855689A - 测试材料-土体界面摩擦系数的钻孔剪切试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及测试材料‑土体界面摩擦系数的钻孔剪切试验装置及方法，该方案包括钻机系统；套管；拉杆；传动端管，能够从套管顶部穿入到达底部被套管限位实现同轴旋转连接；钻具，顶部与传动端管的底部连接，能够在传动端管带动下上下运动和转动，实现钻孔功能；升降机，与监测记录仪通信连接，用于连接拉杆并通过拉杆带动钻具上下移动；操作平台；供气装置，通过软管连接钻具，用于控制钻具上的探头的开闭；监测记录仪，用于控制和处理升降机的数据并将其可视化；其中钻具底部设有探头，该探头用于多个安装不同摩擦测试材料制成的摩擦片，并通过压力传感器检测摩擦测试时的压力。本申请具有试验效率高，操作方便的优点。

Description

测试材料-土体界面摩擦系数的钻孔剪切试验装置及方法

技术领域

本申请涉及岩土工程原位测试领域，具体涉及测试材料-土体界面摩擦系数的钻孔剪切试验装置及方法。

背景技术

各种材料与土体的界面摩擦系数，如混凝土-土、金属-土、土工合成材料-土、木(桩)-土、碎石-土、岩石-土的界面摩擦系数，是在基础施工中的重要参数。

目前主要采用室内测试方法，例如中国专利公开号CN205483968U所给的一种土体摩擦系数测量装置，其采用室内测试进行测试，但室内测试相比于原位测试的局限性在于室内测试对土样的扰动大；可能造成土样的应力释放；由于要取样，勘察周期大大延长。并且原位测试的土体影响范围远比室内试验大，因此代表性也强。

而中国专利公开号CN107796754A所提供的真空负压测试淤泥质土摩擦系数的装置和方法可实现原位土体摩擦系数测试，其用真空负压对淤泥质土施加竖向力，通过测量淤泥质土在桶体中上升高度计算淤泥质土的摩擦系数。但局限性在于只能对地表淤泥质土测试，而不能对指定土层进行钻进测试；只能测试桶体材料-淤泥质土的摩擦系数，不能测试其他材料与土体之间的摩擦系数。

针对上述现有技术的不足，本发明的一个目的是提供一种可实现钻孔、护壁与土体界面摩擦系数试验一体化，利用测试材料-土体界面摩擦系数的钻孔剪切试验测试各种材料-土体摩擦系数试验的测试材料-土体界面摩擦系数的钻孔剪切试验装置及方法。

申请内容

本申请的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了测试材料-土体界面摩擦系数的钻孔剪切试验装置及方法。

为了实现上述申请目的，本申请采用了以下技术方案：测试材料-土体界面摩擦系数的钻孔剪切试验装置包括：

钻机系统，用于安装套管并提供动力；

套管，用于连接钻机系统和传动端管；

拉杆，用于将传动端管从钻孔中取出，并能够连接钻具带动钻具上下移动；

传动端管，能够从套管顶部穿入到达底部被套管限位实现同轴旋转连接；

钻具，顶部与传动端管的底部连接，能够在传动端管带动下上下运动和转动，实现钻孔功能；

升降机，与监测记录仪通信连接，用于连接拉杆并通过拉杆带动钻具上下移动；

操作平台，固定于试验场所的地面或将试验场所的地面修整后作为操作平台，用于可拆卸安装钻机系统和升降机；

供气装置，通过软管连接钻具，用于控制钻具上的探头的开闭；

监测记录仪，用于控制和处理升降机的数据并将其可视化；

其中钻具底部设有可伸缩探头，该探头用于多个安装不同摩擦测试材料制成的摩擦片，并通过压力传感器检测摩擦测试时的压力。

进一步地，钻机系统包括钻机、钻机升降滑轨、控制单元以及横向滑轨，钻机与该套管上端可拆卸连接，并提供向下钻探的动力，且钻机与钻机升降滑轨连接并能够在钻机升降滑轨上上下移动，控制单元与钻机通信连接，横向滑轨用于安装控制单元和钻机升降滑轨并安装于操作平台上，以使得控制单元和钻机升降滑轨能够在横向滑轨上横向水平移动。

