一種快速測(cè)定深層土體抗剪強(qiáng)度的原位測(cè)試方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可以快速測(cè)定深層土體抗剪強(qiáng)度的原位測(cè)試裝置，屬于巖土工程原位測(cè)試領(lǐng)域中土體可直接量測(cè)土體抗剪強(qiáng)度的原位測(cè)試方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在各種土木工程建設(shè)工作中，在進(jìn)行土體穩(wěn)定性的計(jì)算分析時(shí)，土的抗剪強(qiáng)度是其中最重要的計(jì)算參數(shù)。能否正確地測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度，往往是設(shè)計(jì)質(zhì)量和工程成敗的關(guān)鍵所在。土的抗剪強(qiáng)度特性與許多因素有關(guān)，主要有土的成份、結(jié)構(gòu)(組構(gòu)和互相連結(jié))、歷史、應(yīng)力和應(yīng)變，以及試驗(yàn)方法和技術(shù)等。
[0003]原位測(cè)試技術(shù)可減少土樣在運(yùn)輸過程所受擾動(dòng)及室內(nèi)試驗(yàn)前的含水量損失和尺寸效應(yīng)等產(chǎn)生的問題；對(duì)取得難以取得代表性原狀樣的巖土材料可獲得原狀土準(zhǔn)確的原位強(qiáng)度；同時(shí)其還具有工期較短的優(yōu)勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題:本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對(duì)目前尚無直接針對(duì)土體的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行原位量測(cè)的裝置，發(fā)明了一種簡(jiǎn)便、有效、操作簡(jiǎn)單的快速測(cè)定深層土體抗剪強(qiáng)度的原位測(cè)試方法及裝置，可有效獲得土體原位狀態(tài)下的抗剪強(qiáng)度。
[0005]技術(shù)方案:
[0006]—種快速測(cè)定深層土體抗剪強(qiáng)度的原位測(cè)試方法，其特征在于，步驟為:
[0007]步驟一、采用鉆頭鉆孔至深層土體，對(duì)深層土體采用移動(dòng)加載頭進(jìn)行逐級(jí)加載，并記錄加載力和加載位移直至土體破壞；
[0008]步驟二、根據(jù)步驟一記錄的加載力和加載位移，繪制加載力與加載位移的P-S曲線；
[0009]步驟三、根據(jù)步驟二繪制的P-S曲線，得到土體的極限承載力qult;
[0010]步驟四、根據(jù)步驟三得到的土體的極限承載力qult，計(jì)算深層土體抗剪強(qiáng)度Su:
[0011]Su= q ult/n
[0012]式中，η為承載力系數(shù)值。
[0013]所述動(dòng)加載頭的形狀為圓形，承載力系數(shù)值取η = 0.0625。
[0014]所述移動(dòng)記載頭為位于所述鉆頭內(nèi)的移動(dòng)活塞。
[0015]—種快速測(cè)定深層土體抗剪強(qiáng)度的原位測(cè)試裝置，其特征在于:包括加載頭、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述記載頭為一與壓桿連接的滑動(dòng)活塞，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括一用于測(cè)量所述滑動(dòng)活塞受力的壓力測(cè)量單元和一用于測(cè)量所述滑動(dòng)活塞位移的位移測(cè)量單元，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的力數(shù)據(jù)和位移數(shù)據(jù)得到土體抗剪強(qiáng)度。
[0016]所述滑動(dòng)活塞位于一鉆頭內(nèi)，所述位移測(cè)量單元設(shè)置在所述鉆頭頂部，所述壓力量測(cè)單元設(shè)置在所述滑動(dòng)活塞底部。
[0017]所述位移測(cè)量單元為位移傳感器。
[0018]所述壓力測(cè)量單元采集土體在破壞時(shí)作用在所述滑動(dòng)活塞上力數(shù)據(jù)，所述位移測(cè)量單元采集土體在破壞時(shí)活動(dòng)活塞的位移數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)土體破壞時(shí)壓力測(cè)量單元的力數(shù)據(jù)和位移測(cè)量單元的位移數(shù)據(jù)得到土體抗剪強(qiáng)度。
[0019]本發(fā)明快速測(cè)定深層土體抗剪強(qiáng)度的原位測(cè)試方法及裝置，采用壓桿從鉆頭上部將可滑動(dòng)活塞壓入土體；在壓入過程中，鉆頭上部位移傳感器記錄活塞壓入的位移S，活塞下部的壓力量測(cè)單元記錄土體所受的壓力P，直至土體完全破壞。
[0020]有益效果:土的抗剪強(qiáng)度是土的最基本的力學(xué)指標(biāo)之一，是土木工程勘察領(lǐng)域需要首先確定的基本參數(shù)。目前土的抗剪強(qiáng)度的確定依賴于鉆孔取樣與室內(nèi)試驗(yàn)，然而由于取樣的擾動(dòng)和運(yùn)輸土樣過程中水分的喪失，使得室內(nèi)試驗(yàn)的結(jié)果往往存在誤差。
[0021]本發(fā)明解決了快速測(cè)定深層土體抗剪強(qiáng)度問題，可獲得深層土體原位狀態(tài)下的不排水抗剪強(qiáng)度?？捎行Эs短深層土體的勘察周期，降低勘察成本，提高勘察精度。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明的元件裝置圖；
[0023]圖2為土體的加載-位移曲線示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖與實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0025]本發(fā)明快速測(cè)定深層土體抗剪強(qiáng)度的原位測(cè)試裝置，包括后端與壓桿2連接的加載頭移動(dòng)活塞5、由位移傳感器3和壓力測(cè)量單元6組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。其中位移傳感器3和壓力測(cè)量單元6通過傳輸電纜I與地面的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連?；瑒?dòng)活塞5位于鉆頭4內(nèi)部；鉆頭4頂部設(shè)有位移傳感器3，滑動(dòng)活塞5底部設(shè)有壓力量測(cè)單元6ο
