圍壓可控的巖石側(cè)摩阻力測試裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及巖體力學(xué)嵌巖粧技術(shù)，尤其涉及一種圍壓可控的巖石側(cè)摩阻力測試裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]嵌巖粧由于其高的承載力，廣泛使用于工廠、橋梁、碼頭和高層建筑等的粧基工程中。目前，國內(nèi)外一致認(rèn)為嵌巖部分的巖石側(cè)摩阻力對粧的承載能力貢獻(xiàn)很大。在不同地層深度的巖石側(cè)摩阻力具有差異，這是由于巖石在不同深度的地應(yīng)力不同，因此需要準(zhǔn)確地求得指定地層環(huán)境下的巖石側(cè)摩阻力，反應(yīng)在模型試驗(yàn)中，即為要對巖樣施加符合實(shí)際地應(yīng)力的圍壓。以往的方法是通過現(xiàn)場試粧、室內(nèi)混凝土和巖石界面剪切試驗(yàn)得到巖石的側(cè)摩阻力。兩種試驗(yàn)方法各有優(yōu)弊，現(xiàn)場試粧可以較為真實(shí)地反應(yīng)現(xiàn)場粧的承載力，但試粧成本高，試驗(yàn)過程中可變因素多，適合于工程中少量的抽粧檢驗(yàn)。室內(nèi)混凝土和巖石界面剪切試驗(yàn)，可以根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算求出巖石-混凝土界面的抗剪強(qiáng)度，來模擬嵌巖粧在界面的破壞模式。但試驗(yàn)中因?yàn)閵A具的原因會導(dǎo)致破壞面不規(guī)則，使得破壞截面面積難以計(jì)算。同時破壞面會存在于巖石-混凝土界面、混凝土、巖石三者中抗剪強(qiáng)度弱的介質(zhì)中，使試驗(yàn)結(jié)果難以達(dá)到預(yù)期設(shè)想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是克服現(xiàn)場試粧成本高和可變因素大的缺點(diǎn)，避免因?yàn)閵A具和人為原因?qū)е碌姆钦Ｆ茐拿?，提供一種圍壓可控的巖石側(cè)摩阻力測試裝置及其方法，可以避免上述誤差，準(zhǔn)確求得巖石在指定圍壓下的側(cè)摩阻力。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一、圍壓可控的巖石側(cè)摩阻力測試裝置(簡稱裝置)
本裝置包括導(dǎo)向桿、導(dǎo)向管、上蓋板、排氣帽、螺帽、螺桿、下蓋板、排水閥，注水閥、壓力室、底座、墊環(huán)螺紋桿、水泥漿、巖樣、乳膠膜和橡皮筋；
在上蓋板上設(shè)置有導(dǎo)向孔、導(dǎo)向孔密封圈、排氣孔、穿孔和上蓋板密封圈；
在下蓋板上設(shè)置有螺紋孔、排水孔、注水孔、下蓋板密封圈和底座密封圈；
其位置和連接關(guān)系是:
通過螺帽和螺桿，下蓋板、壓力室和上蓋板自下而上依次連接組成外部結(jié)構(gòu)；
下蓋板、底座、墊環(huán)、巖樣和導(dǎo)向管自下而上依次連接組成內(nèi)部結(jié)構(gòu)，用乳膠膜嵌套為一整體；
在導(dǎo)向管和導(dǎo)向孔接觸處設(shè)置有導(dǎo)向孔密封圈，在壓力室與上蓋板接觸處設(shè)置有上蓋板密封圈，在壓力室與下蓋板接觸處設(shè)置有下蓋板密封圈，在底座和下蓋板接觸處設(shè)置有底座密封圈，實(shí)現(xiàn)密封處理；
在巖樣中心，沿縱向設(shè)置有貫穿的巖樣圓孔，在巖樣圓孔內(nèi)設(shè)置有等長的螺紋桿，螺紋桿與巖樣圓孔的內(nèi)壁之間留有空隙，在空隙中澆筑有高流動性的水泥漿； 導(dǎo)向桿穿過導(dǎo)向管和螺紋桿上下連接。
[0004]二、圍壓可控的巖石側(cè)摩阻力測試方法(簡稱方法)
本方法包括下列步驟:
①制樣
在巖樣中心，沿縱向鉆取貫穿的巖樣圓孔，在巖樣圓孔內(nèi)居中放置等長的螺紋桿，螺紋桿與巖樣圓孔的內(nèi)壁之間留有一定的空隙，利用高流動性的水泥漿澆筑空隙，在水泥漿凝結(jié)硬化到指定強(qiáng)度后進(jìn)行裝樣；