进一步地，首节拉杆下端设有连接传动端管或钻具的卡扣，非首节拉杆上下两端均设有螺纹，能够连接下一节拉杆，且首节拉杆包括空心螺纹杆、内螺纹杆、顶盖以及中空活塞；

空心螺纹杆能够与升降机连接并在升降机带动下上下移动；

内螺纹杆和中空活塞仅设于首节拉杆，且内螺纹杆内部中空并有内螺纹；

中空活塞上部嵌套于内螺纹杆内，能够随着内螺纹杆的旋转上下移动，且当中空活塞向下移动时，能够锁紧固定钻具的外层张敛轴，同时中空活塞中空且内有通气管，用于连接供气装置的软管。

进一步地，传动端管包括传动端管外壳、滑动矛杆、弹簧以及花键套，传动端管通过卡片固定于套管底端，拉杆连接滑动矛杆的矛头拔出传动端管时，滑动矛杆并使卡片内缩进传动端管外壳，此时拉杆能够将传动端管从套管中取出。

进一步地，钻具包括钻具外壳、外层张敛轴、内层张敛轴、滑动切削板、活瓣钻头及探头；

内层张敛轴与钻具外壳固定，该内层张敛轴内部中空并能够连通气管；

外层张敛轴嵌套于内层张敛轴外，能够上下滑动控制滑动切削板上下滑动以及带动活瓣钻头的开闭；

探头固定于内层张敛轴下端；

当外层张敛轴向上滑动时，活瓣钻头打开，联动滑动切削板向上滑动以露出探头；

当外层张敛轴向下滑动时，滑动切削板和活瓣钻头缩拢锁紧。

进一步地，升降机包括内螺纹齿轮、轴承、拉杆夹钳、电机、升降滑轨及控制箱；

拉杆夹钳能够与拉杆配合，使得拉杆沿轴向上下移动而非转动；

内螺纹齿轮安装于轴承上，电机与内螺纹齿轮驱动连接，内螺纹齿轮、轴承、拉杆夹钳及电机能够同时沿升降滑轨上下滑动；

控制箱分别与升降滑轨和电机通信连接。

进一步地，供气装置包括气泵与气瓶，气泵一端通过软管连接气瓶，另一端连接钻具，且气泵上能够显示探头中活塞的气压。

进一步地，探头设有多个活塞并竖向分布，通过供气装置控制各活塞的独立开合，每个活塞包括第一活塞板和第二活塞板，第一活塞板和第二活塞板呈竖向平行布设，第一活塞板和第二活塞板上各有一个燕尾槽，不同摩擦测试材料制成的材料摩擦片并通过燕尾槽固定于两个活塞板上，第一活塞板和第二活塞板之间设置有供气缸安装的间隙，且每个活塞板下侧有压力传感器。

进一步地，探头的传感器导线穿过内层张敛轴，在内层张敛轴顶端为第一环形导线接口，中空活塞下端设有第二环形导线接口，传感器导线穿过中空活塞能够连接升降机，拉杆与钻具连接时，第二环形导线接口与第一环形导线接口连接，使传感器导线形成通路。

