一種土體的抗剪強度參數(shù)原位測試裝置與測試方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種土體的抗剪強度參數(shù)原位測試裝置與測試方法。所述土體的抗剪強度參數(shù)原位測試裝置包括鉆桿，用于驅(qū)動鉆桿轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，以及裝在鉆桿底端的剪切儀；所述剪切儀的外壁面上裝壓力計，該壓力計用于檢測原位土體在剪切儀轉(zhuǎn)動時對剪切儀產(chǎn)生的正應(yīng)力；在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置驅(qū)動下，位于原位土體地表以下的剪切儀與原位土體的接觸面發(fā)生剪切破壞。本發(fā)明能直接測得原位土體的相關(guān)參數(shù)，可靠性強、易于實施、使用方便、效果良好、造價低、適用范圍廣。
【專利說明】
一種土體的抗剪強度參數(shù)原位測試裝置與測試方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種土體的抗剪強度參數(shù)原位測試裝置與測試方法，屬于土體抗剪強度參數(shù)的測試領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]大部分土體的失效為剪切破壞，且該剪切破壞基本服從于M0hr-C0ul0mb(簡稱為M-C)準則，如邊坡失穩(wěn)滑動，其表現(xiàn)為邊坡滑動體的自身下滑力大于邊坡滑動面能發(fā)揮的最大抗滑力所引起的剪切破壞，對于滑動面所能發(fā)揮的最大抗滑力，則可根據(jù)實際的滑動情況由M-C準則來求取。
[0003]在M-C準則中，包含粘聚力和內(nèi)摩擦角這2個抗剪強度參數(shù)，這2個參數(shù)的大小代表土體的抗剪切能力(即剪切強度)，且反映土體結(jié)構(gòu)剪切失效的可靠性，因此，抗剪強度參數(shù)的獲取是分析土體剪切破壞的基本條件，并為準確預(yù)防土體剪切破壞及預(yù)測土體剪切破壞范圍提供依據(jù)。
[0004]為了獲取土體的M-C抗剪強度參數(shù)，通常從實際工程點現(xiàn)場采集原始土樣，然后在室內(nèi)對采集的原始土樣進行重塑，并制備可進行直接剪切或三軸剪切實驗的多組標(biāo)準土樣，經(jīng)變換土樣受壓狀況，實驗獲取不同正應(yīng)力狀態(tài)下土體發(fā)生破壞時的抗剪強度，進而在正應(yīng)力和剪切強度的笛卡爾坐標(biāo)系內(nèi)對這些實驗結(jié)果采用M-C強度曲線進行擬合，由此得到M-C強度參數(shù)。
[0005]然而，在制備重塑標(biāo)準土樣的過程中，對土樣的原始狀態(tài)產(chǎn)生了擾動，使得原始土樣和重塑標(biāo)準土樣的應(yīng)力狀態(tài)、含水量及土體的自身結(jié)構(gòu)均存在一定的差異，故室內(nèi)實驗獲得的重塑標(biāo)準土樣的M-C抗剪強度參數(shù)難以真實反映原始土樣的抗剪強度特性。同時，由于該方法需制備標(biāo)準土樣，因此，實驗操作過程較為繁瑣，且制備人員的操作熟練程度對制備的土樣性能也存在一定的影響。另外，對于受剪切破壞控制的土體穩(wěn)定性，如邊坡的抗滑穩(wěn)定性，影響分析結(jié)果的主要因素往往是抗剪強度參數(shù)選取的準確性，若當(dāng)抗剪強度參數(shù)與工程實際情況不相符時，計算所得結(jié)果可能被夸大或保守估計，從而給工程帶來不利隱患或引起工程優(yōu)化設(shè)計的不經(jīng)濟。
