CN110006756B - 一种孔内原位测量土体各向异性参数的装置及方法 - Google Patents

一种孔内原位测量土体各向异性参数的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种孔内原位测量土体各向异性参数的装置，包括主液压缸、容舱、加载板、顶座和底座，主液压缸通过不同方向的主液压缸钢筒与多个容舱对应连接，容舱包括顶出液压缸，伸缩杆套筒和连接面板，加载板通过伸缩杆与容舱内部的顶出液压缸相连，顶座包括连接槽、两个进油口、油管、导向轮和油管限位盘，底座包括连接件和导向轮。本发明还公开了孔内原位测量土体各向异性参数的方法，通过使用孔内原位测量土体各向异性参数的装置向第一进油口和第二进油口分别加油，通过得到伸缩杆的位移量来评估土体各向异性参数。

Description

一种孔内原位测量土体各向异性参数的装置及方法
技术领域
本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种孔内原位测量土体各向异性参数的装置及方法。
背景技术
目前，原位测试与室内试验测试方法是岩土体参数获取的两种重要基本手段。相比室内试验，原位试验具有测试对象代表性强、能够反映实际状态下的基本特性等优点，同时避免了室内试验样品扰动、效率低等弊端，能够满足地质灾害快速防治与治理的需求。但目前原位测试还存在一些不足，首先，由于传统原位试验受自身测试原理限制，对一些土体特殊的关键参数往往不能直接获取，从而必须依赖于室内试验研究，如黄土结构面参数等。其次在测试过程中，目前大部分原位测试仪器都将测试周围的岩土体当做一个“点”来进行处理，得到的测试结果实为测试周边土体的平均值，不能反映土体参数的各向异性。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种孔内各向异性参数原位测试装置及方法，以解决现有原位测试仪器不能反映土体各个方向异性参数的问题。
一种孔内原位测量土体各向异性参数的装置，包括主液压缸、容舱、加载板、顶座和底座；
所述的主液压缸设置于装置中轴，通过不同方向的主液压缸钢筒与多个容舱对应连接；
所述的容舱内部设置有顶出液压缸，顶出液压缸外侧设置有多个伸缩杆套筒，伸缩杆套筒通过连接面板与容舱外壁连接；
所述的加载板呈圆弧形，加载板通过伸缩杆与容舱内部的顶出液压缸相连；
所述的顶座设置于主液压缸顶端，顶座的顶部设置有连接槽，顶座侧面设置有多个导向轮，顶座内设置有两个进油口，第一进油口通过主液压缸油管与主液压缸相连，第二进油口通过顶出液压油缸油管与顶出液压缸进油口相连，所述的主液压缸油管与顶出液压油缸油管通过液压油管限位盘进行固定；
所述的底座设置于主液压缸底端，底座的底部设置有连接件，底座侧面设置有多个导向轮。
进一步地，所述的主液压缸通过三个方向的主液压缸钢筒与三个容舱对应连接，三个容舱相连呈圆环形。
进一步地，所述的伸缩杆套筒内部包括顶出液压油缸活塞、电容极板和伸缩杆。
进一步地，所述的顶出液压油缸油管呈弯折状。
进一步地，所述的导向轮通过连接构件铰链和曲柄滑块与所述的顶座和底座连接。
进一步地，所述的连接槽为球绞型连接槽，可以连接控制主机，所述的连接件为球绞型连接件。
进一步地，所述的容舱上包括可以进行供电与数据传输的电路。
一种孔内原位测量土体各向异性参数的装置的方法，包括如下步骤：
步骤1，通过连接槽与主机进行连接，将本装置移至预定深度的测试孔中；
步骤2，对第一进油口加油，主液压缸对容舱进行加载，容舱向外扩张，使加载板与周围土体接触，装置达到平衡状态；
步骤3，对第二进油口恒定加油，顶出液压缸推动伸缩杆和加载板继续向外扩张，待加载板稳定后，通过伸缩杆套筒内的电容极板得到加载板的位移量；
步骤4，通过容舱上的电路将该加载板的位移数据传输给主机，最终得到各个方向加载板的位移数据。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明可同时对于土体内部多个层位，以及同层位上多个方向进行载荷试验，测定土体变形的各向异性特征，克服了传统的孔内试验(如土体旁压仪)将试验周围土体当做“点”来进行试验的缺陷，便于进行结构面参数的测定；
2.本发明通过设置阵列式的加载板，使得各加载板之间得到的测试结果可以相互对比，提高装置的测试效果；