一种测试材料-土体界面摩擦系数的钻孔剪切试验方法，用于通过上述的测试材料-土体界面摩擦系数的钻孔剪切试验装置测试各种材料与土体界面的摩擦系数，具体包括以下步骤：

S00、安装好操作平台，将钻机系统安装在操作平台上，同时将各种摩擦系数测试的材料摩擦片固定在探头上；

S10、将传动端管安装到套管底端，并将套管安装到钻机上，使套管底端的传动端管的花键套与钻具的花键齿相啮合；

同时传动端管底端锁紧外层张敛轴使其不上移，并使活瓣钻头保持闭合；

S20、钻机系统驱动套管及位于套管底部的传动端管向下钻进地层，传动端管带动钻具进行钻探；

S30、钻进至预定原位孔内剪切试验深度后，将钻机与套管上端的连接断开，并将钻机沿钻机升降滑轨升至最高点，再将钻机系统沿横向滑轨移动至外侧；

S40、将升降机安装固定到操作平台上，并将升降机与监测记录仪通信连接，将拉杆穿过拉杆夹钳与内螺纹齿轮并将传动端管取出；

S50、将软管一端连接到中空活塞的三根通气管，另一端依次穿过内螺纹杆、空心螺纹杆以及顶盖，连接到气泵；

S60、通过升降机将拉杆降下，并与钻具的外层张敛轴连接，再拧紧内螺纹杆使活瓣钻头张开以及滑动切削板上移，并使外层张敛轴与内层张敛轴锁死；

S70、打开气泵，使探头中指定的一个活塞张开，等待气压稳定后，记录下压力传感器测得的压力；

S80、利用升降机恒定向上拉动拉杆，再将监测记录仪数据归零，以消去拉杆与钻具重力的影响；

S90、对拉杆施加不同方向与速率的位移，记录不同速率与方向下，升降机提供的力及摩擦力，通过摩擦力与压力的关系得到摩擦系数；

S100、重复S70～S90，对不同活塞上的不同材料的摩擦片进行测试；

S110、重复S30～S90，对不同地层的材料-土体界面的摩擦系数进行测试。

与现有技术相比本申请具有以下有益效果：1、本申请将钻孔与测试整合一体，减少扰动、缩短工期、使用更加灵活、且能实现多样化的材料-土体摩擦系数测试；

2、本申请可实现钻孔、护壁与材料-土体界面摩擦系数测试一体化，活瓣钻头钻进到指定深度，就可立马露出探头开展材料-土体界面摩擦系数测试，完成测试后，探头缩回，活瓣钻头闭合，活瓣钻头又可进一步向深部钻进，如此反复循环，大大提高试验效率。且套管同时起到护壁作用，防止塌孔，提高测试结果的稳定性。探头隐藏在活瓣钻头中，不容易损坏。套管始终起到护壁作用，防止钻孔坍塌卡住探头，尤其适合软土等易于塌孔的土质；

3、本申请设备探头上三个活塞可安装、更换不同材料的摩擦片，要测试哪种材料与土体之间的界面摩擦系数，就使那个活塞张开，可实现不用重新取出钻头而对不同材料与土界面摩擦系数的同时测试。测试孔壁完整性和稳定性效果好，测试数据准确可靠。

附图说明

图1是利用本申请进行钻孔作业时的状态示意图。

图2是利用本申请进行各种材料-土体界面摩擦系数测试时的状态示意图。

图3是本申请中钻具在钻进时的示意图。

图4是本申请中钻具在测试时的示意图。

图5是本申请中钻机系统的示意图。

图6是本申请中升降机的示意图

图7是本申请中拉杆的示意图。

图8是本申请中探头的剖面图。

图9是本申请中探头的侧视图。

图10是本申请中探头一部分的俯视图。

图11是本申请中传动端管的示意图。

图12是本申请中首节拉杆的细节示意图。

图13是本申请中拉杆夹钳示意图。

图14是本申请中第一环形导线接口与第二环形导线接口的示意图；

图15是本申请的试验方法流程图。

图中，1、钻机系统；1-1、钻机；1-2、钻机升降滑轨；1-3、控制单元；1-4、横向滑轨；2、套管；3、拉杆；3-1、空心螺纹杆；3-2、内螺纹杆；3-3、顶盖；3-4、中空活塞；3-4-1、第二环形导线接口；4、传动端管；4-1、传动端管外壳；4-2、滑动矛杆；4-3、卡片；4-4、弹簧；4-5、花键套；5、钻具；5-1、钻具外壳；5-2、外层张敛轴；5-3、内层张敛轴；5-3-1、第一环形导线接口；5-4、滑动切削板；5-5、活瓣钻头；5-6、探头；5-6-1、第一活塞板；5-6-2、第二活塞板；5-6-3、摩擦片；5-6-4、气缸；5-6-5、压力传感器；5-6-6、传感器导线；6、升降机；6-1、内螺纹齿轮；6-2、轴承；6-3、拉杆夹钳；6-4、电机；6-5、升降滑轨；6-6、控制箱；7、操作平台；8、供气装置；8-1、气泵；8-2、气瓶；8-3、软管；9、监测记录仪。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本领域技术人员应理解的是，在本申请的披露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本申请的限制。

