CN208254978U - 深层原位孔内剪切测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种深层原位孔内剪切测试系统，包括钻机、张敛式套管取芯钻具、套管、泥浆泵、钻具打捞装置、剪切探头、拉杆、法向应力加载量测装置、剪应力加载量测装置、千分表和数据采集记录仪，钻机驱动套管钻进地层；定位端管带动张敛式套管取芯钻具钻探取样；钻具打捞装置用于将张敛式套管取芯钻具提离套管；拉杆将剪切探头送至预定试验深度；法向应力加载量测装置向剪切探头施加指定法向应力；剪应力加载量测装置用于提升剪切探头；千分表量测剪切探头剪切测试土体的剪切变形量；数据采集记录仪记录剪切探头提升过程中随时间变化的剪切变形和剪切力。该系统结构简单，操作方便，能显著提高深层原位孔内剪切测试的质量和效率。

Description

深层原位孔内剪切测试系统

技术领域

本实用新型属于岩土工程原位测试领域，特别是涉及一种深层原位孔内剪切测试系统。

背景技术

粘聚力和内摩擦角是土体重要的抗剪强度指标，是土压力、地基承载力计算，分析路堤、边坡、基坑、隧道稳定性并开展其支护结构设计的重要参数。粘聚力和内摩擦角目前主要采用钻探取土样进行室内试验的方法进行测定，采用的室内试验方法有直接剪切试验和三轴压缩试验。室内试验测定方法对土体扰动大，土样经过应力释放的卸载和室内试验的再加载，土的抗剪强度指标与现场原位抗剪强度指标必然存在差异，测试结果离散性较大；且室内试验方法因很难取得砂性土原状样，故无法测定砂性土抗剪强度参数。

另外一种方法是原位测试土体抗剪切强度参数。该方法主要有现场直接剪切试验和十字板剪切试验。现场直接剪切试验需在试洞、试坑、探槽或大口径钻孔内进行，优点是对土样的扰动小，测试结果准确可靠，缺点是对深层土体的测试较为困难，且需要耗费大量人力、物力。十字板剪切试验的优点是设备简单、操作方便，缺点是仅适用于测定内摩擦角基本等于零的饱和黏性土的不排水抗剪强度，不适用于硬度较大的黏性土。

此外，一些岩土工程师提出原位土体孔内剪切测试，主要测试设备如下：①美国HANDY公司生产的BST型原位土体孔内剪切测试仪；②法国APAGEO公司生产的PHICOMETRE型原位钻孔剪切试验系统；③中国发明专利公开号CN104458445A公开的一种原位土体孔内剪切试验装置及试验方法；④中国发明专利公开号CN103728188A公开的土体原位剪切及静载荷试验仪。其中，美国HANDY公司生产的BST型原位土体孔内剪切测试仪没有法向和剪切变形测试系统，无法获得各级法向应力下的应力—应变关系曲线，因此只能得到各级法向应力下的峰值抗剪强度及对应的粘聚力和内摩擦角，且设备采用手摇齿轮方式驱动及人工读数，剪切速率和读数受人为因素影响大，费时费力。法国APAGEO公司生产的PHICOMETRE型原位钻孔剪切试验系统和发明专利公开号CN104458445A公开的原位土体孔内剪切试验装置中，剪切头为圆柱体，剪切头长度达20多公分，不适用于厚度小于30cm的较薄地层测试，且都采用手动液压千斤顶，难以控制恒定的剪切速率，影响测试结果的准确性；中国发明专利公开号CN103728188A公开的土体原位剪切及静载荷试验仪采用托杆支撑的摆块形成的圆盘剪切土体，这种机械式的控制无法保证摆块均匀张开，进而对周围土体可能会存在局部剪切，无法获得可靠的试验数据，且当遇到中、强风化残积土时，破碎岩块很可能卡住托杆，导致试验失败。

此外，上述各类原位孔内剪切设备在较深地层进行原位测试时，均需钻机配合开孔，需要频繁加卸探杆、提钻，极大地影响了钻孔孔壁完整性和稳定性，进而影响后续孔内剪切测试结果准确性，并易造成钻孔孔壁坍塌，将原位孔内剪切探头埋入孔内无法取出，给深层原位孔内剪切测试带来极大的风险和安全隐患。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种适用于各种地形和土质、能显著提高深层原位孔内剪切测试质量和效率、测量多个土体抗剪强度参数且安全性较高的深层原位孔内剪切测试系统。

