[發明專利]土質地層地應力測試探孔成孔裝置及成孔方法與應用

有效

• 申請號: 201710895640.7
• 申請日: 2017-09-28
• 公開（公告）號: CN107604888B
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 胡指南;任宇錚;黨丁;賓勝林;王樹永;馬超超;馮懷平;楊萬精;趙子鋒;趙曉曉;黃繼新;吳樹清
• 申請（專利權）人: 石家莊鐵道大學
• 主分類號: E02D1/02
• 分類號: E02D1/02
• 代理公司: 西安佩騰特知識產權代理事務所(普通合伙) 61226
• 代理人: 曹宇飛

本發明涉及土質地層地應力測試探孔成孔裝置及成孔方法與應用，該成孔裝置包括負壓抽土機構、抽土管以及切土機構；切土機構通過抽土管與負壓抽土機構連通，利用負壓抽土機構的負壓壓差將切土機構切削的土體抽吸后排出，本發明采用鋼殼護壁，特制刀具切土，負壓抽吸出土的地質探孔成孔技術，能夠快速成孔，且對地層擾動小，孔徑范圍可調，工程造價低且施工安全性高，操作簡便，適用于含水量低于40％的非飽和砂性土(中砂、細沙及粉砂等)，及含水量低于50％的非飽和土質地層(粉土、粉質粘土、黃土等)，此外本發明提供的土質地層地應力測試方法簡單可靠，能夠測出初始地應力，對土質地層數值計算具有重要的意義，保證土質地層數值計算結果能夠更準確、全面。

技術領域

本發明屬于地質探孔成孔技術領域，具體涉及一種土質地層地應力測試探孔成孔裝置及成孔方法與應用。

背景技術

地應力是指賦存于巖土體當中的應力，可以分為自重應力和構造應力。初始地應力的測定對于基礎工程與地下工程有著十分重要的意義。但是目前地應力測試一般都在基坑或洞室開挖出露之后進行，提前準確獲取土層中地應力的途徑少之又少。對于巖體結構，地應力測試方法有應力解除法、應力恢復法和水壓致裂法3種。其中，前兩種方法適用于出露的巖體，而后一種方法則明顯不適用于土質地層。而目前，地應力測試的聲發射率法、聲波法、地震波法和電阻率法尚處于研究當中，而且測試裝置成本過高。

初始地應力的獲取對于數值計算也有著非常重大的意義，當前土質地層工程結構數值計算中，一般先根據土層參數計算土的自重應力，再根據經驗考慮一定的側壓力系數k，來確定側向土壓力(水平向地應力)。而側向土壓力對于地下結構的穩定起著關鍵性影響。由于，無法準確確定側向土壓力，數值計算結果往往也失之偏頗，無法準備、合理地反映地下結構的受力特性。但目前對于土中水平向地應力的測試并無行之有效且簡便的方法，亟需一種測試效果較好、測試方法簡便、且成本低廉的土質地層地應力測試方法。

在地質探孔內進行土壓力測試以獲得土中的初始地應力，是一種較為行之有效的方法。但目前地質探孔在成孔過程中對土層的擾動較大，影響初始地應力測試結果。且成孔后不能迅速、無間隔地進行地應力測試，導致土中地應力產生一定的釋放，對測試結果的影響也較大。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種對地層擾動小、施工安全性高、成孔速度快的土質地層地應力測試探孔成孔裝置，同時本發明還提供了一種用該土質地層地應力測試探孔成孔裝置實現的成孔方法。

本發明的目的之二是提供一種測試速度快、測試成本低且可準確獲得地層任意深度水平地應力的土質地層地應力測試方法。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：

該土質地層地應力測試探孔成孔裝置，其包括負壓抽土機構1、抽土管3以及切土機構4；切土機構4通過抽土管3與負壓抽土機構1連通，利用負壓抽土機構1的負壓壓差將切土機構4切削的土體抽吸后排出。

進一步限定，所述切土機構4包括外層護殼43、內層護殼42、刀盤、電機41以及支撐架44，所述內層護殼42套裝在外層護殼43內并可沿著外層護殼43上下滑動，所述電機41設置在抽土管3的管口中心處并通過穿過抽土管3管壁的支撐架44與內層護殼42固定連接，所述電機41的輸出軸延伸至抽土管3管口外側并與刀盤連接。

進一步限定，所述刀盤包括與電機41的輸出軸連接的中心棱錐刀具45以及套裝在中心棱錐刀具45外側的U型切刀組。

進一步限定，所述U型切刀組是由至少1組在平面上呈花型均勻分布的U型切刀組成，所述U型切刀46的兩端頭分別彎曲向下形成刀刃。

進一步限定，所述U型切刀組包括2～5組U型切刀46，且U型切刀46以中心棱錐刀具45為中心由內向外分布，且U型切刀46的刀刃彎折角度由外向內逐漸遞減、刀刃長度由內向外逐漸遞減。