CN105133563A - 一种快速测定深层土体抗剪强度的原位测试方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种快速测定深层土体抗剪强度的原位测试方法及装置，其中原位测试方法的步骤为：步骤一、采用钻头钻孔至深层土体，对深层土体采用移动加载头进行逐级加载，并记录加载力和加载位移直至土体破坏；步骤二、根据步骤一记录的加载力和加载位移，绘制加载力与加载位移的P-S曲线；步骤三、根据步骤二绘制的P-S曲线，得到土体的极限承载力qult；步骤四、根据步骤三得到的土体的极限承载力qult，计算深层土体抗剪强度Su。与现有技术相比，本发明原位测试方法及装置可以快速准确地测量任意深度土体的不排水抗剪强度，具有省时、省力和高效等优点。

Description

一种快速测定深层土体抗剪强度的原位测试方法及装置
技术领域
本发明涉及一种可以快速测定深层土体抗剪强度的原位测试装置，属于岩土工程原位测试领域中土体可直接量测土体抗剪强度的原位测试方法及装置。
背景技术
在各种土木工程建设工作中，在进行土体稳定性的计算分析时，土的抗剪强度是其中最重要的计算参数。能否正确地测定土的抗剪强度，往往是设计质量和工程成败的关键所在。土的抗剪强度特性与许多因素有关，主要有土的成份、结构(组构和互相连结)、历史、应力和应变，以及试验方法和技术等。
原位测试技术可减少土样在运输过程所受扰动及室内试验前的含水量损失和尺寸效应等产生的问题；对取得难以取得代表性原状样的岩土材料可获得原状土准确的原位强度；同时其还具有工期较短的优势。
发明内容
技术问题：本发明要解决的技术问题是针对目前尚无直接针对土体的抗剪强度进行原位量测的装置，发明了一种简便、有效、操作简单的快速测定深层土体抗剪强度的原位测试方法及装置，可有效获得土体原位状态下的抗剪强度。
技术方案：
一种快速测定深层土体抗剪强度的原位测试方法，其特征在于，步骤为：
步骤一、采用钻头钻孔至深层土体，对深层土体采用移动加载头进行逐级加载，并记录加载力和加载位移直至土体破坏；
步骤二、根据步骤一记录的加载力和加载位移，绘制加载力与加载位移的P-S曲线；
步骤三、根据步骤二绘制的P-S曲线，得到土体的极限承载力qult；
步骤四、根据步骤三得到的土体的极限承载力qult，计算深层土体抗剪强度Su：
Su＝qult/n
式中，n为承载力系数值。
所述动加载头的形状为圆形，承载力系数值取n＝0.0625。
所述移动记载头为位于所述钻头内的移动活塞。
一种快速测定深层土体抗剪强度的原位测试装置，其特征在于：包括加载头、数据采集***以及数据处理***，所述记载头为一与压杆连接的滑动活塞，所述数据采集***包括一用于测量所述滑动活塞受力的压力测量单元和一用于测量所述滑动活塞位移的位移测量单元，所述数据处理***根据所述数据采集***采集的力数据和位移数据得到土体抗剪强度。
所述滑动活塞位于一钻头内，所述位移测量单元设置在所述钻头顶部，所述压力量测单元设置在所述滑动活塞底部。
所述位移测量单元为位移传感器。
所述压力测量单元采集土体在破坏时作用在所述滑动活塞上力数据，所述位移测量单元采集土体在破坏时活动活塞的位移数据，所述数据处理***根据土体破坏时压力测量单元的力数据和位移测量单元的位移数据得到土体抗剪强度。
本发明快速测定深层土体抗剪强度的原位测试方法及装置，采用压杆从钻头上部将可滑动活塞压入土体；在压入过程中，钻头上部位移传感器记录活塞压入的位移S，活塞下部的压力量测单元记录土体所受的压力P，直至土体完全破坏。
有益效果：土的抗剪强度是土的最基本的力学指标之一，是土木工程勘察领域需要首先确定的基本参数。目前土的抗剪强度的确定依赖于钻孔取样与室内试验，然而由于取样的扰动和运输土样过程中水分的丧失，使得室内试验的结果往往存在误差。
本发明解决了快速测定深层土体抗剪强度问题，可获得深层土体原位状态下的不排水抗剪强度。可有效缩短深层土体的勘察周期，降低勘察成本，提高勘察精度。
附图说明
图1是本发明的元件装置图；
图2为土体的加载-位移曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施实例对本发明作进一步说明。
本发明快速测定深层土体抗剪强度的原位测试装置，包括后端与压杆2连接的加载头移动活塞5、由位移传感器3和压力测量单元6组成的数据采集***以及数据处理***组成。其中位移传感器3和压力测量单元6通过传输电缆1与地面的数据处理***相连。滑动活塞5位于钻头4内部；钻头4顶部设有位移传感器3，滑动活塞5底部设有压力量测单元6。
钻头外径76.2mm，内径75mm。
位移传感器最小分辨率0.1mm；工作温度：-20℃+70℃。
压力量测单元满足线性误差＜±0.1％FS，重复性误差＜±0.25％FS，迟滞性误差＜±0.4％FS；工作温度为-20℃～+70℃。
压杆2从钻头4上部将滑动活塞5压入土体；在压入过程中，钻头上部位移传感器3记录活塞压入的位移S，活塞下部的压力量测单元6记录土体所受的压力P，直至土体完全破坏，生成如图2所示的加载P～S曲线。
从图2中的P-S曲线可以看出，土体的变形主要分为三个阶段：OA阶段为直线变形阶段(P＜P0)，土体处于弹性阶段；AB阶段为塑性变形阶段(P0＜P≤Pu)，部分土体发生剪切破坏；BC阶段为破坏阶段(P＜Pu)，土体完全达到破坏阶段。
图2中，B点位移处所对应的Pu值即为土体极限承载力qult，根据土的承载力理论，
qult＝n*Su(1)
式中，n为承载力系数，与动加载头截面形状有关，对于圆形动加载头，通常取n＝0.0625；Su为土体的不排水抗剪强度。
根据土体加载得到的P～S曲线，确定对应的土体极限承载力qult，然后根据对应的承载力系数n，依据依据公式(1)进而确定不同土体的不排水抗剪强度Su。