为此，本实用新型采用的技术方案如下：

一种深层原位孔内剪切测试系统，包括钻机、张敛式套管取芯钻具、套管、泥浆泵、钻具打捞装置、剪切探头、拉杆、法向应力加载量测装置、剪应力加载量测装置、千分表和数据采集记录仪，所述钻机用于驱动所述套管及连接在套管底部的定位端管钻进地层；所述定位端管用于带动所述张敛式套管取芯钻具进行钻探取样；所述泥浆泵用于在钻探过程中为泥浆往复循环流动提供动力，并为所述张敛式套管取芯钻具提供工作压力；所述钻具打捞装置用于在所述张敛式套管取芯钻具钻探取样后将其提离所述套管；所述拉杆用于将所述剪切探头送至预定试验深度；所述法向应力加载量测装置用于向被送至预定试验深度的剪切探头施加指定法向应力；所述剪应力加载量测装置用于以恒定速率提升所述剪切探头，直至剪切破坏；所述千分表通过所述拉杆量测所述剪切探头剪切测试土体的剪切变形量；所述剪切探头、法向应力加载量测装置、剪应力加载量测装置、千分表分别通过数据电缆与所述数据采集记录仪相连；所述数据采集记录仪用于记录所述剪切探头匀速提升过程中随时间变化的剪切变形和剪切力。

其中，所述剪切探头包括一对剪切板、孔隙水压力测试探头、法向变形测试传感器、双作用压力汽缸和倒U型提升架，所述双作用压力汽缸水平设置；所述一对剪切板分别固装在双作用压力汽缸的缸体底部和活塞杆的输出端，每块剪切板均为外侧带锯齿状横槽的钢板；所述倒U型提升架的两个下端分别固定在对应侧的剪切板的上端；每个所述剪切板的中心各装有一个所述孔隙水压力测试探头；所述法向变形测试传感器水平安装在两块剪切板之间，其两端分别与相应侧的剪切板连接。

所述张敛式套管取芯钻具包括打捞矛头、外套、花键齿、切削板、张敛轴和双管钻具，所述张敛轴设在所述外套内，且能在外套内上下移动；所述打捞矛头2-1设置在张敛轴2-6的顶部，在张敛轴的内部开孔形成过水通道；所述外套的中部外侧形成有花键齿，用于与所述定位端管的花键套相啮合；所述花键齿下部的外套内设有能依靠所述张敛轴的下移或上移而向外推出或向内收敛的切削板；所述外套下部螺纹连接所述双管钻具。

所述泥浆泵与泥浆池和所述钻机分别通过胶管相连。

所述钻具打捞装置包括打捞器、起吊架、绞车和钢丝绳，所述打捞器通过绞车上的钢丝绳牵引悬挂在所述起吊架上；工作时，所述打捞器与张敛式套管取芯钻具上的打捞矛头相接合。

所述法向应力加载量测装置包括法向应力控制单元、高压气瓶、调压阀和高压气管，所述高压气瓶与调压阀的一端螺纹连接，调压阀的另一端与法向应力控制单元通过高压气管相连，法向应力控制单元同时与剪切探头中的双作用压力汽缸通过另一高压气管相连。

所述剪应力加载量测装置包括千斤顶、电动泵、剪应力测试单元、卡钳和高压油管，所述千斤顶与所述电动泵通过高压油管相连；所述电动泵用于驱动所述千斤顶，提供恒定提升速率。

所述的千分表架设在卡钳上，并通过磁性表架固定。

进行测试时，剪切探头上端与拉杆下端螺纹连接，剪切探头通过拉杆送至预定试验深度，拉杆上端依次穿过铺设在钻孔孔口处的反力底板及剪应力加载量测装置中的千斤顶和剪应力测试单元后通过卡钳固定，剪切探头、拉杆、千斤顶和剪应力测试单元的中心共线。

利用上述深层原位孔内剪切测试系统进行测试的方法包括以下步骤：

S1:按照常规钻探方法通过所述钻机将所述张敛式套管取芯钻具钻进地下1.5米后停止；

S2：将所述定位端管螺纹连接到所述套管的首节套管底端，并将所述套管安装于钻机，所述泥浆泵的输出胶管连接于钻机的泥浆阀，并使所述套管底端的定位端管的花键套与所述张敛式套管取芯钻具的花键齿相啮合；