实施例一

如图1-14所示，本测试材料-土体界面摩擦系数的钻孔剪切试验装置包括：

钻机系统1，用于安装套管2并提供动力；

在本实施例中，如图5所示，钻机系统1包括钻机1-1、钻机升降滑轨1-2、控制单元1-3以及横向滑轨1-4，钻机1-1与该套管2上端可拆卸连接，并提供向下钻探的动力，且钻机1-1与钻机升降滑轨1-2连接并能够在钻机升降滑轨1-2上上下移动，控制单元1-3与钻机1-1通信连接，横向滑轨1-4用于安装控制单元1-3和钻机升降滑轨1-2并通过卡扣安装于操作平台7上，可方便快速拆装，以使得控制单元1-3和钻机升降滑轨1-2能够在横向滑轨1-4上横向水平移动。

套管2，用于连接钻机系统1和传动端管4；

在本实施例中，套管2上下有螺纹，首节套管底端可固定传动端管4，顶端可连接下一节套管2，除首节套管2外，其他套管2底端均平滑；

拉杆3，用于将传动端管4从钻孔中取出，并能够连接钻具5带动钻具5上下移动；

在本实施例中，如图12和图13所示，首节拉杆3下端设有连接传动端管4或钻具5的卡扣，非首节拉杆3上下两端均设有螺纹上端为外螺纹，下端为内螺纹，目的在于可串联)，能够连接下一节拉杆3，且首节拉杆3包括空心螺纹杆3-1、内螺纹杆3-2、顶盖3-3以及中空活塞3-4；

其中，空心螺纹杆3-1能够与升降机6连接并在升降机6带动下上下移动；

其中，内螺纹杆3-2和中空活塞3-4仅设于首节拉杆3，且内螺纹杆3-2内部中空并有内螺纹；

其中，中空活塞3-4上部嵌套于内螺纹杆3-2内，能够随着内螺纹杆3-2的旋转上下移动，且当中空活塞3-4向下移动时，能够锁紧固定钻具5的外层张敛轴5-2，同时中空活塞3-4中空且内有多个通气管，用于连接供气装置8的软管8-3；

传动端管4，能够从套管2顶部穿入随重力到达底部被套管2限位实现同轴旋转连接；

在本实施例中，如图11所示，传动端管4包括传动端管外壳4-1、滑动矛杆4-2、弹簧4-4以及花键套4-5，传动端管4通过卡片4-3固定于套管2底端，拉杆3连接滑动矛杆4-2的矛头拔出传动端管4时，滑动矛杆4-2并使卡片4-3内缩进传动端管外壳4-1，此时拉杆3能够将传动端管4从套管2中取出。

钻具5，顶部与传动端管4的底部连接，能够在传动端管4带动下上下运动和转动，实现钻孔功能；钻具5底部设有探头5-6，该探头5-6用于多个安装不同摩擦测试材料制成的摩擦片5-6-3，并通过压力传感器5-6-5检测摩擦测试时的压力。

在本实施例中，钻具5包括钻具外壳5-1、外层张敛轴5-2、内层张敛轴5-3、滑动切削板5-4、活瓣钻头5-5及探头5-6；

其中，如图2、图3、图4、图8、图9以及图10所示，探头5-6设有三个活塞并竖向分布，通过供气装置8控制各活塞的独立开合，每个活塞包括第一活塞板5-6-1和第二活塞板5-6-2，第一活塞板5-6-1和第二活塞板5-6-2呈竖向平行布设，第一活塞板5-6-1和第二活塞板5-6-2上各有一个燕尾槽，不同摩擦测试材料制成的材料摩擦片5-6-3并通过燕尾槽固定于两个活塞板上，第一活塞板5-6-1和第二活塞板5-6-2之间设置有供气缸5-6-4安装的间隙，且每个活塞板下侧有压力传感器5-6-5。