[0006]在這種情況下，迫切需求一種易于做到且能準確獲取土體抗剪強度參數(shù)的原位測試裝置及測試方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明旨在提供一種土體的抗剪強度參數(shù)原位測試裝置與測試方法，該原位測試裝置測得土體抗剪強度參數(shù)的過程中，操作簡單、數(shù)據(jù)獲取快、準確性高、人工成本小。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種土體的抗剪強度參數(shù)原位測試裝置，其結(jié)構(gòu)特點是，包括鉆桿，用于驅(qū)動鉆桿轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，以及裝在鉆桿底端的剪切儀;所述剪切儀的外壁面上裝壓力計，該壓力計用于檢測原位土體在剪切儀轉(zhuǎn)動時對剪切儀產(chǎn)生的正應(yīng)力;在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置驅(qū)動下，位于原位土體地表以下的剪切儀與原位土體的接觸面發(fā)生剪切破壞。
[0009]由此，鉆桿在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的驅(qū)動下，垂直于地面轉(zhuǎn)動，從而使得剪切儀與原位土體之間發(fā)生剪切破壞，從而獲取土體抗剪強度參數(shù)。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的實施例，還可以對本發(fā)明作進一步的優(yōu)化，以下為優(yōu)化后形成的技術(shù)方案:
優(yōu)選地，所述剪切儀為錐形剪切儀。
[0011]優(yōu)選地，所述壓力計為環(huán)形壓力計。
[0012]優(yōu)選地，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置為安裝在支架上的電機，該電極的動力輸出端與所述鉆桿相聯(lián)，該電機的電機殼上裝有吊桿，該吊桿下端固定有套裝在鉆桿外的護筒;優(yōu)選地，護筒由多節(jié)可拆卸段固定連接而成。
[0013]所述護筒的底端與所述剪切儀的頂端之間設(shè)有間隙。
[0014]所述支架上裝有套筒，所述電機通過多根連桿固定在套筒內(nèi)。
[0015]所述支架包括位于原位土體地表上的三角架和支護立柱，固定在三角架和支護立柱上水平放置的支護橫梁。
[0016]所述鉆桿由多節(jié)可拆卸段固定連接而成，用于采集不同深度處原位土體的正應(yīng)力和剪切強度。
[0017]基于同一個發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種利用所述的土體的抗剪強度參數(shù)原位測試裝置對原位土體進行測試的方法，其包括如下步驟:
51、選取有代表性的試驗點，在試驗點處架設(shè)支架，并安裝所述的土體的抗剪強度參數(shù)原位測試裝置；
52、由電機驅(qū)動鉆桿勻速轉(zhuǎn)動，使剪切儀鉆入指定深度的原位土體內(nèi)；
53、獲取原位測試數(shù)據(jù)；當(dāng)鉆入的剪切儀下到原位土體地表以下指定的深度時，停止鉆桿轉(zhuǎn)動并停止鉆入，此時測試安裝于剪切儀上的壓力計，當(dāng)壓力計所顯示的數(shù)值穩(wěn)定后，記錄剪切儀周圍的原位土體對剪切儀所作用的土壓力，即此深度處的原位土體正應(yīng)力;然后，通電電機，控制并從小到大調(diào)節(jié)輸入電機電壓，直到剪切儀對其周圍的原位土體形成相對剪切位移，即剪切儀對其周圍的原位土體進行了剪切破壞，且剪切位移的速率滿足《土工試驗方法標(biāo)準》(GB/T 50123-1999)規(guī)定的要求時，記錄此時輸入電機的電壓；