S3：开启所述泥浆泵，通过水压使所述张敛式套管取芯钻具的切削板为张开状态，钻机驱动套管及位于套管底部的定位端管钻进地层，定位端管带动张敛式套管取芯钻具进行钻探取样；

S4：黏性土地层每钻进2m、粉土和砂土地层每钻进1m、或钻进至预定原位孔内剪切试验深度后，关闭泥浆泵，利用所述钻具打捞装置，通过所述绞车上的钢丝绳牵引悬挂在起吊架上的打捞器打捞张敛式套管取芯钻具，使打捞器与打捞矛头相接合，通过绞车提升打捞器而使张敛式套管取芯钻具的切削板变为收敛状态，将张敛式套管取芯钻具提离套管；

S5：将张敛式套管取芯钻具的岩芯管内的试样取出后，重复S3、S4直至钻进至预定原位孔内剪切试验深度；

S6：将剪切探头与拉杆连接好，并将剪切探头的双作用压力汽缸与法向应力加载量测装置中的法向应力控制单元通过高压气管相连、法向变形测试传感器与数据采集记录仪通过数据电缆相连，将高压气管和数据电缆捋顺绑扎在拉杆上；

将剪切探头缓慢放送至试验深度；使拉杆上端依次穿过铺设在钻孔孔口处的反力底板及剪应力加载量测装置中的千斤顶和剪应力测试单元后，通过卡钳固定，剪切探头、拉杆、千斤顶和剪应力测试单元的中心应共线；

S7：将法向应力加载量测装置中的高压气瓶与调压阀的一端螺纹连接，调压阀的另一端与法向应力控制单元通过高压气管相连；

将剪应力加载量测装置中的千斤顶与电动泵通过高压油管相连；

千分表架设在卡钳上，通过磁性表架固定；

法向应力加载量测装置中的法向应力控制单元、剪应力加载量测装置中的剪应力测试单元和电动泵、千分表11通过数据电缆与数据采集记录仪相连；

S8：通过法所述法向应力控制单元施加一初始很小的法向应力，使剪切探头的剪切板与钻孔孔壁接触，之后将此法向应力卸掉，并将数据采集记录仪的初始法向应力、剪切力、法向变形、剪切变形、孔隙水压力和时间读数初始化为0；

S9：通过法向应力加载量测装置中的法向应力控制单元施加第一级法向应力，使土壤固结一定时间后，通过孔隙水压力曲线观察土体固结情况，对于非粘性土通常需固结5分钟、粘性土固结10～20分钟；

S10：开启剪应力加载量测装置中的电动泵，驱动千斤顶以0.8mm/min的恒定提升速率提升剪切探头，直至剪切破坏；

S11：关闭剪应力加载量测装置中的电动泵，并通过法向应力加载量测装置中的法向应力控制单元将剪切探头的双作用压力汽缸中的法向应力卸除，使剪切探头闭合，并使千斤顶复位，重复S9～S10开展下一级法向应力测试，每个试验点位开展4～5级不同法向应力原位孔内剪切测试；

S12：将剪切探头移出钻孔，重复S3～S11，开展下一点位的原位孔内剪切试验。

本实用新型具有以下有益效果：

1、该系统结构简单，操作方便，可显著提高深层原位孔内剪切测试的质量和效率；

2、测试孔壁完整性和稳定性效果好，测试数据准确可靠；

3、避免了深层原位孔内剪切测试埋钻风险，尤其适合深层原位孔内剪切测试；

4、能够快速测得各级法向应力条件下的剪应力与剪切位移的关系曲线，进而得到相应于比例强度、屈服强度、峰值强度和残余强度的土体抗剪强度参数，丰富了试验结果，便于工程应用过程中根据不同的工况选择相应的抗剪强度参数；

