[發明專利]一種硬土強度和結構測試的探針試驗裝置和方法

有效

• 申請號: 201610921703.7
• 申請日: 2016-10-21
• 公開（公告）號: CN107271272B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 董青紅;劉菠
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/02;G01N3/06
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

1.一種硬土強度和結構測試的探針試驗方法，使用的硬土強度和結構測試的探針試驗裝置，包括設置在壓力機上壓頭（1）和壓力機工作臺(11)之間的探針固定架、探針（7）、計算機、位移計（12）和上方設有試樣保護帽（8）的柱狀硬土試樣（10）；

所述探針固定架包括探針固定板（2），探針固定板（2）四角上分別設有將探針固定板（2）固定在壓力機上壓頭（1）上的強力磁鐵（3），探針固定板（2）中心設有拉壓應力傳感器（4），拉壓應力傳感器（4）上垂直設有探針索頭（6），拉壓應力傳感器（4）兩側在探針固定板（2）上設有固定孔（13），探針固定板（2）、拉壓應力傳感器（4）和探針鎖頭（6）利用膠水連接，探針鎖頭（6）上設有探針（7），探針（7）直徑0.5-3mm，硬土試樣（10）設置在探針（7）正下方的壓力機工作臺（11）上；所述位移計（12）上端固定在壓力機上壓頭（1）上，位移計（12）下端采用磁鐵吸附在壓力機工作臺（11）上；

所述拉壓應力傳感器（4）和所述位移計（12）通過導線與計算機相連接，用于采集貫入阻力和貫入深度；

所述試樣保護帽（8）上均勻設有多個探孔（14），探孔（14）與探針（8）直徑相匹配，探孔位置按順序采用激光刻寫編碼和精確記錄探孔中心坐標，試樣保護帽的外徑與采集柱狀硬土試樣（10）的環刀（15）內徑配合一致，探孔（14）直徑大于探針0.2mm；

所述探針索頭（6）為可調結構，用于更換不同長度和直徑的探針（7）；

其特征在于步驟如下：

a．試驗前先在擬定區域采集原狀硬土樣，利用環刀（15）制成柱狀試樣（10），其上下表面保持平行且上表面低于環刀（15）上口2mm，每個被測地層制備2-3件柱狀試樣（10），放置入恒溫恒濕養護箱內待用，試驗全過程中柱狀試樣（10）始終處于環刀（15）的側限邊界條件和保護之下；

b．試驗采用伺服壓力機的控制系統提供加載條件：控制壓力機抬起壓力機上壓頭（1），在壓頭（1）和壓力機工作臺(11)之間安裝位移計（12），利用強力磁鐵（3）將探針固定板（2）吸附固定在壓力機的上壓頭（1）上，利用螺栓通過固定孔（13）將探針固定板固定牢固，然后根據硬土試樣（10）的強度，按照高強度小直徑、低強度大直徑的原則選擇探針（7）直徑，將探針（7）垂直向下固定在探針索頭（6）上，安裝拉壓應力傳感器（4）和位移計（12）并與計算機相連接；

c. 選擇探孔（14）與探針（7）直徑匹配的試樣保護帽（8），在探針索頭（6）正下方的壓力機工作臺（11）上平穩地放置硬土試樣（10），在硬土試樣（10）上安裝試樣保護帽（8），使試樣保護帽（8）與硬土試樣（10）接實并嵌入環刀（15）內；

d. 緩慢下降壓力機上壓頭（1）直至探針（7）接觸試樣保護帽（8），手握環刀（15）緩慢移動試樣（10），在保護帽（8）上選擇一個探孔（14）作為測試孔，使探孔（14）與探針（7）對準后進行進行預貫入測試，

采用位移計（12）與拉壓應力傳感器（4）連接電腦采集探針（7）貫入過程的應力和變形參數，進行硬土試樣（10）強度和結構測試采用應變控制式和應力控制式加載方式的兩者之一驅動探針（7），采用應力控制式加載方式時，探針（7）以固定應力貫入試樣（10），檢測貫入速率；采用應變控制式加載方式驅動時，探針（7）以固定應變速率勻速貫入試樣（10）檢測貫入阻力，貫入應變速率根據試樣強度多級可選，其范圍為0.01– 5mm/min，土質堅硬取小值，土質軟弱取大值；

e. 利用計算機分析試驗數據時，在應變控制式加載條件下，當繪制出的貫入深度——貫入阻力曲線出現突然下跌的近似平底谷狀曲線時即判斷試樣內部存在軟弱帶；在應力控制式加載條件下，當繪制出的貫入深度——貫入速度曲線出現突然躍起的近似平頂山峰狀曲線時即判斷當前的硬土試樣（10）內部存在軟弱帶；

f. 當獲得硬土試樣（10）多個探孔（14）的軟弱帶（9）分布的上下界位置后，利用計算機按探孔（14）坐標和軟弱帶（9）的上下界，重建試樣軟弱帶（9）的空間結構，根據探針（7）截面積和貫入荷載，獲得硬土試樣（10）不同位置的貫入阻力分布特征，采用統計方法研究試樣的強度。