54、整理數(shù)據(jù);將不同指定深度處使剪切儀對其周圍的原位土體進行剪切破壞時輸入電機的電壓及對應(yīng)壓力計測得的原位土體的正應(yīng)力和剪切儀的外形參數(shù)求取不同深度處的原位土體剪切強度;然后，將此系列不同深度處的原位土體正應(yīng)力及對應(yīng)的剪切強度數(shù)據(jù)繪制于正應(yīng)力和剪切強度的笛卡爾坐標(biāo)系中，并采用M-C強度曲線對試驗結(jié)果進行擬合，從而獲得原位土體的抗剪強度參數(shù)。
[0018]優(yōu)選地，步驟S4中，M-C準則公式為O=C+ tan必，式中，構(gòu)原位土體正應(yīng)力、約對應(yīng)正應(yīng)力下的原位土體剪切強度，c為根據(jù)剪切儀與土體及土體之間室內(nèi)剪切實驗數(shù)據(jù)而予以修正的原位土體粘聚力，6為根據(jù)剪切儀與土體及土體之間室內(nèi)剪切實驗數(shù)據(jù)而予以修正的原位土體內(nèi)摩擦角，且6為需進行曲線擬合而得的原位土體抗剪強度參數(shù)，從而獲得原位土體的抗剪強度參數(shù)。
[0019]由此，電機驅(qū)動鉆桿轉(zhuǎn)動來獲取原位測試數(shù)據(jù)時，每當(dāng)鉆入的剪切儀達到地表以下指定的深度時，關(guān)停電機，停止鉆入，此時測試安裝于剪切儀上的壓力計，當(dāng)壓力計所顯示的數(shù)值穩(wěn)定后，記錄周圍的原位土體對剪切儀所作用的土壓力;然后，再次通電電機，并微調(diào)輸入電機的電壓，直到剪切儀對其周圍的原位土體形成相對剪切位移，且剪切位移的速率滿足《土工試驗方法標(biāo)準》規(guī)定的要求時，記錄此時輸入電機的電壓；當(dāng)所有指定深度的土體的原位測試數(shù)據(jù)獲取完畢后，拆卸所述的土體的抗剪強度參數(shù)原位測試裝置;在整理數(shù)據(jù)時，根據(jù)電機的設(shè)計指標(biāo)，將不同指定深度處使剪切儀對其周圍的原位土體進行剪切破壞時輸入電機的電壓轉(zhuǎn)換為電機的轉(zhuǎn)動力矩，即剪切儀對其周圍的原位土體進行剪切破壞時的最大剪切力矩，進而由轉(zhuǎn)換得的電機的轉(zhuǎn)動力矩及對應(yīng)壓力計測得的土體正應(yīng)力和剪切儀的外形參數(shù)求取不同深度處的原位土體的剪切強度;然后，將此系列不同深度處的原位土體正應(yīng)力及對應(yīng)的剪切強度數(shù)據(jù)繪制于正應(yīng)力和剪切強度的笛卡爾坐標(biāo)系中，并采用M-C強度曲線對試驗結(jié)果進行擬合，從而獲得原位土體的抗剪強度參數(shù)。
[0020]藉由上述結(jié)構(gòu)，所述的土體抗剪強度參數(shù)的原位測試裝置是由錐形剪切儀、鉆桿、電機及與其外殼固定連接的連桿和吊桿、護筒、套筒、三角形支架、支護橫梁和支護立柱組成。首先，采用三角形支架、支護橫梁和支護立柱構(gòu)成支護結(jié)構(gòu)來架設(shè)測試裝置，然后，將套筒平放在支護橫梁上并與支護橫梁相連，再通過與電機外殼固定連接的連桿將電機嵌入套筒內(nèi)壁。對于鉆桿，其一端深入電機內(nèi)部與電機轉(zhuǎn)子相連，另一端與錐形剪切儀進行固定連接，對于鉆桿外圍的護筒，其螺栓連接于電機外殼的吊桿上。測試裝置安裝完畢后，當(dāng)電機通電轉(zhuǎn)動時，其轉(zhuǎn)動力矩即可轉(zhuǎn)化為錐形剪切儀對其周圍的原位土體的剪切力矩，將儀器整體鉆入土體并達到指定深度，由此獲得相應(yīng)深度土體的正應(yīng)力及此正應(yīng)力下土體的剪切強度。該測試裝置可以快速簡便地獲取試驗結(jié)果，且能真實地反映原位土體的抗剪強度特性。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的土體抗剪強度參數(shù)的原位測試裝置直接測得原位土體的相關(guān)參數(shù)，可靠性強、易于實施、使用方便、效果良好、造價低、適用范圍廣。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明一個實施例的結(jié)構(gòu)原理圖；