5、适用范围广泛，适用于各种地形和土质。

附图说明

图1是利用本实用新型的测试系统进行张敛式套管取芯钻进作业时的状态示意图；

图2是利用本实用新型的测试系统进行深层原位孔内剪切测试时的状态示意图；

图3是本系统中剪切探头的结构示意图；

图4是本系统中张敛式扩孔钻头的剖面结构示意图；

图中：

1、钻机 1-1、钻塔 1-2、动力头

2、张敛式套管取芯钻具 2-1、打捞矛头 2-2、过水通道

2-3、外套 2-4、花键齿 2-5、切削板

2-6、张敛轴 2-7、双管钻具 3、套管

3-1、定位端管 4、泥浆泵 4-1、泥浆池

4-2、胶管 5、钻具打捞装置 5-1、打捞器

5-2、起吊架 5-3、绞车 5-4、钢丝绳

6、剪切探头 6-1、剪切板 6-2、孔隙水压力测试探头

6-3、法向变形测试传感器 6-4、双作用压力汽缸 6-5、提升架

7、拉杆 8、反力底板 9、法向应力加载量测装置

9-1、法向应力控制单元 9-2、高压气瓶 9-3、调压阀

9-4、高压气管 10、剪应力加载量测装置 10-1、千斤顶

10-2、电动泵 10-3、剪应力测试单元 10-4、卡钳

10-5、高压油管 11、千分表 12、磁性表架

13、数据采集记录仪 14、数据电缆

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的深层原位孔内剪切测试系统及其测试方法进行详细说明。

如图1和图2所示，本实用新型的深层原位孔内剪切测试系统包括：钻机1、张敛式套管取芯钻具、套管3、泥浆泵4、钻具打捞装置5、剪切探头6、拉杆7、反力底板8、法向应力加载量测装置9、剪应力加载量测装置10、千分表11、磁性表架12、数据采集记录仪13和数据电缆14。

钻机1包括钻塔1-1和动力头1-2，用于驱动套管3及位于套管3底部的定位端管3-1钻进地层。定位端管3-1用于带动张敛式套管取芯钻具2进行钻探取样，钻进至预定地层后，关闭泥浆泵；通过钻具打捞装置5将张敛式套管取芯钻具2提离套管3。再通过所述拉杆7将剪切探头6送至预定试验深度，通过法向应力加载量测装置向剪切探头施加指定法向应力，静置一定时间后通过剪应力加载量测装置以恒定速率提升剪切探头，利用数据采集记录仪记录剪切探头匀速提升过程中随时间变化的剪切变形和剪切力。

具体地说，张敛式套管取芯钻具可以采用中国发明专利申请公布号CN103603625A中公开的套管取芯钻具，也可以采用图4所示的张敛式套管取芯钻具2。

参见图4，张敛式套管取芯钻具2包括打捞矛头2-1、外套2-3、花键齿2-4、切削板2-5、张敛轴2-6和双管钻具2-7。张敛轴2-6设在外套2-3内，且能在外套2-3内上下移动；张敛轴2-6的顶部设有打捞矛头2-1，内部开孔形成过水通道2-2；外套2-3的中部外侧花键齿2-4，用于与定位端管3-1的花键套相啮合；花键齿2-4下部的外套2-3内部设有能依靠所述张敛轴2-6的下移或上移而向外推出或向内收敛的切削板2-5；外套2-3下部螺纹连接双管钻具2-7。

张敛轴2-6靠近切削板2-5下端的部分上粗下细，通过张敛轴2-6的上下移动即可控制切削板2-5的张开和收敛。当泥浆泵开启时，在水压的作用下张敛轴2-6下滑，将原来收缩状态的切削板2-5向外推出，形成如图4所示的切削板张开状态。当向上提升打捞矛头时，张敛轴2-6向上滑动，切削板2-5缩回。

所述的切削板在泥浆泵开启时为张开状态，此时定位端管的底端与切削板的肩部相结合；所述的切削板在泥浆泵关闭且打捞矛头被提拉时变为收敛状态。

泥浆泵4与泥浆池4-1之间通过胶管4-2连接，泥浆泵4与钻机1之间通过胶管4-2相连。泥浆泵是钻探过程中所需泥浆往复循环流动的动力源，泥浆在钻进过程中起到排除岩粉、冷却钻头、润滑钻具的作用，同时为张敛式套管取芯钻具2的切削板2-5的打开提供压力。

钻具打捞装置5包括打捞器5-1、起吊架5-2、绞车5-3和钢丝绳5-4。所述打捞器5-1通过绞车5-3上的钢丝绳5-4牵引悬挂在起吊架5-2上；所述打捞器5-1可与张敛式套管取芯钻具2上的打捞矛头2-1相接合。

