專利名稱：拉拔式土層剪切強(qiáng)度測試器及其測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種現(xiàn)場測試土層抗剪強(qiáng)度的儀器設(shè)備，具體地說是一種拉拔式土層剪切強(qiáng)度測試器及其測試方法。
背景技術(shù)：
目前，能在現(xiàn)場測試原狀土層剪切強(qiáng)度的儀器只有十字板剪切試驗(yàn)土工儀器。該儀器只能做軟粘土土層的剪切強(qiáng)度試驗(yàn) ，對于做粘性或砂性土層的剪切強(qiáng)度指標(biāo)，只能切取原狀土試樣或備制擾動土試樣，到實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)由直接剪切試驗(yàn)或三軸剪切試驗(yàn)得出，所以若要求現(xiàn)場做出粘性或砂性土層的剪切強(qiáng)度指標(biāo)，并快速對土層作出工程評價就不能滿足需求。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有測試原狀土層剪切強(qiáng)度試驗(yàn)儀器的不足，本發(fā)明提出一種能在現(xiàn)場完成粘性或砂性土層剪切強(qiáng)度試驗(yàn)的拉拔式土層剪切強(qiáng)度測試器及其測試方法。本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案本發(fā)明一種拉拔式土層剪切強(qiáng)度測試器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是由設(shè)置在底座上的底板、固定設(shè)置在底板上的兩側(cè)立柱以及位于所述立柱的頂部、并連接在兩側(cè)立柱之間的橫梁構(gòu)成的框架；在所述橫梁上設(shè)置有手輪，豎向的螺桿經(jīng)手輪貫穿橫梁的中央導(dǎo)向孔與位于框架內(nèi)的量力環(huán)的頂部相連接，在所述量力環(huán)的底部連接有豎向接桿，所述接桿貫穿底板的中央通孔，在所述接桿的底端設(shè)置用于和拉拔桿相連接的接頭；在所述底板的后側(cè)固定有機(jī)盒，機(jī)盒的側(cè)面安置有顯示器、溫度傳感器和電纜固定頭；在所述量力環(huán)中支設(shè)有位移傳感器，所述位移傳感器的傳感器支架固定于底板的頂面，手輪的轉(zhuǎn)動通過螺桿帶動所述量力環(huán)沿手輪的中心線方向移動；所述螺桿、量力環(huán)、接桿和位移傳感器的中心線與所述手輪的中心線重合。所述拉拔式土層剪切強(qiáng)度測試器配套使用的拉拔桿，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是所述拉拔桿為一圓管，圓管的上段為外螺紋，下段管內(nèi)沿徑向設(shè)置有銷軸，在所述銷軸上套裝有攪拌翼，攪拌翼上有錨塊，錨塊上栓有鋼絲繩，鋼絲繩從拉拔桿的頂部管口引出；所述的攪拌翼可以呈豎向容置在拉拔桿的管內(nèi)腔中，在拉拔桿的兩側(cè)壁上開設(shè)有供所述攪拌翼轉(zhuǎn)動并伸展在拉拔桿的管外的展翼口；拉動鋼絲繩能使攪拌翼展開呈與所述拉拔桿的中心線呈90°夾角。所述拉拔桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于所述攪拌翼為一字型，攪拌翼的中部為方形的攪拌翼座，攪拌翼座的中央為一銷軸孔，兩側(cè)為攪拌翼葉片，所述錨塊位于與銷軸孔相垂直側(cè)面的攪拌翼座上。