其中，内层张敛轴5-3与钻具外壳5-1固定，该内层张敛轴5-3内部中空并能够连通气管；

其中，外层张敛轴5-2嵌套于内层张敛轴5-3外，能够上下滑动控制滑动切削板5-4上下滑动以及带动活瓣钻头5-5的开闭；

其中，探头5-6固定于内层张敛轴5-3下端；优选地，如图14所示，探头5-6的传感器导线5-6-6穿过内层张敛轴5-3，在内层张敛轴5-3顶端为第一环形导线接口5-3-1，中空活塞3-4下端设有第二环形导线接口3-4-1，传感器导线5-6-6穿过中空活塞3-4能够连接升降机6，拉杆3与钻具5连接时，第二环形导线接口3-4-1与第一环形导线接口5-3-1连接，使传感器导线5-6-6形成通路。

当外层张敛轴5-2向上滑动时，活瓣钻头5-5打开，联动滑动切削板5-4向上滑动以露出探头5-6；

当外层张敛轴5-2向下滑动时，滑动切削板5-4和活瓣钻头5-5缩拢锁紧。

优选地，探头5-6工作时，第一活塞板5-6-1和第二活塞板5-6-2上固定的摩擦片5-6-3均与钻孔的内侧壁贴合；气缸5-6-4的固定端与内层张敛轴5-3下端或上一活塞的气缸5-6-4下端连接，气缸5-6-4的两根活塞互相嵌套并留有缝隙，一端与第一活塞板5-6-1的另一侧面和第二活塞板5-6-2的另一侧面连接，活塞杆端设置有挡板。三个活塞的气缸5-6-4分别通过软管8-3连接气泵8-1。

升降机6，与监测记录仪9通信连接将所施加的竖向力、钻具移动速度以及其随时间的变化图像输出到监测记录仪9，用于连接拉杆3并通过拉杆3带动钻具5上下移动；

在本实施例中，如图6所示，升降机6包括内螺纹齿轮6-1、轴承6-2、拉杆夹钳6-3、电机6-4、升降滑轨6-5及控制箱6-6；

拉杆夹钳6-3能够与拉杆3配合，使得拉杆3沿轴向上下移动而非转动；

内螺纹齿轮6-1安装于轴承6-2上，电机6-4与内螺纹齿轮6-1驱动连接，内螺纹齿轮6-1、轴承6-2、拉杆夹钳6-3及电机6-4能够同时沿升降滑轨6-5上下滑动；

控制箱6-6分别与升降滑轨6-5和电机6-4通信连接，对电机6-4的转向和转速进行控制。

操作平台7，固定于试验场所的地面或将试验场所的地面修整后作为操作平台7，用于可拆卸安装钻机系统1和升降机6；

供气装置8，通过软管8-3连接钻具5，用于控制钻具5上的探头的开闭；

在本实施例中，供气装置8包括气泵8-1与气瓶8-2，气泵8-1一端通过软管8-3连接气瓶8-2，另一端连接钻具5，且气泵8-1上能够显示探头5-6中活塞的气压。

监测记录仪9，用于控制和处理升降机6的数据并将其可视化；

实施例二

基于实施例一，本实施例提出了一种测试材料-土体界面摩擦系数的钻孔剪切试验方法，用于通过实施例一的测试材料-土体界面摩擦系数的钻孔剪切试验装置测试各种材料与土体界面的摩擦系数，如图15所示，具体包括以下步骤：

S00、如图1所示，安装好操作平台7，将钻机系统1安装在操作平台7上，同时将各种摩擦系数测试的材料摩擦片5-6-3固定在探头5-6上；

S10、如图2所示，将传动端管4安装到套管2底端，并将套管2安装到钻机1-1上，使套管2底端的传动端管4的花键套与钻具5的花键齿相啮合；

同时传动端管4底端锁紧外层张敛轴5-2使其不上移，并使活瓣钻头5-5保持闭合；

S20、钻机系统1驱动套管2及位于套管2底部的传动端管4向下钻进地层，传动端管4带动钻具5进行钻探；

S30、钻进至预定原位孔内剪切试验深度后，将钻机1-1与套管2上端的连接断开，并将钻机1-1沿钻机升降滑轨1-2升至最高点，再将钻机系统1沿横向滑轨1-4移动至外侧；