如图3所示，所述的剪切探头6包括一对剪切板6-1、孔隙水压力测试探头6-2、法向变形测试传感器6-3、双作用压力汽缸6-4和倒U型提升架6-5。其中，所述的双作用压力汽缸6-4水平设置；一对剪切板6-1分别固装在双作用压力汽缸6-4的缸体底部和活塞杆的输出端，每块剪切板6-1均为外侧带锯齿状横槽的钢板，即剪切板外侧自上而下形成有多个横槽，剪切板的纵向剖面中，横槽所在一侧为锯齿状；所述的倒U型提升架6-5的两个下端分别固定在对应侧的剪切板6-1的上端；每个所述剪切板6-1的中心各装有一个所述孔隙水压力测试探头6-2；所述法向变形测试传感器6-3水平安装在两块剪切板6-1之间，且其两端分别与相应侧的剪切板6-1连接。

所述的法向应力加载量测装置9包括法向应力控制单元9-1、高压气瓶9-2、调压阀9-3和高压气管9-4。所述的高压气瓶9-2与调压阀9-3的一端螺纹连接，调压阀9-3的另一端与法向应力控制单元9-1通过高压气管9-4相连，法向应力控制单元9-1同时与剪切探头6中的双作用压力汽缸6-4通过另一高压气管9-4相连。

所述的剪应力加载量测装置10包括千斤顶10-1、电动泵10-2、剪应力测试单元10-3、卡钳10-4和高压油管10-5。千斤顶10-1与电动泵10-2通过高压油管10-5相连；所述的电动泵10-2驱动千斤顶10-1，提供恒定提升速率；剪应力测试单元10-3放置在千斤顶10-1上面。进行测试时，卡钳10-4通过卡紧拉杆7使反力底板8、千斤顶10-1、剪应力测试单元10-3同轴心紧密连接。

千分表11架设在卡钳10-4上，并通过磁性表架12固定。剪切探头6、法向应力加载量测装置9、剪应力加载量测装置10、千分表11分别通过数据电缆14与数据采集记录仪13相连。

进行测试时，剪切探头6通过提升架6-5与拉杆7螺纹连接。拉杆7上端依次穿过铺设在钻孔孔口处的反力底板8及剪应力加载量测装置10中的千斤顶10-1和剪应力测试单元10-3后通过卡钳10-4固定；所述剪切探头6、拉杆7、千斤顶10-1和剪应力测试单元10-3中心共线。

通过上述测试系统进行深层原位孔内剪切测试的试验过程如下：

S1:按照常规钻探方法通过钻机1将张敛式套管取芯钻具2钻进地下1.5米后停止；

S2：将定位端管3-1螺纹连接到套管3的首节套管底端，并将套管3安装于钻机1，泥浆泵4的输出胶管4-2连接于钻机的泥浆阀，并使套管3底端的定位端管3-1的花键套与张敛式套管取芯钻具2的花键齿2-4相啮合；

S3：开启泥浆泵4，通过水压使张敛式套管取芯钻具2的切削板2-4为张开状态，钻机1驱动套管3及位于套管3底部的定位端管3-1钻进地层，定位端管3-1带动张敛式套管取芯钻具2进行钻探取样；

S4：黏性土地层每钻进2m、粉土和砂土地层每钻进1m、或钻进至预定原位孔内剪切试验深度后，关闭泥浆泵4，利用钻具打捞装置5，通过绞车5-3上的钢丝绳5-4牵引悬挂在起吊架5-2上的打捞器5-1打捞张敛式套管取芯钻具2，使打捞器5-1与打捞矛头2-1相接合，通过绞车5-3提升打捞器5-1而使张敛式套管取芯钻具2的切削板2-4变为收敛状态，将张敛式套管取芯钻具2提离套管3；

S5：将张敛式套管取芯钻具2岩芯管2-7内的试样取出后，重复S3、S4直至钻进至预定原位孔内剪切试验深度；

S6：将剪切探头6与拉杆7连接好，并将剪切探头6的双作用压力汽缸6-4与法向应力加载量测装置9中的法向应力控制单元9-1通过高压气管9-4相连、法向变形测试传感器6-3与数据采集记录仪13通过数据电缆14相连，将高压气管9-4和数据电缆14捋顺绑扎在拉杆7上；