利用所述測試器及所述拉拔桿進(jìn)行土層剪切強(qiáng)度測試的方法按如下過程進(jìn)行首先，在被測土層上放置底座，底座上安置鉆機(jī)，在土層內(nèi)鉆出達(dá)設(shè)計(jì)深度的土層圓孔，清除土層圓孔內(nèi)的渣土后，在土層圓孔內(nèi)插入拉拔桿，并由鉆機(jī)夾住拉拔桿的上段，開動鉆機(jī)，邊旋轉(zhuǎn)拉拔桿，邊拉動拴在拉拔桿攪拌翼上錨塊上的鋼絲繩來展開攪拌翼，待攪拌翼展開至與拉拔桿的中心線呈90°夾角狀態(tài)后，提升拉拔桿擴(kuò)孔2 IOcm的高度；接著，一邊向拉拔桿桿管內(nèi)注入凝固液，一邊繼續(xù)轉(zhuǎn)動并下降拉拔桿2 IOcm的高度，將凝固液與被攪拌翼(41)擴(kuò)孔打碎的土攪拌成混合體后停止轉(zhuǎn)動，待混合體凝固與拉拔桿共同形成一“丄”形件后，卸下鉆機(jī)，在底座上安置拉拔式土層剪切強(qiáng)度測試器，將測試器的接頭與拉拔桿相連接，轉(zhuǎn)動手輪使螺桿上移直至繃緊量力環(huán)后，將位移傳感器讀數(shù)歸零，再次轉(zhuǎn)動手輪上移螺桿，經(jīng)量力環(huán)提升拉拔桿，直至土層剪切破壞而被拔動，測得被拔動土體的抵抗拉力，換算出土層的抗剪強(qiáng)度即可。本發(fā)明的拉拔式土層剪切強(qiáng)度測試器與拉拔桿基于以下工作原理拉拔桿的工作原理在不擾動原狀土層的前提下，采用鉆頭在土層內(nèi)鉆出鉆孔。在鉆孔內(nèi)插入拉拔桿達(dá)設(shè)定的深度，邊旋轉(zhuǎn)拉拔桿，邊灌入凝固液，并展開拉拔桿內(nèi)的攪拌
翼，進(jìn)行擴(kuò)孔、攪拌，并將展開的攪拌翼停留在混合體的底部?；旌象w凝固后為有一定面積的拉拔板，與拉拔桿一起構(gòu)成“丄”形狀，以能拉拔土層土體。拉拔式土層剪切強(qiáng)度測試器測試土層剪切強(qiáng)度的工作原理拉拔式土層剪切強(qiáng)度測試器安裝在三腳座上，將其上的接頭與拉拔桿連接后，轉(zhuǎn)動手輪提升螺桿，通過量力環(huán)及接桿略拉緊置于土層內(nèi)的拉拔桿，將抵于量力環(huán)上的位移傳感器讀數(shù)歸零。繼續(xù)轉(zhuǎn)動手輪提升螺桿，拉拔拉拔桿，此時土體抵抗拉拔力F等于土體自重G與拉動土體邊界面S上剪應(yīng)力τ之和(即F = G+τ S)，繼續(xù)拉拔拉拔桿，直至拉動土層的土體，測出位移傳感器的最大讀數(shù)值，與標(biāo)定值比較，獲得土層的不排水剪總強(qiáng)度。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在本發(fā)明測試器能現(xiàn)場做粘性或砂性原狀土層剪切強(qiáng)度試驗(yàn)，準(zhǔn)確性好、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單、安裝簡便、實(shí)時顯示數(shù)據(jù)、造價低。尤其適合用于測定出試坑底、邊坡等土層的不排水剪總強(qiáng)度，以便如實(shí)反映出地層壓力對原狀土抗剪強(qiáng)度的影響，能夠快速對土層作出工程評價。


圖1Α、圖IB和圖IC分別為本發(fā)明拉拔式土層剪切強(qiáng)度測試器的正剖視、側(cè)剖視和俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2Α、圖2Β、圖2C和圖2D分別為本發(fā)明中拉拔桿的正剖視、左側(cè)視、右側(cè)視和俯