②放樣
在水平的桌面上，由下及上依次把下蓋板、底座、墊環(huán)組裝固定;底座旋入下蓋板中，并放置底座密封圈，墊環(huán)疊放在底座上;巖樣疊放在墊環(huán)上，在巖樣上部對中放置導(dǎo)向管使導(dǎo)向管的內(nèi)孔對準(zhǔn)螺紋桿;利用乳膠膜將導(dǎo)向管、巖樣、墊環(huán)和底座嵌套在一起，在下部用橡皮筋將乳膠膜與底座箍緊，上部用橡皮筋將乳膠膜與導(dǎo)向管底部圓環(huán)箍緊；
③組裝
放樣完成后，在下蓋板凹槽內(nèi)放置下蓋板密封圈，其上放置壓力室；導(dǎo)向管穿過導(dǎo)向孔，使上蓋板壓在壓力室上，并在壓力室與上蓋板接觸處放置上蓋板密封圈；調(diào)整上蓋板，使得上蓋板中的穿孔與下蓋板中的螺紋孔在豎直方向上對應(yīng);螺桿穿過穿孔旋進(jìn)下蓋板中的螺紋孔，調(diào)整均勻分布的四根螺桿的旋入速率，使固定后的上蓋板保持水平，將導(dǎo)向桿插入導(dǎo)向管內(nèi)；
④試驗(yàn)
將裝置放在土工三軸試驗(yàn)加載系統(tǒng)內(nèi)，打開排氣帽、注水閥和排水閥，將注水孔與壓力體積傳感器連接，排水孔與回收桶連接;通過壓力體積傳感器設(shè)定目標(biāo)圍壓，水從注水孔進(jìn)入壓力室，在水充滿壓力室后，在排氣孔中旋緊排氣帽，壓力體積傳感器自動調(diào)節(jié)注水量，使巖樣處于目標(biāo)圍壓中；
通過土工三軸試驗(yàn)加載系統(tǒng)對裝置施加荷載，使軸力通過導(dǎo)向桿作用在螺紋桿上，利用加載系統(tǒng)的荷載位移傳感器采集數(shù)據(jù)。
[0005]⑤回收
試驗(yàn)結(jié)束后，設(shè)置壓力體積傳感器目標(biāo)值為零，打開排氣帽，然后打開排水閥，關(guān)閉壓力體積傳感器和注水閥，使壓力室內(nèi)的水在自重作用下從排水孔中流出；排完水后，反向旋轉(zhuǎn)螺桿，打開上蓋板，取出巖樣，擦干裝置零件并收集歸位。
[0006]本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
①利用水壓模擬在實(shí)際地層中受到的圍壓，圍壓均勻且容易調(diào)控；
②在巖樣開孔中澆筑螺紋桿為實(shí)心，水泥漿為保護(hù)層的螺紋桿-水泥模型粧，模型粧剛度大，變形?。?br> ③螺紋桿-水泥模型粧中水泥和螺紋咬合緊密，避免了桿在水泥中脫落；
④導(dǎo)向管與導(dǎo)向孔接觸處設(shè)置兩道導(dǎo)向孔密封圈，導(dǎo)向管底部圓環(huán)與乳膠膜貼合緊密，使得導(dǎo)向管內(nèi)部與水隔絕，置于其中的導(dǎo)向桿可避免與水接觸；
⑤可以得到軸力隨模型粧位移變化的規(guī)律，計(jì)算出側(cè)摩阻力；
⑥可拆卸，方便脫模后二次使用。
[0007]總之，本裝置可以模擬嵌巖粧與巖石界面的破壞特性，運(yùn)用壓力室中水壓作用模擬粧在實(shí)際巖層里的圍壓條件，得到軸力隨模型粧位移變化的規(guī)律，計(jì)算出巖石的側(cè)摩阻力，而且標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，可實(shí)現(xiàn)多次工業(yè)復(fù)制，適用于各類巖石的側(cè)摩阻力測試。
【附圖說明】
[0008]圖1是本裝置的示意圖；
圖2是本裝置上蓋板俯視圖及剖切線示意圖；
圖3是本裝置的M-M縱剖面示意圖；
圖4是本裝置在土工三軸加載系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)示意圖；
圖5是本裝置部分零件示意圖。
[0009]圖中:
I 一導(dǎo)向桿；
2—導(dǎo)向管；
3—上蓋板，
3~1 一導(dǎo)向孔，3-2一導(dǎo)向孔密封圈，3-3一排氣孔，
3-4—穿孔，3-5—上蓋板密封圈；
4一排氣帽；
5—螺帽；
6—螺桿；
7—下蓋板，