圖2為本發(fā)明所述的錐形剪切儀的示意圖；
圖3為本發(fā)明所述的電機橫斷面示意圖；
圖4為本發(fā)明所述的頂端套筒與吊桿的連接橫斷面示意圖；
圖5為本發(fā)明所述的頂端套筒與吊桿的連接立面示意圖；
圖6為本發(fā)明所述的中間套筒節(jié)段的連接橫斷面示意圖；
圖7為本發(fā)明所述的中間套筒節(jié)段的連接立面示意圖。
[0023]在圖中:
1、土體;2、剪切儀;3、壓力計;4、鉆桿;5、護筒;6、電機;7、吊桿;8、連桿;9、套筒；10、螺栓;11、支護橫梁;12、支護立柱;13、三角支架。
【具體實施方式】
[0024]以下將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本發(fā)明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。為敘述方便，下文中如出現(xiàn)“上”、“下”、“左”、“右”字樣，僅表示與附圖本身的上、下、左、右方向一致，并不對結(jié)構(gòu)起限定作用。
[0025]—種土體抗剪強度參數(shù)的原位測試裝置，如圖1-7所示，主要是由錐形剪切儀、鉆桿、電機及與其外殼固定連接的連桿和吊桿、護筒、套筒、三角形支架、支護橫梁和支護立柱組成。首先，采用三角形支架、支護橫梁和支護立柱構(gòu)成支護結(jié)構(gòu)來架設(shè)測試裝置，然后，將套筒平放在支護橫梁上并與支護橫梁相連，再通過與電機外殼固定連接的連桿將電機嵌入套筒內(nèi)壁。對于鉆桿，其一端深入電機內(nèi)部與電機轉(zhuǎn)子相連，另一端與錐形剪切儀進行固定連接，對于鉆桿外圍的護筒，其螺栓連接于電機外殼的吊桿上。測試裝置安裝完畢后，當(dāng)電機通電轉(zhuǎn)動時，其轉(zhuǎn)動力矩即可轉(zhuǎn)化為錐形剪切儀對其周圍的原位土體的剪切力矩，將儀器整體鉆入土體并達到指定深度，由此獲得相應(yīng)深度土體的正應(yīng)力及此正應(yīng)力下土體的剪切強度。該測試裝置可以快速簡便地獲取試驗結(jié)果，并且能真實地反映原位土體的抗剪強度特性。
[0026]本發(fā)明的錐形剪切儀為高度A(A=1cm)和最大半徑r(F5Cm)的錐形體，在其深入土體內(nèi)工作時，僅其側(cè)面與土體形成相互剪切作用。另外，在錐形剪切儀的中部安裝有環(huán)形壓力計，可獲取土體對錐形剪切儀所作用的平均土壓力(即土體正應(yīng)力)。為了利用錐形剪切儀來獲取抗剪強度參數(shù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在地表以下指定深度處，由環(huán)形壓力計記錄該深度土體的正應(yīng)力，并使電機轉(zhuǎn)動恰好使錐形剪切儀對周圍的原位土體形成相對剪切位移，即使該指定深度處的土體與錐形剪切儀之間的接觸面發(fā)生剪切破壞，則此時電機轉(zhuǎn)動力矩為錐形剪切儀對該指定深度處的土體進行剪切破壞時所需的最大剪切力矩。由此，根據(jù)電機轉(zhuǎn)動力矩及該指定深度處的土體正應(yīng)力和錐形剪切儀的外形特征計算得土體發(fā)生剪切破壞時對應(yīng)土體的剪切強度。