視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3Α、圖3Β和圖3C分別為本發(fā)明中攪拌翼的正視、側(cè)視和俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明拉拔式土層剪切強(qiáng)度測試器工作示意圖。圖中標(biāo)號I 土層、2被拔動土體、3混合體拉拔板、4底座；11拉拔式土層剪切強(qiáng)度測試器、12底板、13立柱、14橫梁、15手輪、16螺桿、17量力環(huán)、18接桿、19接頭，20位移傳感器、21傳感器支架、22機(jī)盒、23溫度傳感器、24電纜固定頭；31拉拔桿、32展翼口、33銷軸、34鋼絲繩；41攪拌翼、42攪拌翼座、43攪拌翼葉片、44銷軸孔、45錨塊。
具體實(shí)施例方式參見圖1Α、圖IB和圖1C，本實(shí)施例中拉拔式土層剪切強(qiáng)度測試器11為框架結(jié)構(gòu)，固定設(shè)置在底座4上的底板12的左右兩側(cè)各有一個立柱13，兩個立柱13的頂端有橫梁14相連接。橫梁14上有手輪15，豎向的螺桿16經(jīng)手輪15穿過橫梁14中間的導(dǎo)向孔，與框架內(nèi)的量力環(huán)17頂部連接,量力環(huán)17的底部連接有豎向的接桿18,接桿18貫穿底板12及底座4中間的圓孔，接桿18的底端有與拉拔桿31連接的接頭19。底板12的后側(cè)固定有機(jī)盒22，機(jī)盒22的側(cè)面安置有顯示器、溫度傳感器23、電纜固定頭24。量力環(huán)17內(nèi)支設(shè)有位移傳感器20，位移傳感器的支架21固定于底板12的頂面，轉(zhuǎn)動手輪15能使量力環(huán)17沿該測試器11的中心線方向移動。螺桿16、量力環(huán)17、接桿18、位移傳感器20的中心線與該測試器11的中心線重合。參見圖2A、圖2B、圖2C和圖2D，本實(shí)施例中拉拔桿31為圓管形狀，上、下端開口形成通道。拉拔桿的上段為外螺紋段，下段內(nèi)壁上固定有橫置的銷軸33，銷軸33上套裝有攪拌翼41，攪拌翼41上有錨塊45，錨塊45上栓有鋼絲繩34，鋼絲繩34從拉拔桿31的上端開口中引出。攪拌翼41豎向容置在桿的空腔內(nèi)，該空腔對應(yīng)處的兩側(cè)桿壁上開有供攪拌翼41轉(zhuǎn)出的展翼口 32。拉動錨塊45上的鋼絲繩34，能使攪拌翼41展開至與拉拔桿31中心線呈90°夾角。 參見圖3A、圖3B和圖3C，本實(shí)施例中攪拌翼41為一字型，攪拌翼41的中間為方形的攪拌翼座42，攪拌翼座42的中間有一銷軸孔44，兩側(cè)各有一個α角度的攪拌翼片43，錨塊45位于與銷軸孔44垂直側(cè)面的攪拌翼座42上。測試方法如圖4所示，首先在被測土層I上放置底座4，底座4上安置鉆機(jī)，在土層I內(nèi)鉆出達(dá)設(shè)計(jì)深度的土層圓孔，清除土層圓孔內(nèi)的渣土后，在土層圓孔內(nèi)插入拉拔桿31，并由鉆機(jī)夾住拉拔桿31的上段，開動鉆機(jī)，邊旋轉(zhuǎn)拉拔桿31，邊拉動拴在拉拔桿31攪拌翼41上錨塊45上的鋼絲繩34來展開攪拌翼41，待攪拌翼41展開至與拉拔桿(31)的中心線呈90°夾角狀態(tài)后，提升拉拔桿31擴(kuò)孔2 IOcm的高度；接著，一邊向拉拔桿31桿管內(nèi)注入凝固液，一邊繼續(xù)轉(zhuǎn)動并下降拉拔桿312 IOcm的高度，將凝固液與被攪拌翼41擴(kuò)孔打碎的土攪拌成混合體后停止轉(zhuǎn)動，待混合體凝固與拉拔桿共同形成一“丄”形件后，卸下鉆機(jī)，在底座4上安置拉拔式土層剪切強(qiáng)度測試器11，將測試器11的接頭19與拉拔桿31相連接，轉(zhuǎn)動手輪15使螺桿16上移直至繃緊量力環(huán)17后，將位移傳感器20讀數(shù)歸零，再次轉(zhuǎn)動手輪15上移螺桿16，經(jīng)量力環(huán)17提升拉拔桿31，直至土層I剪切破壞而被拔動，測得被拔動土體2的抵抗拉力，換算出土層I的抗剪強(qiáng)度即可。