[0026]鉆頭外徑76.2mm,內(nèi)徑75_。
[0027]位移傳感器最小分辨率0.1mm ;工作溫度:-20°C +70°C。
[0028]壓力量測(cè)單元滿足線性誤差< ±0.1% FS，重復(fù)性誤差< ±0.25% FS，遲滯性誤差< ±0.4%?3;工作溫度為-20°(:?+70°(:。
[0029]壓桿2從鉆頭4上部將滑動(dòng)活塞5壓入土體；在壓入過程中，鉆頭上部位移傳感器3記錄活塞壓入的位移S，活塞下部的壓力量測(cè)單元6記錄土體所受的壓力P，直至土體完全破壞，生成如圖2所示的加載P?S曲線。
[0030]從圖2中的P-S曲線可以看出，土體的變形主要分為三個(gè)階段:0A階段為直線變形階段(P < P0)，土體處于彈性階段;AB階段為塑性變形階段(卩。< P^Pu),部分土體發(fā)生剪切破壞；BC階段為破壞階段(P < Pu)，土體完全達(dá)到破壞階段。
[0031]圖2中，B點(diǎn)位移處所對(duì)應(yīng)的Pu值即為土體極限承載力qult，根據(jù)土的承載力理論，
[0032]qult= n*S u (I)
[0033]式中，η為承載力系數(shù)，與動(dòng)加載頭截面形狀有關(guān)，對(duì)于圓形動(dòng)加載頭，通常取η =0.0625 ;SU為土體的不排水抗剪強(qiáng)度。
[0034]根據(jù)土體加載得到的P?S曲線，確定對(duì)應(yīng)的土體極限承載力qult，然后根據(jù)對(duì)應(yīng)的承載力系數(shù)n，依據(jù)依據(jù)公式(I)進(jìn)而確定不同土體的不排水抗剪強(qiáng)度Su。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種快速測(cè)定深層土體抗剪強(qiáng)度的原位測(cè)試方法，其特征在于，步驟為: 步驟一、采用鉆頭鉆孔至深層土體，對(duì)深層土體采用移動(dòng)加載頭進(jìn)行逐級(jí)加載，并記錄加載力和加載位移直至土體破壞； 步驟二、根據(jù)步驟一記錄的加載力和加載位移，繪制加載力與加載位移的P-S曲線； 步驟三、根據(jù)步驟二繪制的P-S曲線，得到土體的極限承載力qult; 步驟四、根據(jù)步驟三得到的土體的極限承載力qult，計(jì)算深層土體抗剪強(qiáng)度Su:Su= q uit/n 式中，η為承載力系數(shù)值。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位測(cè)試方法，其特征在于:所述動(dòng)加載頭的形狀為圓形，承載力系數(shù)值取η = 0.0625。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位測(cè)試方法，其特征在于:所述移動(dòng)記載頭為位于所述鉆頭內(nèi)的移動(dòng)活塞。4.一種快速測(cè)定深層土體抗剪強(qiáng)度的原位測(cè)試裝置，其特征在于:包括加載頭、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述記載頭為一與壓桿連接的滑動(dòng)活塞，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括一用于測(cè)量所述滑動(dòng)活塞受力的壓力測(cè)量單元和一用于測(cè)量所述滑動(dòng)活塞位移的位移測(cè)量單元，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的力數(shù)據(jù)和位移數(shù)據(jù)得到土體抗剪強(qiáng)度。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的原位測(cè)試裝置，其特征在于:所述滑動(dòng)活塞位于一鉆頭內(nèi)，所述位移測(cè)量單元設(shè)置在所述鉆頭頂部，所述壓力量測(cè)單元設(shè)置在所述滑動(dòng)活塞底部。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的快速測(cè)定深層土體抗剪強(qiáng)度的原位測(cè)試裝置，其特征在于:所述位移測(cè)量單元為位移傳感器。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的原位測(cè)試裝置，其特征在于:所述壓力測(cè)量單元采集土體在破壞時(shí)作用在所述滑動(dòng)活塞上力數(shù)據(jù)，所述位移測(cè)量單元采集土體在破壞時(shí)活動(dòng)活塞的位移數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)土體破壞時(shí)壓力測(cè)量單元的力數(shù)據(jù)和位移測(cè)量單元的位移數(shù)據(jù)得到土體抗剪強(qiáng)度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種快速測(cè)定深層土體抗剪強(qiáng)度的原位測(cè)試方法及裝置，其中原位測(cè)試方法的步驟為：步驟一、采用鉆頭鉆孔至深層土體，對(duì)深層土體采用移動(dòng)加載頭進(jìn)行逐級(jí)加載，并記錄加載力和加載位移直至土體破壞；步驟二、根據(jù)步驟一記錄的加載力和加載位移，繪制加載力與加載位移的P-S曲線；步驟三、根據(jù)步驟二繪制的P-S曲線，得到土體的極限承載力qult；步驟四、根據(jù)步驟三得到的土體的極限承載力qult，計(jì)算深層土體抗剪強(qiáng)度Su。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明原位測(cè)試方法及裝置可以快速準(zhǔn)確地測(cè)量任意深度土體的不排水抗剪強(qiáng)度，具有省時(shí)、省力和高效等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】E02D1/00, E02D1/02
【公開號(hào)】CN105133563
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510526171
【發(fā)明人】王照宇, 王洪霞, 沈建新, 呂永濤
【申請(qǐng)人】鹽城工學(xué)院
【公開日】2015年12月9日
【申請(qǐng)日】2015年8月25日