[0027]本發(fā)明的電機外殼上設(shè)計有可與電機固定連接的吊桿和連桿，其中，通過連桿可將電機嵌入套筒內(nèi)壁，并由套筒及與套筒相連的支護結(jié)構(gòu)來承擔(dān)電機轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的橫向作用力，保證電機的平穩(wěn)運行。同時，電機轉(zhuǎn)子上設(shè)有三角形卡槽，便于頂端鉆桿深入電機內(nèi)部并能與電機轉(zhuǎn)子嵌入相連，進而將電機轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為與鉆桿另一端固定連接的錐形剪切儀的轉(zhuǎn)動。另外，輸入電機的電壓可進行調(diào)節(jié)，并由輸入電壓的大小控制電機轉(zhuǎn)動力矩，從而達到獲取恰好使錐形剪切儀在指定深度處對周圍的原位土體進行剪切破壞時所需的最大剪切力矩的目的。
[0028]本發(fā)明的鉆桿為普通鉆桿，可與勘探鉆桿通用。同時，底端鉆桿固定連接于錐形剪切儀，頂端鉆桿深入電機內(nèi)部，采用三角形嵌入方式相連于電機轉(zhuǎn)子，中間鉆桿由多節(jié)段組成以滿足不同鉆孔深度，且每節(jié)鉆桿之間利用公母螺紋連接方式相連。
[0029]本發(fā)明的護筒采用2個半圓柱殼體通過嵌套式螺栓連接方式結(jié)合，以便于模塊化制作，且利于安裝在鉆桿的外周。同時，底端護筒與錐形剪切儀之間留有一定空隙，確保錐形剪切儀工作時護筒不對錐形剪切儀的使用產(chǎn)生影響，頂端護筒采用螺栓連接方式與電機外殼上的吊桿相連，從而可使護筒和同樣與電機相連的鉆桿以相同的速度鉆入土體，完成保護鉆孔的孔周土壁以防塌孔的目的。中間護筒由多節(jié)段組成以滿足不同鉆孔深度，對于每節(jié)護筒長度，可與每節(jié)鉆桿長度相同，且每節(jié)護筒之間采用嵌套式螺栓連接方式相連。
[0030]以下以一個具體的工程實例來詳細介紹本發(fā)明。
[0031]如圖1-圖7所示，該工程為高96m和平均坡角15°的堆積體邊坡，其中，堆積體的天然重度為18.2kN/m3及飽和重度為21.6kN/m3。在邊坡施工過程中，由于降雨和人工擾動等影響，堆積體邊坡已出現(xiàn)滑動趨勢，故為了確保邊坡在后續(xù)施工和運營期間能夠維持穩(wěn)定，需在正確評估邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)的基礎(chǔ)上對邊坡進行加固處置，然而，實行這項工作的關(guān)鍵因素是能否獲取真實可靠的邊坡抗滑強度參數(shù)，由此，本項目在現(xiàn)場選取有代表性的測試點開展堆積土體抗剪強度參數(shù)的原位試驗。在開始原位試驗之前，對選取的有代表性測試點進行地表平整，并安裝原位測試裝置。裝置安裝完畢后，通電電機，由鉆桿推進錐形剪切儀以使之鉆入土體一定深度，同時，在鉆入過程中，穩(wěn)定控制輸入電機電壓以保持鉆桿勻速鉆入土體。此后，當(dāng)錐形剪切儀每鉆入土體深度20cm后，關(guān)停電機，停止鉆入，測試安裝于錐形剪切儀上的環(huán)形壓力計，記錄此時周圍的原位土體對錐形剪切儀所作用的土壓力(即此深度處的土體正應(yīng)力)。然后，再次通電電機，并微調(diào)輸入電機的電壓，直到錐形剪切儀對其周圍的原位土體形成相對剪切位移時，記錄此時輸入電機的電壓，且根據(jù)電機的設(shè)計指標(biāo)將輸入電壓轉(zhuǎn)換為電機的轉(zhuǎn)動力矩，進而由電機的轉(zhuǎn)動力矩(即錐形剪切儀對其周圍的原位土體進行剪切破壞時的最大剪切力矩)及土體正應(yīng)力和錐形剪切儀的外形參數(shù)求取此深度處的土體剪切強度。依照上述流程，分別得到地表以下20cm、40cm、60cm、80cm和10cm深度處共計5個點位的土體正應(yīng)力和剪切強度數(shù)據(jù)。將此5個點位數(shù)據(jù)繪制在正應(yīng)力和剪切強度的笛卡爾坐標(biāo)系中，采用M-C強度曲線進行擬合，從而得到邊坡的抗滑強度參數(shù)結(jié)果，據(jù)此結(jié)果對邊坡進行加固處理并分析其穩(wěn)定性。
