一種快速測定深層土體抗剪強度的原位測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定深層土體抗剪強度的原位測試裝置，屬于巖土工程原位測試領(lǐng)域中土體可直接量測土體抗剪強度的原位測試方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在各種土木工程建設(shè)工作中，在進行土體穩(wěn)定性的計算分析時，土的抗剪強度是其中最重要的計算參數(shù)。能否正確地測定土的抗剪強度，往往是設(shè)計質(zhì)量和工程成敗的關(guān)鍵所在。土的抗剪強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，以及試驗方法和技術(shù)等。
[0003]原位測試技術(shù)可減少土樣在運輸過程所受擾動及室內(nèi)試驗前的含水量損失和尺寸效應(yīng)等產(chǎn)生的問題；對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)確的原位強度；同時其還具有工期較短的優(yōu)勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題:本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對目前尚無直接針對土體的抗剪強度進行原位量測的裝置，發(fā)明了一種簡便、有效、操作簡單的快速測定深層土體抗剪強度的原位測試方法及裝置，可有效獲得土體原位狀態(tài)下的抗剪強度。
[0005]技術(shù)方案:
[0006]—種快速測定深層土體抗剪強度的原位測試方法，其特征在于，步驟為:
[0007]步驟一、采用鉆頭鉆孔至深層土體，對深層土體采用移動加載頭進行逐級加載，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，計算深層土體抗剪強度Su:
[0011]Su= q ult/n
[0012]式中，η為承載力系數(shù)值。
[0013]所述動加載頭的形狀為圓形，承載力系數(shù)值取η = 0.0625。
[0014]所述移動記載頭為位于所述鉆頭內(nèi)的移動活塞。
[0015]—種快速測定深層土體抗剪強度的原位測試裝置，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活塞，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括一用于測量所述滑動活塞受力的壓力測量單元和一用于測量所述滑動活塞位移的位移測量單元，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)得到土體抗剪強度。
[0016]所述滑動活塞位于一鉆頭內(nèi)，所述位移測量單元設(shè)置在所述鉆頭頂部，所述壓力量測單元設(shè)置在所述滑動活塞底部。
[0017]所述位移測量單元為位移傳感器。
[0018]所述壓力測量單元采集土體在破壞時作用在所述滑動活塞上力數(shù)據(jù)，所述位移測量單元采集土體在破壞時活動活塞的位移數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)土體破壞時壓力測量單元的力數(shù)據(jù)和位移測量單元的位移數(shù)據(jù)得到土體抗剪強度。
[0019]本發(fā)明快速測定深層土體抗剪強度的原位測試方法及裝置，采用壓桿從鉆頭上部將可滑動活塞壓入土體；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)。目前土的抗剪強度的確定依賴于鉆孔取樣與室內(nèi)試驗，然而由于取樣的擾動和運輸土樣過程中水分的喪失，使得室內(nèi)試驗的結(jié)果往往存在誤差。
[0021]本發(fā)明解決了快速測定深層土體抗剪強度問題，可獲得深層土體原位狀態(tài)下的不排水抗剪強度?？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。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖與實施實例對本發(fā)明作進一步說明。
[0025]本發(fā)明快速測定深層土體抗剪強度的原位測試裝置，包括后端與壓桿2連接的加載頭移動活塞5、由位移傳感器3和壓力測量單元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。滑動活塞5位于鉆頭4內(nèi)部；鉆頭4頂部設(shè)有位移傳感器3，滑動活塞5底部設(shè)有壓力量測單元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)，土體完全達到破壞階段。
[0031]圖2中，B點位移處所對應(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)，與動加載頭截面形狀有關(guān)，對于圓形動加載頭，通常取η =0.0625 ;SU為土體的不排水抗剪強度。
[0034]根據(jù)土體加載得到的P?S曲線，確定對應(yīng)的土體極限承載力qult，然后根據(jù)對應(yīng)的承載力系數(shù)n，依據(jù)依據(jù)公式(I)進而確定不同土體的不排水抗剪強度Su。
【主權(quán)項】
1.一種快速測定深層土體抗剪強度的原位測試方法，其特征在于，步驟為: 步驟一、采用鉆頭鉆孔至深層土體，對深層土體采用移動加載頭進行逐級加載，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，計算深層土體抗剪強度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所述的原位測試方法，其特征在于:所述動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所述的原位測試方法，其特征在于:所述移動記載頭為位于所述鉆頭內(nèi)的移動活塞。4.一種快速測定深層土體抗剪強度的原位測試裝置，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活塞，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括一用于測量所述滑動活塞受力的壓力測量單元和一用于測量所述滑動活塞位移的位移測量單元，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)得到土體抗剪強度。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的原位測試裝置，其特征在于:所述滑動活塞位于一鉆頭內(nèi)，所述位移測量單元設(shè)置在所述鉆頭頂部，所述壓力量測單元設(shè)置在所述滑動活塞底部。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的快速測定深層土體抗剪強度的原位測試裝置，其特征在于:所述位移測量單元為位移傳感器。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的原位測試裝置，其特征在于:所述壓力測量單元采集土體在破壞時作用在所述滑動活塞上力數(shù)據(jù)，所述位移測量單元采集土體在破壞時活動活塞的位移數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)土體破壞時壓力測量單元的力數(shù)據(jù)和位移測量單元的位移數(shù)據(jù)得到土體抗剪強度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種快速測定深層土體抗剪強度的原位測試方法及裝置，其中原位測試方法的步驟為：步驟一、采用鉆頭鉆孔至深層土體，對深層土體采用移動加載頭進行逐級加載，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，計算深層土體抗剪強度Su。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明原位測試方法及裝置可以快速準(zhǔn)確地測量任意深度土體的不排水抗剪強度，具有省時、省力和高效等優(yōu)點。
【IPC分類】E02D1/00, E02D1/02
【公開號】CN105133563
【申請?zhí)枴緾N201510526171
【發(fā)明人】王照宇, 王洪霞, 沈建新, 呂永濤
【申請人】鹽城工學(xué)院
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年8月25日