将剪切探头6缓慢放送至试验深度；使拉杆7上端依次穿过铺设在钻孔孔口处的反力底板8及剪应力加载量测装置10中的千斤顶10-1和剪应力测试单元10-3后，通过卡钳10-4固定，剪切探头6、拉杆7、千斤顶10-1和剪应力测试单元10-3的中心应共线；

S7：将法向应力加载量测装置9中的高压气瓶9-2与调压阀9-3的一端螺纹连接，调压阀9-3的另一端与法向应力控制单元9-1通过高压气管9-4相连；

将剪应力加载量测装置10中的千斤顶10-1与电动泵10-2通过高压油管10-5相连；

法向应力加载量测装置9中的法向应力控制单元9-1、剪应力加载量测装置10中的剪应力测试单元10-3和电动泵10-2、千分表11通过数据电缆14与数据采集记录仪13相连；

S8：通过所述法向应力控制单元9-1施加一初始很小的法向应力，使剪切探头6的剪切板与钻孔孔壁接触，之后将此法向应力卸掉，并将数据采集记录仪13的初始法向应力、剪切力、法向变形、剪切变形、孔隙水压力和时间读数初始化为0；

S9：通过法向应力加载量测装置9中的法向应力控制单元9-1施加第一级法向应力，使土壤固结一定时间后，通过孔隙水压力曲线观察土体固结情况，对于非粘性土通常需固结5分钟、粘性土固结10～20分钟；

S10：开启剪应力加载量测装置10中的电动泵10-2，驱动千斤顶10-1以0.8mm/min的恒定提升速率提升剪切探头6，直至剪切破坏；

S11：关闭剪应力加载量测装置10中的电动泵10-2，并通过法向应力加载量测装置9中的法向应力控制单元9-1将剪切探头6的双作用压力汽缸6-4中的法向应力卸除，使剪切探头闭合，并使千斤顶10-1复位，重复S9～S10开展下一级法向应力测试，每个试验点位开展4～5级不同法向应力原位孔内剪切测试；

S12：将剪切探头6移出钻孔，重复S3～S11，开展下一点位的原位孔内剪切试验。

试验结束后拆卸并清洗设备，养护后装箱。

综上，本实用新型提供一种基于张敛式套管取芯钻进技术的深层原位孔内剪切测试系统及试验方法，可显著提高深层原位孔内剪切测试质量和效率，避免深层原位孔内剪切测试埋钻风险，能够在较深地层快速测试土体相应于比例强度、屈服强度、峰值强度和残余强度的土体抗剪强度参数，适用于各种地形和土质。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何限制，凡根据本实用新型实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种深层原位孔内剪切测试系统，其特征在于：包括钻机(1)、张敛式套管取芯钻具(2)、套管(3)、泥浆泵(4)、钻具打捞装置(5)、剪切探头(6)、拉杆(7)、法向应力加载量测装置(9)、剪应力加载量测装置(10)、千分表(11)和数据采集记录仪(13)，

所述钻机(1)用于驱动所述套管(3)及连接在套管(3)底部的定位端管(3-1)钻进地层；

所述定位端管(3-1)用于带动所述张敛式套管取芯钻具(2)进行钻探取样；

所述泥浆泵(4)用于在钻探过程中为泥浆往复循环流动提供动力，并为所述张敛式套管取芯钻具(2)提供工作压力；

所述钻具打捞装置(5)用于在所述张敛式套管取芯钻具(2)钻探取样后将其提离所述套管(3)；

所述拉杆(7)用于将所述剪切探头(6)送至预定试验深度；

所述法向应力加载量测装置(9)用于向被送至预定试验深度的剪切探头(6)施加指定法向应力；

所述剪应力加载量测装置(10)用于以恒定速率提升所述剪切探头(6)，直至剪切破坏；

所述千分表(11)通过所述拉杆(7)量测所述剪切探头(6)剪切测试土体的剪切变形量；

所述剪切探头(6)、法向应力加载量测装置(9)、剪应力加载量测装置(10)、千分表(11)分别通过数据电缆与所述数据采集记录仪(13)相连；

所述数据采集记录仪(13)用于记录所述剪切探头(6)匀速提升过程中随时间变化的剪切变形和剪切力。

2.根据权利要求1所述的深层原位孔内剪切测试系统，其特征在于：所述剪切探头(6)包括一对剪切板(6-1)、孔隙水压力测试探头(6-2)、法向变形测试传感器(6-3)、双作用压力汽缸(6-4)和倒U型提升架(6-5)，