[0032]具體操作如下:
(I)選取有代表性試驗點。根據(jù)工程所涉及的范圍、性質(zhì)和特點，選取有代表性的試驗點來獲取土體I的抗剪強度原位數(shù)據(jù)，同時，在進行試驗前，對試驗點進行場地平整，并按照《巖土工程勘察安全規(guī)范》(GB 50585-2010)的規(guī)定制定安全防護措施。
[0033](2)架設(shè)支護結(jié)構(gòu)。在平整后的地面上，以試驗點為中心，按平面各方向均勻?qū)ΨQ布設(shè)4個三角形支架13、4個支護橫梁11和4個支護立柱12作為原位測試裝置的支護結(jié)構(gòu)，其中，三角形支架13位于支護橫梁11外側(cè)，支護立柱12位于支護橫梁11內(nèi)側(cè)，同時，三角形支架13和支護立柱12均深入土體I內(nèi)部一定深度，并確保支護橫梁11能穩(wěn)定可靠且水平地放置于三角形支架13和支護橫梁12上。
[0034](3)安裝原位測試裝置。在架設(shè)完支護結(jié)構(gòu)后，將套筒9平穩(wěn)安放在支護橫梁11上，且與支護橫梁11進行連接，并確保套筒9的中心與試驗點在豎直方向上位于同一位置。然后，由與電機6外殼固定連接的連桿8將電機6嵌套于套筒9內(nèi)壁上，再將底端連接有錐形剪切儀2的鉆桿4安裝就位，并使鉆桿4頂端深入電機6內(nèi)部以嵌入方式相連于電機6轉(zhuǎn)子。最后，在鉆桿4外圍安裝護筒5，其中，護筒5頂端與電機6外殼上的吊桿7采用螺栓10連接的方式進行相連，護筒5底端與錐形剪切儀2的頂面留有一定空隙。
[0035](4)鉆入錐形剪切儀。安裝完原位測試裝置后，將電機6通電，按指定的深度鉆入錐形剪切儀2，且在鉆入過程中穩(wěn)定控制輸入電機6電壓以確保鉆桿4勻速鉆入土體1，同時，為滿足不同鉆入深度要求，可在其中不斷接入鉆桿4和護筒5節(jié)段。
[0036](5)獲取原位測試數(shù)據(jù)。每當(dāng)鉆入的錐形剪切儀2達到地表以下指定的深度時，關(guān)停電機6，停止鉆入，此時測試安裝于錐形剪切儀2上的環(huán)形壓力計3，其中，環(huán)形壓力計3的量程和精度要求滿足《土工試驗方法標(biāo)準》(GB/T 50123-1999)的規(guī)定，當(dāng)環(huán)形壓力計3所顯示的數(shù)值穩(wěn)定后，記錄周圍的原位土體I對錐形剪切儀2所作用的土壓力(即此深度處的土體正應(yīng)力)。然后，再次通電電機6，并微調(diào)輸入電機6的電壓，直到錐形剪切儀2對其周圍的原位土體I形成相對剪切位移(即此時錐形剪切儀對其周圍的原位土體進行了剪切破壞)，且剪切位移的速率滿足《土工試驗方法標(biāo)準》(GB/T 50123-1999)規(guī)定的要求時，記錄此時輸入電機6的電壓。
[0037](6)拆卸原位測試裝置及支護結(jié)構(gòu)。當(dāng)所有指定深度的土體I原位測試數(shù)據(jù)(包括指定深度的土體I正應(yīng)力和在該指定深度處使錐形剪切儀2對其周圍的原位土體I進行剪切破壞時輸入電機6的電壓)獲取完畢后，按照安裝時的反序拆卸原位測試裝置及支護結(jié)構(gòu)，并將各部件進行清理，且裝箱保存。