3.本发明实现了土体变形各向异性的原位测试，克服了室内试验操作复杂和取土扰动的缺陷。
附图说明
图1是本发明的三维示意图；
图2是本发明的半剖示意图；
图3是本发明的中截面俯视示意图；
图4是本发明的主液压缸示意图；
图5是本发明的顶出液压缸示意图；
图6是本发明的伸缩杆示意图；
图7是本发明的导向轮示意图；
图8是测试过程中某加载板位移与时间的关系曲线；
图9是本发明在遇到软弱夹层时的使用示意图；
图中的标号为：1-连接槽，2-主液压缸油管，3-液压油管限位盘，4-顶出液压缸油管，5-加载板，6-伸缩杆，7-主液压缸，8-顶出液压缸，9-容舱，10-导向轮，11-连接件，12-铰支座，13-曲柄，14-轮子，15-转轴，16-滑块，17-连接轴，61-电容极板，62-顶出液压缸活塞，71-主液压缸缸筒，72-主液压缸活塞，73-活塞杆，81-顶出液压缸进油口，82-顶出液压缸缸筒，83-伸缩杆套管，84-连接面板，100-土层，101-软弱夹层，102-预钻孔道。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
如图1，一种孔内原位测量土体各向异性参数的装置，包括主液压缸7、容舱9、加载板5、顶座和底座。
如图3，所述的主液压缸7设置于装置中轴，通过不同方向的主液压缸钢筒71与多个容舱9对应连接，在本实施例中，主液压缸7通过三个方向的主液压缸缸筒71与三个容舱9内侧的液压活塞72对应相连，在装置未启动，闭合时，三个容舱9围绕主液压缸7呈圆环型。
所述的容舱9内部设置有顶出液压缸8，顶出液压缸8外侧设置有多个伸缩杆套筒83，如图6，伸缩杆套筒83的内部包括顶出液压油缸活塞62、电容极板61和伸缩杆6，在顶出液压缸8工作时，压力通过活塞62推动伸缩杆6向外移动，使得电容极板61之间的阻抗值发生了变化，根据变化的阻抗值可以得到伸缩杆6的位移量，伸缩杆套筒83通过连接面板84与容舱9外壁连接，容舱9上包括可以进行供电和数据传输的电路，当采集到的伸缩杆套筒83阻抗值发生了变化，通过电路传到连接槽1，再将数据传递给连接在连接槽1的外部控制主机中。
所述的加载板5呈圆弧形，加载板5通过伸缩杆6与容舱9内部的顶出液压缸8相连，每个容舱9外包括多个加载板，呈阵列式布置，能够满足各向土地异性参数的测量。
所述的顶座设置于主液压缸7顶端，顶座的顶部设置有连接槽1，在本实施例中连接槽1为球绞型连接槽，可以与控制主机或者孔内其他测试构件进行连接，并对本装置进行供电，如图7，顶座侧面设置有多个导向轮10，导向轮10通过连接构件铰链12和曲柄滑块16与顶座和底座连接，滑块的前后移动引导向轮径向的收放。
顶座内设置有两个进油口，第一进油口通过主液压缸油管与主液压缸7相连，第二进油口通过顶出液压油缸油管4与顶出液压缸进油口81相连，顶出液压油缸油管呈弯折状，可以保证在容舱9进行向外扩张时油管的稳定，所述的主液压缸油管与顶出液压油缸油管4通过液压油管限位盘3进行固定；
所述的底座设置于主液压缸7底端，底座的底部设置有连接件11，在本实施例中连接槽1为球绞型连接件，可以与其他孔内测试连接槽进行连接，底座侧面设置有多个导向轮10。
实施例2：
利用实施例1记载的孔内原位测量土体各向异性参数装置测量土体各向异性参数的方法，包括如下步骤：
步骤1，通过连接槽1与主机进行连接，将本装置移至预定深度的测试孔中；
步骤2，对第一进油口加油，主液压缸7对容舱9进行加载，容舱9向外扩张，使加载板5与周围土体接触，装置达到平衡状态；
步骤3，对第二进油口恒定加油，顶出液压缸8推动伸缩杆6和加载板5继续向外扩张，待加载板5稳定后，通过伸缩杆套筒83内的电容极板得到加载板5的位移量；
步骤4，通过容舱9上的电路将该加载板5的位移数据传输给主机，最终得到各个方向加载板5的位移数据。
参考图8，为某一块加载板在使用时位移与时间的关系曲线。根据公式
其中，P为加载时的压力，δ为当前伸缩杆的位移，s为当前加载板的面积，由此得到了一个加载板的变形模量E，同时在主机统计存储各个加载板所得到的变形模量，得到土体各向异性的参数。
如图9，在孔内原位测量土体中，在土层100中通常包括软弱夹层101，在现有孔内原位测量土地参数的装置中，通常的测量都是正面的测量忽略了软弱夹层的存在，会将整个土层看成一面整体，在本装置的实现中，由于阵列式加载板的存在，相比于现有技术更能够测量得到土层中软弱夹层数据。

