[發(fā)明專利]一種硬土強度和結(jié)構測試的探針試驗裝置和方法

有效

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• 申請日: 2016-10-21
• 公開（公告）號: CN107271272B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發(fā)明（設計）人: 董青紅;劉菠
• 申請（專利權）人: 中國礦業(yè)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

一種探針試驗裝置和方法，適用于超固結(jié)、非均質(zhì)土的強度和結(jié)構測試時使用。包括探針固定架、拉壓應力傳感器、位移計、探針和上方設有試樣保護帽且有側(cè)限的柱狀硬土試樣，提供一種圓柱狀試塊軸線的多條貫入跡線上貫入阻力分布的試驗條件。通過不同直徑探針重復試驗獲得多條貫入跡線上貫入阻力分布、單個貫入跡線上硬土軟弱帶分區(qū)，從而獲得軟弱帶空間三維形態(tài)，根據(jù)硬土貫入阻力的空間分布數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析硬土強度特征，其不改變既有壓力機結(jié)構，試驗裝置拆裝方便，結(jié)構簡單，采集的數(shù)據(jù)詳細可靠；通過調(diào)整探針尺度、環(huán)刀和試樣保護帽尺寸可適應多尺寸試驗和多類硬土，適應性廣。

技術領域

本發(fā)明涉及一種探針試驗裝置和方法，尤其適用于超固結(jié)、非均質(zhì)土的強度 和結(jié)構測試時使用的硬土強度和結(jié)構測試的探針試驗裝置和方法。

背景技術

硬土強度介于巖石和土之間，常規(guī)土力學試驗裝備由于加載能力不足對于硬 土無能為力，常規(guī)巖石力學試驗裝備在加載初期硬土就發(fā)生顯著破壞，不利于捕 捉硬土變形破壞的力學過程。同時，硬土內(nèi)滑面、裂隙和孔洞發(fā)育，結(jié)構性對其 性質(zhì)影響也極為突出。目前，宏觀尺度的巖土地層界面和構造參數(shù)測試一般采用 物探、鉆探、槽探和洞探等方法，微觀微米或納米尺度孔隙的測試一般采用掃描 電鏡、壓汞試驗和CT掃描進行測試，但試塊試樣內(nèi)介于微觀和宏觀之間的結(jié)構 特征測試，尚缺乏有效的裝置和方法。鑒于此，研究和試制硬土內(nèi)部軟弱帶和硬 土強度的測試方法，是結(jié)構性硬土土性質(zhì)測試研究的重要內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容

技術問題：本發(fā)明是針對現(xiàn)有技術的不足之處，提供一種結(jié)構簡單，使用方 便，測試效果好的硬土強度和結(jié)構測試的探針試驗裝置和方法。

技術方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的硬土強度和結(jié)構測試的探針試驗裝置， 其特征在于：它包括設置在壓力機上壓頭和壓力機工作臺之間的探針固定架、探 針、計算機、位移計和上方設有試樣保護帽的柱狀硬土試樣；

所述探針固定架包括探針固定板，探針固定板四角上分別設有將探針固定板 固定在壓力機上壓頭上的強力磁鐵，探針固定板中心設有拉壓應力傳感器，拉壓 應力傳感器上垂直設有探針索頭，拉壓應力傳感器兩側(cè)在探針固定板上設有固定 孔，探針固定板、拉壓應力傳感器和探針鎖頭利用膠水連接，探針鎖頭上設有探 針，探針直徑0.5-3mm，硬土試樣設置在探針正下方的壓力機工作臺上；所述位 移計上端固定在壓力機上壓頭上，位移計下端采用磁鐵吸附在壓力機工作臺上；

所述拉壓應力傳感器和所述位移計通過導線與計算機相連接，用于采集貫入 阻力和貫入深度。

所述試樣保護帽上均勻設有多個探孔，探孔與探針直徑相匹配，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 硬土試樣的環(huán)刀內(nèi)徑配合一致，探孔直徑大于探針0.2mm；所述探針索頭為可調(diào) 結(jié)構，用于更換不同長度和直徑的探針。

一種硬土強度和結(jié)構測試試驗方法，其步驟如下：

a.試驗前先在擬定區(qū)域采集原狀硬土樣，利用環(huán)刀制成柱狀試樣，其上下 表面保持平行且上表面低于環(huán)刀上口2mm，每個被測地層制備2-3件柱狀試樣， 放置入恒溫恒濕養(yǎng)護箱內(nèi)待用，試驗全過程中柱狀試樣始終處于環(huán)刀的側(cè)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(tǒng)提供加載條件：控制壓力機抬起壓力機 上壓頭，在壓頭和壓力機工作臺之間安裝位移計，利用強力磁鐵將探針固定板吸 附固定在壓力機的上壓頭上，利用螺栓通過固定孔將探針固定板固定牢固，然后 根據(jù)硬土試樣的強度，按照高強度小直徑、低強度大直徑的原則選擇探針直徑， 將探針垂直向下固定在探針索頭上，安裝拉壓應力傳感器和位移計并與計算機相 連接；

c.選擇探孔與探針直徑匹配的試樣保護帽，在探針索頭正下方的壓力機工 作臺上平穩(wěn)地放置硬土試樣，在硬土試樣上安裝試樣保護帽，使試樣保護帽與硬 土試樣接實并嵌入環(huán)刀內(nèi)；