[0038](7)整理數(shù)據(jù)。根據(jù)電機6的設(shè)計指標(biāo)，將不同指定深度處使錐形剪切儀2對其周圍的原位土體I進行剪切破壞時輸入電機6的電壓轉(zhuǎn)換為電機6的轉(zhuǎn)動力矩(即錐形剪切儀2對其周圍的原位土體I進行剪切破壞時的最大剪切力矩)，進而由轉(zhuǎn)換得的電機6的轉(zhuǎn)動力矩及對應(yīng)環(huán)形壓力計3測得的土體正應(yīng)力和錐形剪切儀2的外形參數(shù)求取不同深度處的土體I剪切強度。然后，將此系列不同深度處的土體I正應(yīng)力及對應(yīng)的剪切強度數(shù)據(jù)繪制于正應(yīng)力和剪切強度的笛卡爾坐標(biāo)系中，并采用M-C強度曲線對試驗結(jié)果進行擬合，其中，M-C準則公式為*an4，式中，構(gòu)土體正應(yīng)力、溈對應(yīng)正應(yīng)力下土體剪切強度，c為根據(jù)剪切儀與土體及土體之間室內(nèi)剪切實驗數(shù)據(jù)而予以修正的土體粘聚力，6為根據(jù)剪切儀與土體及土體之間室內(nèi)剪切實驗數(shù)據(jù)而予以修正的土體內(nèi)摩擦角，且^和6為需進行曲線擬合而得的土體抗剪強度參數(shù)，從而獲得土體I的抗剪強度參數(shù)。在數(shù)據(jù)整理過程中，應(yīng)滿足《土工試驗方法標(biāo)準》(GB/T 50123-1999)對數(shù)據(jù)處理和圖表繪制要求。
[0039]上述實施例闡明的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)理解為這些實施例僅用于更清楚地說明本發(fā)明，而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落入本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種土體的抗剪強度參數(shù)原位測試裝置，其特征在于，包括鉆桿(4)，用于驅(qū)動鉆桿(4)轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，以及裝在鉆桿(4)底端的剪切儀(2);所述剪切儀(2)的外壁面上裝壓力計(3)，該壓力計用于檢測原位土體在剪切儀(2)轉(zhuǎn)動時對剪切儀(2)產(chǎn)生的正應(yīng)力；在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置驅(qū)動下，位于原位土體地表以下的剪切儀(2)與原位土體的接觸面發(fā)生剪切破壞。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體的抗剪強度參數(shù)原位測試裝置，其特征在于，所述剪切儀(2)為錐形剪切儀。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體的抗剪強度參數(shù)原位測試裝置，其特征在于，所述壓力計(3)為環(huán)形壓力計。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的土體的抗剪強度參數(shù)原位測試裝置，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置為安裝在支架上的電機(6)，該電極(6)的動力輸出端與所述鉆桿(4)相聯(lián)，該電機(6)的電機殼上裝有吊桿(7)，該吊桿(7)下端固定有套裝在鉆桿(4)外的護筒(5);優(yōu)選地，護筒(5)由多節(jié)可拆卸段固定連接而成。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的土體的抗剪強度參數(shù)原位測試裝置，其特征在于，所述護筒(5)的底端與所述剪切儀(2)的頂端之間設(shè)有間隙。