S40、将升降机6安装固定到操作平台7上，并将升降机6与监测记录仪9通信连接，将拉杆3穿过拉杆夹钳6-3与内螺纹齿轮6-1并将传动端管4取出；

S50、将软管8-3一端连接到中空活塞3-4的三根通气管，另一端依次穿过内螺纹杆3-2、空心螺纹杆3-1以及顶盖3-3，连接到气泵8-1；

S60、通过升降机6将拉杆3降下，并与钻具5的外层张敛轴5-2连接，再拧紧内螺纹杆3-2使活瓣钻头5-5张开以及滑动切削板5-4上移，并使外层张敛轴5-2与内层张敛轴5-3锁死；

S70、打开气泵8-1，使探头5-6中指定的一个活塞张开，等待气压稳定后，记录下压力传感器5-6-5测得的压力；

S80、利用升降机6恒定向上拉动拉杆3，再将监测记录仪9数据归零，以消去拉杆3与钻具5重力的影响；

S90、对拉杆3施加不同方向与速率的位移，记录不同速率与方向下，升降机提供的力及摩擦力，通过摩擦力与压力的关系得到摩擦系数；

S100、重复S70～S90，对不同活塞上的不同材料的摩擦片5-6-3进行测试；

S110、重复S30～S90，对不同地层的材料-土体界面的摩擦系数进行测试。

本申请未详述部分为现有技术，故本申请未对其进行详述。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

尽管本文较多地使用了等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本申请的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本申请精神相违背的。

本申请不局限于上述最佳实施方式，任何人在本申请的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上做任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.测试材料-土体界面摩擦系数的钻孔剪切试验装置，其特征在于，包括：

钻机系统(1)，用于安装套管(2)并提供动力；

套管(2)，用于连接钻机系统(1)和传动端管(4)；

拉杆(3)，用于将传动端管(4)从钻孔中取出，并能够连接钻具(5)带动钻具(5)上下移动；

传动端管(4)，能够从套管(2)顶部穿入到达底部被套管(2)限位实现同轴旋转连接；

钻具(5)，顶部与传动端管(4)的底部连接，能够在传动端管(4)带动下上下运动和转动，实现钻孔功能；

升降机(6)，与监测记录仪(9)通信连接，用于连接拉杆(3)并通过拉杆(3)带动钻具(5)上下移动；

操作平台(7)，固定于试验场所的地面或将试验场所的地面修整后作为操作平台(7)，用于可拆卸安装钻机系统(1)和升降机(6)；

供气装置(8)，通过软管(8-3)连接钻具(5)，用于控制钻具(5)上的探头的开闭；

监测记录仪(9)，用于控制和处理升降机(6)的数据并将其可视化；

其中所述钻具(5)底部设有可伸缩探头(5-6)，该探头(5-6)用于多个安装不同摩擦测试材料制成的摩擦片(5-6-3)，并通过压力传感器(5-6-5)检测摩擦测试时的压力。

2.根据权利要求1所述的测试材料-土体界面摩擦系数的钻孔剪切试验装置，其特征在于，所述钻机系统(1)包括钻机(1-1)、钻机升降滑轨(1-2)、控制单元(1-3)以及横向滑轨(1-4)，所述钻机(1-1)与该套管(2)上端可拆卸连接，并提供向下钻探的动力，且所述钻机(1-1)与所述钻机升降滑轨(1-2)连接并能够在所述钻机升降滑轨(1-2)上上下移动，所述控制单元(1-3)与所述钻机(1-1)通信连接，所述横向滑轨(1-4)用于安装所述控制单元(1-3)和所述钻机升降滑轨(1-2)并安装于所述操作平台(7)上，以使得所述控制单元(1-3)和所述钻机升降滑轨(1-2)能够在所述横向滑轨(1-4)上横向水平移动。

3.根据权利要求1所述的测试材料-土体界面摩擦系数的钻孔剪切试验装置，其特征在于，首节拉杆(3)下端设有连接传动端管(4)或钻具(5)的卡扣，非首节拉杆(3)上下两端均设有螺纹，能够连接下一节拉杆(3)，且首节拉杆(3)包括空心螺纹杆(3-1)、内螺纹杆(3-2)、顶盖(3-3)以及中空活塞(3-4)；

