[發(fā)明專利]一種端部滑移式高壓大旁脹量的旁壓儀新型探頭

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410089659.9
• 申請(qǐng)日: 2014-03-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103821127A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程展林;程永輝;胡勝剛;饒錫保;李玫;唐文堅(jiān);鄒榮華;姜志全;陳云;邵青;周密;蔡漢利
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江科學(xué)院
• 主分類號(hào): E02D1/00
• 分類號(hào): E02D1/00
• 代理公司: 武漢楚天專利事務(wù)所 42113
• 代理人: 孔敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及巖土材料測(cè)試儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種端部滑移式高壓大旁脹量的旁壓儀新型探頭。

背景技術(shù)

旁壓試驗(yàn)是巖土工程中常用的原位測(cè)試手段之一，廣泛應(yīng)用于巖土體的勘察和試驗(yàn)研究中。旁壓試驗(yàn)的儀器設(shè)備由氣壓源、主機(jī)控制系統(tǒng)、旁壓探頭以及連接管路等組成，其工作原理為：首先對(duì)地層鉆孔至測(cè)試深度，然后改用適于旁壓探頭尺寸的鉆頭鉆取旁壓試驗(yàn)孔（一般為1m左右）；將旁壓探頭安裝于試驗(yàn)孔內(nèi)，通過(guò)主機(jī)控制系統(tǒng)和連接管路向圓柱形旁壓探頭內(nèi)注入水和氣，使得旁壓探頭擴(kuò)張擠壓周邊的砂礫石層，并測(cè)定壓力與變形的關(guān)系曲線，獲得接觸壓力、臨塑壓力和極限壓力及對(duì)應(yīng)體變，計(jì)算得到地層的旁壓模量和承載力，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，對(duì)地層的密實(shí)度、強(qiáng)度和變形特性等進(jìn)行評(píng)價(jià)，如圖1和圖2所示。

旁壓探頭是依靠彈性橡膠膜套的鼓脹而對(duì)地層施加壓力，因此，要求旁壓試驗(yàn)孔必須滿足：孔壁光滑、孔徑略大于旁壓探頭且不宜過(guò)大等(孔徑過(guò)大會(huì)導(dǎo)致接觸壓力對(duì)應(yīng)的體變太大，而旁壓探頭的總體變是有限的，則因體變超限而無(wú)法測(cè)得臨塑壓力或極限壓力)。

巖土體是指自然沉積的地層或人工填筑的構(gòu)筑物基礎(chǔ)，一般包括粘土、粉土、砂土、砂礫石、碎石等；粗砂、砂礫石和碎石等粗顆粒巖土體，需要旁壓探頭滿足高壓力和大旁脹量的雙重要求；同時(shí)，還應(yīng)具有較強(qiáng)的防護(hù)功能，不能在試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)模套被刺破的情況；以順利獲得完整的旁壓試驗(yàn)成果；下面以河床砂礫石覆蓋層為例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

在水利水電工程建設(shè)中，經(jīng)常遇到需在深厚砂礫石覆蓋層上建壩的問(wèn)題，如：規(guī)劃建設(shè)的金沙江塔城（最大壩高305m，砂礫石覆蓋層厚達(dá)100m）、大渡河猴子巖（壩高223m，覆蓋層厚40～75m）、雙江口（心墻坐落在基巖上，最大壩高314m，覆蓋層厚達(dá)68m）等；此類工程建設(shè)需要預(yù)先掌握砂礫石覆蓋層的物理力學(xué)特性，才能進(jìn)行可行性研究和工程設(shè)計(jì)。由于砂礫石覆蓋層屬河床松散堆積體，不能直接獲得原狀樣，需要通過(guò)原位測(cè)試手段確定其物理力學(xué)特性。砂礫石層的原位測(cè)試方法有旁壓試驗(yàn)和動(dòng)力觸探兩種；而動(dòng)力觸探測(cè)試深度超過(guò)20m后，其成果受桿長(zhǎng)修正、能量損失、顆粒尺寸等的影響，無(wú)法準(zhǔn)確定量評(píng)價(jià)；因此，旁壓試驗(yàn)成為唯一可行的測(cè)試手段。

砂礫石覆蓋層屬松散顆粒堆積體，進(jìn)行旁壓試驗(yàn)時(shí)，普遍存在以下問(wèn)題：

（1）鉆孔形成旁壓試驗(yàn)孔的孔徑偏大，導(dǎo)致接觸壓力對(duì)應(yīng)的體變偏大，且砂礫石覆蓋層的臨塑壓力和極限壓力較高，從而導(dǎo)致無(wú)法測(cè)得臨塑壓力和極限壓力；

（2）鉆孔形成旁壓試驗(yàn)孔的孔壁并非光滑，存在較多石塊棱角，在試驗(yàn)過(guò)程中，會(huì)刺破旁壓探頭上的橡膠膜，而導(dǎo)致試驗(yàn)失敗。

現(xiàn)有的旁壓探頭采用了兩側(cè)完全固定、中部由彈性橡膠膜套組成壓力腔的結(jié)構(gòu)型式，現(xiàn)場(chǎng)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：當(dāng)旁脹量達(dá)到500ml且腔體壓力超過(guò)1MPa時(shí)，橡膠膜套固定端與中部壓力腔的過(guò)渡部位，會(huì)因局部拉伸應(yīng)變過(guò)大而產(chǎn)生鼓脹破裂，導(dǎo)致試驗(yàn)中止。

綜上所述，在粗顆粒巖土體中進(jìn)行旁壓試驗(yàn)時(shí)，因目前的旁壓探頭不能適應(yīng)高壓和大旁脹量的要求，而無(wú)法測(cè)得臨塑壓力和極限壓力，只能依靠接觸壓力和施加的最大壓力估算旁壓模量；且橡膠模套被刺破現(xiàn)象屢屢發(fā)生，導(dǎo)致試驗(yàn)成功率很低。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明提供一種端部滑移式高壓大旁脹量的旁壓儀新型探頭，該儀器能同時(shí)適應(yīng)高壓和大旁膨量的工況，可滿足各類巖土體的測(cè)試要求。

本發(fā)明的目的是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種端部滑移式高壓大旁脹量的旁壓儀新型探頭，包括中心軸、模膠外膜套、模膠內(nèi)膜套、彈性保護(hù)鋼片、滑移式固定件、水氣管路和快速接頭，模膠內(nèi)膜套套設(shè)在中心軸上且模膠內(nèi)膜套的兩端壓緊密封與中心軸形成水腔，模膠外膜套套設(shè)在中心軸上且位于模膠內(nèi)膜套外層，模膠外膜套的兩端通過(guò)滑移式固定件密封，中心軸、模膠外膜套以及滑移式固定件組成氣腔，水氣管路和快速接頭包括氣管、水管以及水氣快速接頭，氣管、水管分別與氣腔和水腔連通；模膠外膜套上均勻排列并疊層安裝有彈性保護(hù)鋼片，彈性保護(hù)鋼片使用可伸縮的緊箍進(jìn)行固定。

在上述技術(shù)方案中，中心軸上穿設(shè)有兩個(gè)內(nèi)膜套卡環(huán)，套設(shè)在中心軸上的內(nèi)模膠模套的兩端分別穿過(guò)所述兩個(gè)內(nèi)膜套卡環(huán)，并將內(nèi)膜套卡環(huán)向兩側(cè)拉緊，通過(guò)中心軸上的內(nèi)膜密封凸起與內(nèi)膜套卡環(huán)之間壓緊密封。