所述双作用压力汽缸(6-4)水平设置；

所述一对剪切板(6-1)分别固装在双作用压力汽缸(6-4)的缸体底部和活塞杆的输出端，每块剪切板(6-1)均为外侧带锯齿状横槽的钢板；

所述倒U型提升架(6-5)的两个下端分别固定在对应侧的剪切板(6-1)的上端；每个所述剪切板(6-1)的中心各装有一个所述孔隙水压力测试探头(6-2)；所述法向变形测试传感器(6-3)水平安装在两块剪切板(6-1)之间，且其两端分别与相应侧的剪切板(6-1)连接。

3.根据权利要求1所述的深层原位孔内剪切测试系统，其特征在于：所述张敛式套管取芯钻具(2)包括打捞矛头(2-1)、外套(2-3)、花键齿(2-4)、切削板(2-5)、张敛轴(2-6)和双管钻具(2-7)，

所述张敛轴(2-6)设在所述外套(2-3)内，且能在外套(2-3)内上下移动；

所述打捞矛头(2-1)设置在张敛轴(2-6)的顶部，在张敛轴(2-6)的内部开孔形成过水通道(2-2)；

所述外套(2-3)的中部外侧形成有花键齿(2-4)，用于与所述定位端管(3-1)的花键套相啮合；

所述花键齿(2-4)下部的外套(2-3)内设有能依靠所述张敛轴(2-6)的下移或上移而向外推出或向内收敛的切削板(2-5)；

所述外套(2-3)下部螺纹连接所述双管钻具(2-7)。

4.根据权利要求1所述的深层原位孔内剪切测试系统，其特征在于：所述泥浆泵(4)与一泥浆池(4-1)和所述钻机(1)分别通过胶管相连。

5.根据权利要求1所述的深层原位孔内剪切测试系统，其特征在于：所述钻具打捞装置(5)包括打捞器(5-1)、起吊架(5-2)、绞车(5-3)和钢丝绳(5-4)，

所述打捞器(5-1)通过绞车(5-3)上的钢丝绳(5-4)牵引悬挂在所述起吊架(5-2)上；

工作时，所述打捞器(5-1)与张敛式套管取芯钻具(2)上的打捞矛头(2-1)相接合。

6.根据权利要求1所述的深层原位孔内剪切测试系统，其特征在于：所述法向应力加载量测装置(9)包括法向应力控制单元(9-1)、高压气瓶(9-2)、调压阀(9-3)和高压气管(9-4)，所述高压气瓶(9-2)与调压阀(9-3)的一端螺纹连接，调压阀(9-3)的另一端与法向应力控制单元(9-1)通过高压气管(9-4)相连，法向应力控制单元(9-1)同时与剪切探头(6)中的双作用压力汽缸(6-4)通过另一高压气管(9-4)相连。

7.根据权利要求1所述的深层原位孔内剪切测试系统，其特征在于：所述剪应力加载量测装置(10)包括千斤顶(10-1)、电动泵(10-2)、剪应力测试单元(10-3)、卡钳(10-4)和高压油管(10-5)，所述千斤顶(10-1)与所述电动泵(10-2)通过高压油管(10-5)相连；所述电动泵(10-2)用于驱动所述千斤顶(10-1)，提供恒定提升速率。

8.根据权利要求1所述的深层原位孔内剪切测试系统，其特征在于：所述的千分表(11)架设在卡钳(10-4)上，并通过磁性表架(12)固定。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的深层原位孔内剪切测试系统，其特征在于：进行测试时，剪切探头(6)上端与拉杆(7)下端螺纹连接，剪切探头(6)通过拉杆送至预定试验深度，拉杆(7)上端依次穿过铺设在钻孔孔口处的反力底板(8)及剪应力加载量测装置(10)中的千斤顶(10-1)和剪应力测试单元(10-3)后通过卡钳(10-4)固定，剪切探头(6)、拉杆(7)、千斤顶(10-1)和剪应力测试单元(10-3)的中心共线。