所述空心螺纹杆(3-1)能够与所述升降机(6)连接并在所述升降机(6)带动下上下移动；

所述内螺纹杆(3-2)和所述中空活塞(3-4)仅设于首节拉杆(3)，且所述内螺纹杆(3-2)内部中空并有内螺纹；

所述中空活塞(3-4)上部嵌套于所述内螺纹杆(3-2)内，能够随着内螺纹杆(3-2)的旋转上下移动，且当中空活塞(3-4)向下移动时，能够锁紧固定所述钻具(5)的外层张敛轴(5-2)，同时所述中空活塞(3-4)中空且内有通气管，用于连接所述供气装置(8)的软管(8-3)。

4.根据权利要求1所述的测试材料-土体界面摩擦系数的钻孔剪切试验装置，其特征在于，所述传动端管(4)包括传动端管外壳(4-1)、滑动矛杆(4-2)、弹簧(4-4)以及花键套(4-5)，所述传动端管(4)通过卡片(4-3)固定于套管(2)底端，所述拉杆(3)连接所述滑动矛杆(4-2)的矛头拔出传动端管(4)时，所述滑动矛杆(4-2)并使所述卡片(4-3)内缩进所述传动端管外壳(4-1)，此时拉杆(3)能够将所述传动端管(4)从所述套管(2)中取出。

5.根据权利要求3所述的测试材料-土体界面摩擦系数的钻孔剪切试验装置，其特征在于，所述钻具(5)包括钻具外壳(5-1)、外层张敛轴(5-2)、内层张敛轴(5-3)、滑动切削板(5-4)、活瓣钻头(5-5)及探头(5-6)；

所述内层张敛轴(5-3)与所述钻具外壳(5-1)固定，该内层张敛轴(5-3)内部中空并能够连通所述气管；

所述外层张敛轴(5-2)嵌套于所述内层张敛轴(5-3)外，能够上下滑动控制所述滑动切削板(5-4)上下滑动以及带动所述活瓣钻头(5-5)的开闭；

所述探头(5-6)固定于所述内层张敛轴(5-3)下端；

当所述外层张敛轴(5-2)向上滑动时，所述活瓣钻头(5-5)打开，联动所述滑动切削板(5-4)向上滑动以露出所述探头(5-6)；

当所述外层张敛轴(5-2)向下滑动时，所述滑动切削板(5-4)和所述活瓣钻头(5-5)缩拢锁紧。

6.根据权利要求1所述的测试材料-土体界面摩擦系数的钻孔剪切试验装置，其特征在于，所述升降机(6)包括内螺纹齿轮(6-1)、轴承(6-2)、拉杆夹钳(6-3)、电机(6-4)、升降滑轨(6-5)及控制箱(6-6)；

所述拉杆夹钳(6-3)能够与所述拉杆(3)配合，使得所述拉杆(3)沿轴向上下移动而非转动；

所述内螺纹齿轮(6-1)安装于所述轴承(6-2)上，所述电机(6-4)与所述内螺纹齿轮(6-1)驱动连接，所述内螺纹齿轮(6-1)、所述轴承(6-2)、所述拉杆夹钳(6-3)及所述电机(6-4)能够同时沿所述升降滑轨(6-5)上下滑动；