Claims (7)

1.一种快速测定深层土体抗剪强度的原位测试方法，其特征在于，步骤为：
步骤一、采用钻头钻孔至深层土体，对深层土体采用移动加载头进行逐级加载，并记录加载力和加载位移直至土体破坏；
步骤二、根据步骤一记录的加载力和加载位移，绘制加载力与加载位移的P-S曲线；
步骤三、根据步骤二绘制的P-S曲线，得到土体的极限承载力qult；
步骤四、根据步骤三得到的土体的极限承载力qult，计算深层土体抗剪强度Su：
Su＝qult/n
式中，n为承载力系数值。
2.根据权利要求1所述的原位测试方法，其特征在于：所述动加载头的形状为圆形，承载力系数值取n＝0.0625。
3.根据权利要求1所述的原位测试方法，其特征在于：所述移动记载头为位于所述钻头内的移动活塞。
4.一种快速测定深层土体抗剪强度的原位测试装置，其特征在于：包括加载头、数据采集***以及数据处理***，所述记载头为一与压杆连接的滑动活塞，所述数据采集***包括一用于测量所述滑动活塞受力的压力测量单元和一用于测量所述滑动活塞位移的位移测量单元，所述数据处理***根据所述数据采集***采集的力数据和位移数据得到土体抗剪强度。
5.根据权利要求4所述的原位测试装置，其特征在于：所述滑动活塞位于一钻头内，所述位移测量单元设置在所述钻头顶部，所述压力量测单元设置在所述滑动活塞底部。
6.根据权利要求5所述的快速测定深层土体抗剪强度的原位测试装置，其特征在于：所述位移测量单元为位移传感器。
7.根据权利要求4所述的原位测试装置，其特征在于：所述压力测量单元采集土体在破坏时作用在所述滑动活塞上力数据，所述位移测量单元采集土体在破坏时活动活塞的位移数据，所述数据处理***根据土体破坏时压力测量单元的力数据和位移测量单元的位移数据得到土体抗剪强度。
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