土層I是需作工程評價的基坑土或邊坡土等；被拔動土體2是被拔動后剪切破壞的土體；混合體拉拔板3的作用是形成承載板用于拔動被拔動土體2 ;底座4用于安置鉆機(jī)或拉拔式土層剪切強(qiáng)度測試器11 ;在拉拔式土層剪切強(qiáng)度測試器11上，底板12用于固定立柱13、傳感器支架21和機(jī)盒22 ;立柱13用于支撐橫梁14 ;橫梁14用于安置手輪15和螺桿16 ;手輪15用于提升螺桿16 ;螺桿16用于提升量力環(huán)17 ;量力環(huán)17用于測量拉拔力；接桿18是將量力環(huán)與拉拔桿31進(jìn)行連接；接頭19用于使接桿18與拉拔桿31之間進(jìn)行連接；位移傳感器20用于測出量力環(huán)17的變形；傳感器支架21用于固定位移傳感器20 ;機(jī)盒22用于安置顯示器、電路板、溫度傳感器23和電纜固定頭24 ;溫度傳感器23用于修正溫度對量力環(huán)17變形的影響；電纜固定頭24用于引出電纜；拉拔桿31用于拉拔出被測土體2 ;展翼口 32為拉拔桿31上展轉(zhuǎn)出攪拌翼41的開口 ；銷軸33用于固定攪拌翼41，使攪拌翼41圍繞該銷軸33轉(zhuǎn)動展開；鋼絲繩34用于打開攪拌翼41 ;攪拌翼41的作用是錨頭部位擴(kuò)孔，以及將壓入的凝固液與土層土攪拌成混合體；攪拌翼座42用于 固定攪拌翼葉片43，并繞銷軸33轉(zhuǎn)動；銷軸孔44用于滑動固定銷軸33 ;錨塊45用于栓住被鋼絲繩34以便打開攪拌翼41。
權(quán)利要求
1.一種拉拔式土層剪切強(qiáng)度測試器，其特征在于由設(shè)置在底座(4)上的底板(12)、固定設(shè)置在底板(12)上的兩側(cè)立柱(13)以及位于所述立柱的頂部、并連接在兩側(cè)立柱(13)之間的橫梁(14)構(gòu)成的框架；在所述橫梁(14)上設(shè)置有手輪(15)，豎向的螺桿(16)經(jīng)手輪(15)貫穿橫梁的中央導(dǎo)向孔與位于框架內(nèi)的量カ環(huán)(17)的頂部相連接，在所述量カ環(huán)(17)的底部連接有豎向接桿(18)，所述接桿(18)貫穿底板(12)的中央通孔，在所述接桿(18)的底端設(shè)置用于和拉拔桿(31)相連接的接頭(19);在所述底板(12)的后側(cè)固定有機(jī)盒(22)，機(jī)盒(22)的側(cè)面安置有顯示器、溫度傳感器(23)和電纜固定頭(24);在所述量カ環(huán)(17)中支設(shè)有位移傳感器(20)，所述位移傳感器(20)的傳感器支架(21)固定于底板(12)的頂面，手輪(15)的轉(zhuǎn)動通過螺桿(16)帶動所述量カ環(huán)(17)沿手輪的中心線方向移動；所述螺桿(16)、量カ環(huán)(17)、接桿(18)和位移傳感器(20)的中心線與所述手輪的中心線重合。