所述控制箱(6-6)分别与所述升降滑轨(6-5)和所述电机(6-4)通信连接。

7.根据权利要求1所述的测试材料-土体界面摩擦系数的钻孔剪切试验装置，其特征在于，所述供气装置(8)包括气泵(8-1)与气瓶(8-2)，所述气泵(8-1)一端通过软管(8-3)连接所述气瓶(8-2)，另一端连接所述钻具(5)，且所述气泵(8-1)上能够显示所述探头(5-6)中活塞的气压。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的测试材料-土体界面摩擦系数的钻孔剪切试验装置，其特征在于，所述探头(5-6)设有多个活塞并竖向分布，通过所述供气装置(8)控制各活塞的独立开合，每个所述活塞包括第一活塞板(5-6-1)和第二活塞板(5-6-2)，所述第一活塞板(5-6-1)和所述第二活塞板(5-6-2)呈竖向平行布设，所述第一活塞板(5-6-1)和所述第二活塞板(5-6-2)上各有一个燕尾槽，不同摩擦测试材料制成的材料摩擦片(5-6-3)并通过所述燕尾槽固定于两个活塞板上，所述第一活塞板(5-6-1)和所述第二活塞板(5-6-2)之间设置有供气缸(5-6-4)安装的间隙，且每个活塞板下侧有压力传感器(5-6-5)。

9.根据权利要求5所述的测试材料-土体界面摩擦系数的钻孔剪切试验装置，其特征在于，所述探头(5-6)的传感器导线(5-6-6)穿过所述内层张敛轴(5-3)，在所述内层张敛轴(5-3)顶端为第一环形导线接口(5-3-1)，所述中空活塞(3-4)下端设有第二环形导线接口(3-4-1)，传感器导线(5-6-6)穿过中空活塞(3-4)能够连接所述升降机(6)，所述拉杆(3)与所述钻具(5)连接时，所述第二环形导线接口(3-4-1)与所述第一环形导线接口(5-3-1)连接，使传感器导线(5-6-6)形成通路。

10.一种测试材料-土体界面摩擦系数的钻孔剪切试验方法，其特征在于，用于通过权利要求1-9任意一项所述的测试材料-土体界面摩擦系数的钻孔剪切试验装置测试各种材料与土体界面的摩擦系数，具体包括以下步骤：

S00、安装好操作平台(7)，将钻机系统(1)安装在操作平台(7)上，同时将各种摩擦系数测试的材料摩擦片(5-6-3)固定在探头(5-6)上；

S10、将传动端管(4)安装到套管(2)底端，并将套管(2)安装到钻机(1-1)上，使套管(2)底端的传动端管(4)的花键套与钻具(5)的花键齿相啮合；

同时传动端管(4)底端锁紧外层张敛轴(5-2)使其不上移，并使活瓣钻头(5-5)保持闭合；

S20、钻机系统(1)驱动套管(2)及位于套管(2)底部的传动端管(4)向下钻进地层，传动端管(4)带动钻具(5)进行钻探；

S30、钻进至预定原位孔内剪切试验深度后，将钻机(1-1)与套管(2)上端的连接断开，并将钻机(1-1)沿钻机升降滑轨(1-2)升至最高点，再将钻机系统(1)沿横向滑轨(1-4)移动至外侧；

S40、将升降机(6)安装固定到操作平台(7)上，并将升降机(6)与监测记录仪(9)通信连接，将拉杆(3)穿过拉杆夹钳(6-3)与内螺纹齿轮(6-1)并将传动端管(4)取出；

S50、将软管(8-3)一端连接到中空活塞(3-4)的三根通气管，另一端依次穿过内螺纹杆(3-2)、空心螺纹杆(3-1)以及顶盖(3-3)，连接到气泵(8-1)；

S60、通过升降机(6)将拉杆(3)降下，并与钻具(5)的外层张敛轴(5-2)连接，再拧紧内螺纹杆(3-2)使活瓣钻头(5-5)张开以及滑动切削板(5-4)上移，并使外层张敛轴(5-2)与内层张敛轴(5-3)锁死；

S70、打开气泵(8-1)，使探头(5-6)中指定的一个活塞张开，等待气压稳定后，记录下压力传感器(5-6-5)测得的压力；

S80、利用升降机(6)恒定向上拉动拉杆(3)，再将监测记录仪(9)数据归零，以消去拉杆(3)与钻具(5)重力的影响；

S90、对拉杆(3)施加不同方向与速率的位移，记录不同速率与方向下，升降机提供的力及摩擦力，通过摩擦力与压力的关系得到摩擦系数；

S100、重复S70～S90，对不同活塞上的不同材料的摩擦片(5-6-3)进行测试；

S110、重复S30～S90，对不同地层的材料-土体界面的摩擦系数进行测试。

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