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的土體的抗剪強度參數(shù)原位測試裝置，其特征在于，所述支架上裝有套筒(9)，所述電機(6)通過多根連桿(8)固定在套筒(9)內(nèi)。7.根據(jù)權(quán)利要求4-6之一所述的土體的抗剪強度參數(shù)原位測試裝置，其特征在于，所述支架包括位于原位土體(I)地表上的三角架(13)和支護立柱(12)，固定在三角架(13)和支護立柱(12)上水平放置的支護橫梁(11)。8.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的土體的抗剪強度參數(shù)原位測試裝置，其特征在于，所述鉆桿(4)由多段可拆卸地固定連接而成，用于采集不同深度處原位土體的正應(yīng)力和剪切強度。9.一種利用權(quán)利要求1-8之一所述的土體的抗剪強度參數(shù)原位測試裝置對原位土體進行測試的方法，其特征在于，包括如下步驟: 51、選取有代表性的試驗點，在試驗點處架設(shè)支架，并安裝如權(quán)利要求1-8之一所述的土體的抗剪強度參數(shù)原位測試裝置； 52、由電機(6)驅(qū)動鉆桿勻速轉(zhuǎn)動，使剪切儀(2)鉆入指定深度的原位土體內(nèi)； 53、獲取原位測試數(shù)據(jù)；當(dāng)鉆入的剪切儀(2)下到原位土體地表以下指定的深度時，停止鉆桿轉(zhuǎn)動并停止鉆入，此時測試安裝于剪切儀(2)上的壓力計(3)，當(dāng)壓力計(3)所顯示的數(shù)值穩(wěn)定后，記錄剪切儀(2)周圍的原位土體(I)對剪切儀(2)所作用的土壓力，即此深度處的原位土體正應(yīng)力;然后，通電電機，控制并從小到大調(diào)節(jié)輸入電機電壓，直到剪切儀(2)對其周圍的原位土體(I)形成相對剪切位移，即剪切儀(2)對其周圍的原位土體(I)進行了剪切破壞，且剪切位移的速率滿足《土工試驗方法標(biāo)準》規(guī)定的要求時，記錄此時輸入電機(6)的電壓； 54、整理數(shù)據(jù)；由不同指定深度處使剪切儀(2)對其周圍的原位土體(I)進行剪切破壞時輸入電機(6)的電壓及對應(yīng)壓力計(3)測得的原位土體的正應(yīng)力和剪切儀(2)的外形參數(shù)求取不同深度處的原位土體(I)剪切強度;然后，將此系列不同深度處的原位土體(I)正應(yīng)力及對應(yīng)的剪切強度數(shù)據(jù)繪制于正應(yīng)力和剪切強度的笛卡爾坐標(biāo)系中，并采用M-C強度曲線對試驗結(jié)果進行擬合，從而獲得原位土體(I)的抗剪強度參數(shù)。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的對原位土體進行測試的方法，其特征在于，步驟S4中，M-C準則公式為tan必，式中，兩原位土體正應(yīng)力、溈對應(yīng)正應(yīng)力下的原位土體剪切強度，c為根據(jù)剪切儀與土體及土體之間室內(nèi)剪切實驗數(shù)據(jù)而予以修正的原位土體粘聚力，6為根據(jù)剪切儀與土體及土體之間室內(nèi)剪切實驗數(shù)據(jù)而予以修正的原位土體內(nèi)摩擦角，且c和必為需進行曲線擬合而得的原位土體抗剪強度參數(shù)，從而獲得原位土體的抗剪強度參數(shù)。
【文檔編號】G01N3/24GK105928803SQ201610564246
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年7月15日
【發(fā)明人】鄧東平, 李亮
【申請人】中南大學(xué)