2.一種與權(quán)利要求I所述拉拔式土層剪切強(qiáng)度測試器配套使用的拉拔桿，其特征在于所述拉拔桿(31)為ー圓管，圓管的上段為外螺紋，下段管內(nèi)沿徑向設(shè)置有銷軸(33)，在所述銷軸(33)上套裝有攪拌翼(41)，攪拌翼(41)上有錨塊(45)，錨塊(45)上栓有鋼絲繩(34)，鋼絲繩(34)從拉拔桿(31)的頂部管ロ引出；所述的攪拌翼(41)可以呈豎向容置在拉拔桿(31)的管內(nèi)腔中，在拉拔桿(31)的兩側(cè)壁上開設(shè)有供所述攪拌翼(41)轉(zhuǎn)動并伸展在拉拔桿(31)的管外的展翼ロ(32);拉動鋼絲繩(34)能使攪拌翼(41)展開呈與所述拉拔桿(31)的中心線呈90°夾角。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述拉拔桿，其特征在干所述攪拌翼(41)為一字型，攪拌翼(41)的中部為方形的攪拌翼座(42)，攪拌翼座(42)的中央為ー銷軸孔(44)，兩側(cè)為攪拌翼葉片(43)，所述錨塊(45)位干與銷軸孔(44)相垂直側(cè)面的攪拌翼座(42)上。
4.利用權(quán)利要求I所述測試器及權(quán)利要求2所述拉拔桿進(jìn)行土層剪切強(qiáng)度測試的方法，其特征在于 首先，在被測土層(I)上放置底座(4)，底座(4)上安置鉆機(jī)，在土層(I)內(nèi)鉆出達(dá)設(shè)計(jì)深度的土層圓孔，清除土層圓孔內(nèi)的渣土后，在土層圓孔內(nèi)插入拉拔桿(31)，并由鉆機(jī)夾住拉拔桿(31)的上段，開動鉆機(jī)，邊旋轉(zhuǎn)拉拔桿(31)，邊拉動拴在拉拔桿(31)攪拌翼(41)上錨塊(45)上的鋼絲繩(34)來展開攪拌翼(41)，待攪拌翼(41)展開至與拉拔桿(31)的中心線呈90°夾角狀態(tài)后，提升拉拔桿(31)擴(kuò)孔2 IOcm的高度；接著，ー邊向拉拔桿(31)桿管內(nèi)注入凝固液，一邊繼續(xù)轉(zhuǎn)動并下降拉拔桿(31)2 IOcm的高度，將凝固液與被攪拌翼(41)擴(kuò)孔打碎的土攪拌成混合體后停止轉(zhuǎn)動，待混合體凝固與拉拔桿共同形成一“丄”形件后，卸下鉆機(jī)，在底座(4)上安置拉拔式土層剪切強(qiáng)度測試器(11)，將測試器(11)的接頭(19)與拉拔桿(31)相連接，轉(zhuǎn)動手輪(15)使螺桿(16)上移直至繃緊量カ環(huán)(17)后，將位移傳感器(20)讀數(shù)歸零，再次轉(zhuǎn)動手輪(15)上移螺桿(16)，經(jīng)量カ環(huán)(17)提升拉拔桿(31)，直至土層(I)剪切破壞而被拔動，測得被拔動土體(2)的抵抗拉力，換算出土層(I)的抗剪強(qiáng)度即可。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種拉拔式土層剪切強(qiáng)度測試器及其測試方法，包括了底座、拉拔式土層剪切強(qiáng)度測試器、拉拔桿及位移傳感器；其特征在于在土層的測點(diǎn)上放置底座與拉拔式土層剪切強(qiáng)度測試器，把該測試器的接桿接頭與置入土層的拉拔桿連接后，轉(zhuǎn)動測試器的手輪提升拉拔桿，直至土層剪切破壞，測得土層的抗剪強(qiáng)度。本發(fā)明適用于現(xiàn)場測定基坑、邊坡等土層的不排水剪總強(qiáng)度，快速對土層作出工程評價。
文檔編號G01N3/24GK102680329SQ20121014201
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月24日
發(fā)明者汪哲蓀, 魏松 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)