Claims (6)

1.一种孔内原位测量土体各向异性参数的装置，其特征在于，包括主液压缸(7)、容舱(9)、加载板(5)、顶座和底座；
所述的主液压缸(7)设置于装置中轴，通过不同方向的主液压缸钢筒(71)与多个容舱(9)对应连接；
所述的容舱(9)内部设置有顶出液压缸(8)，顶出液压缸(8)外侧设置有多个伸缩杆套筒(83)，伸缩杆套筒(83)通过连接面板(84)与容舱(9)外壁连接；
所述的加载板(5)呈圆弧形，加载板(5)通过伸缩杆(6)与容舱(9)内部的顶出液压缸(8)相连；
所述的顶座设置于主液压缸(7)顶端，顶座的顶部设置有连接槽(1)，顶座侧面设置有多个导向轮(10)，顶座内设置有两个进油口，第一进油口通过主液压缸油管与主液压缸(7)相连，第二进油口通过顶出液压油缸油管(4)与顶出液压缸进油口(81)相连，所述的主液压缸油管与顶出液压油缸油管(4)通过液压油管限位盘(3)进行固定；
所述的底座设置于主液压缸(7)底端，底座的底部设置有连接件(11)，底座侧面设置有多个导向轮(10)；
所述的主液压缸(7)通过三个方向的主液压缸钢筒(71)与三个容舱(9)对应连接，三个容舱(9)相连呈圆环形；
所述的伸缩杆套筒(83)内部包括顶出液压油缸活塞(62)、电容极板(61)和伸缩杆(6)。
2.如权利要求1所述的孔内原位测量土体各向异性参数的装置，其特征在于，所述的顶出液压油缸油管(4)呈弯折状。
3.如权利要求1所述的孔内原位测量土体各向异性参数的装置，其特征在于，所述的导向轮(10)通过连接构件铰链(12)和曲柄滑块(16)与所述的顶座和底座连接。
4.如权利要求1所述的孔内原位测量土体各向异性参数的装置，其特征在于，所述的连接槽(1)为球绞型连接槽，可以连接控制主机，所述的连接件(11)为球绞型连接件。
5.如权利要求1所述的孔内原位测量土体各向异性参数的装置，其特征在于，所述的容舱(9)上包括可以进行供电与数据传输的电路。
6.一种使用权利要求1-5任一项所述的孔内原位测量土体各向异性参数的装置的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，通过连接槽(1)与主机进行连接，将本装置移至预定深度的测试孔中；
步骤2，对第一进油口加油，主液压缸(7)对容舱(9)进行加载，容舱(9)向外扩张，使加载板(5)与周围土体接触，装置达到平衡状态；
步骤3，对第二进油口恒定加油，顶出液压缸(8)推动伸缩杆(6)和加载板(5)继续向外扩张，待加载板(5)稳定后，通过伸缩杆套筒(83)内的电容极板得到加载板(5)的位移量；
步骤4，通过容舱(9)上的电路将该加载板(5)的位移数据传输给主机，最终得到各个方向加载板(5)的位移数据。
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