7-1—螺紋孔，7-2—排水孔，7-3—注水孔，
7-4—下蓋板密封圈，7-5—底座密封圈；
8—排水閥；
9一注水閥；
10—壓力室；
11一底座；
12—墊環(huán)；
13—螺紋桿；
14 一水泥漿；
15—巖樣，15_1—巖樣圓孑L.;
16—乳膠膜；
17一橡皮筋；
A—壓力體積傳感器，B—荷載位移傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明:
一、裝置
1、總體如圖1、2、3，本裝置包括導(dǎo)向桿1、導(dǎo)向管2、上蓋板)、排氣帽4、螺帽5、螺桿6、下蓋板7、排水閥8，注水閥9、壓力室10、底座11、墊環(huán)12螺紋桿13、水泥漿14、巖樣15、乳膠膜16和橡皮筋17;
在上蓋板3上設(shè)置有導(dǎo)向孔3-1、導(dǎo)向孔密封圈3-2、排氣孔3-3、穿孔3-4和上蓋板密封圈 3-5;
在下蓋板7上設(shè)置有螺紋孔7-1、排水孔7-2、注水孔7-3、下蓋板密封圈7-4和底座密封圈 7-5;
其位置和連接關(guān)系是:
通過螺帽5和螺桿6，下蓋板7、壓力室10和上蓋板3自下而上依次連接組成外部結(jié)構(gòu)；底座11、墊環(huán)12、巖樣15、導(dǎo)向管2，自下而上依次連接組成內(nèi)部結(jié)構(gòu)，用乳膠膜16將內(nèi)部構(gòu)件嵌套為一整體；
在導(dǎo)向管2和導(dǎo)向孔3-1接觸處設(shè)置有導(dǎo)向孔密封圈3-2，在壓力室10與上蓋板3接觸處設(shè)置有上蓋板密封圈3-5，在壓力室10與下蓋板7接觸處設(shè)置有下蓋板密封圈7-4，在底座11和下蓋板7接觸處設(shè)置有底座密封圈7-5，實(shí)現(xiàn)密封處理；
在巖樣15中心，沿縱向設(shè)置有貫穿的巖樣圓孔15-1，在巖樣圓孔15-1內(nèi)設(shè)置有等長的螺紋桿13，螺紋桿13與巖樣圓孔15-1的內(nèi)壁之間留有空隙，在空隙中澆筑有高流動性的水泥漿14;
導(dǎo)向桿I穿過導(dǎo)向管2和螺紋桿13上下連接。
[0011]2、功能部件 01)導(dǎo)向桿I
導(dǎo)向桿I是一種不銹鋼制圓桿，底部截面直徑縮小，端部為半球形端頭。
[0012]其功能是:向螺紋桿13施加軸向荷載，自身剛度大，應(yīng)變小。
[0013]02)導(dǎo)向管 2
導(dǎo)向管2是一種不銹鋼制的分為上下兩個內(nèi)經(jīng)一致而外徑不同的圓筒:
內(nèi)徑適合導(dǎo)向桿I通過；
上圓筒外徑較小，適合導(dǎo)向孔3-1的內(nèi)徑尺寸；
下圓筒外徑較大，適合巖樣15的直徑;下圓筒的高度適合橡皮筋17綁扎乳膠膜16。
[0014]03)上蓋板 3
上蓋板3為鋁制圓板，表面做電鍍處理，耐磨、質(zhì)輕和防銹蝕；
在上蓋板3的中心設(shè)置有凸圓座及其導(dǎo)向孔3-1，在導(dǎo)向孔3-1內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)向孔密封圈
3-2;在上蓋板3上設(shè)置有排氣孔3-3;在上蓋板3外環(huán)均勻設(shè)置有4個穿孔3-4;在上蓋板3的下底面設(shè)置有凹槽，在凹槽內(nèi)置有上蓋板密封圈3-5。
[0015]* 導(dǎo)向孔 3-1
導(dǎo)向孔3-1位于上蓋板3的中心，保證導(dǎo)向桿I豎直穿過上蓋板3。
[0016]*導(dǎo)向孔密封圈3-2
導(dǎo)向孔密封圈3-2位于導(dǎo)向孔3-1內(nèi)，密封壓力室內(nèi)的水，防止外溢。
[0017]* 排氣孔 3-3
排氣孔3-3位于上蓋板3中，當(dāng)壓力室內(nèi)注水時，打開排氣孔3-3，使水流入壓力室內(nèi)；壓力室內(nèi)注滿水后，將排氣帽4旋入排氣孔3-3，使之處于關(guān)閉狀態(tài);試驗(yàn)后，打開排氣孔3-3方便排水。
[0018]* 穿孔 3-4 穿孔3-4位于上蓋板3中，一共四個，螺桿6穿過穿孔3-4可旋入下蓋板螺