[發明專利]一種用于評價巖土材料風化程度和加固效果的測試系統

在審

• 申請號: 202111293757.0
• 申請日: 2021-11-03
• 公開（公告）號: CN114279948A
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 原鵬博;林敖;張文婷;朱磊;姚俊;王楚斌
• 申請（專利權）人: 蘭州大學
• 主分類號: G01N19/00
• 分類號: G01N19/00
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 朱廣

本發明公開了一種用于評價巖土材料風化程度和加固效果的測試系統。由鉆入阻力測試裝置模塊、數據采集模塊和數據分析模塊組成，鉆入阻力測試裝置模塊包括機械元件和控制系統。控制系統包括推進速率與位移單軸控制器、PWM轉速控制電路、推進速度和轉速監測和反饋補償調節系統。數據采集模塊包括壓力傳感器、轉速傳感器、數字變送器、數據采集儀,采集數據通過數字變送器傳送儲存于數據采集儀。數據處理模塊對鉆入過程實現參數化控制，植入數據處理程序，實現數據統計、數學計算、濾波分析、相關性分析、平滑處理等功能。本發明是一種方便快捷、真實有效的巖土材料性能原位微損檢測手段，尤其能更好的滿足文物非破壞性原位測試的要求。

技術領域

本發明涉及巖土材料性能檢測技術領域,尤其涉及一種用于評價巖土材料風化程度和加固效果的測試系統。

背景技術

在巖土材料性能檢測技術領域中，因取樣困難、試驗誤差、現有技術的局限性，缺乏對巖土材料性能定量評價的可靠便捷的原位檢測手段。尤其在當前的文物保護實際工程中,因文物的特殊屬性，存在兩個尚未有效解決的兩個問題：

(1)巖土質不可移動文物風化程度的判定：長期以來，對于石窟寺或土遺址等風化程度的判定只能通過現場考察時的主觀經驗性評價或者現場取已坍塌的塊體帶回實驗室進行分析測試。存在僅僅通過對表層的觀察,往往很難了解材料內部的情況的問題,很少有關于強度增加或減少的直接信息，而將現場已坍塌的塊體的性能去評價主體的情況,因材料本身賦存環境的變化，其結果往往也不具有代表性。未能對表層風化層強度、厚度進行量化。

(2)加固效果評價：在現有的加固效果評價體系中，絕大部分都是基于實驗室方法從力學強度、環境耐久性、兼容性等方面得出的室內加固效果評價。由于實驗室的加固方法和養護環境,以及待測試試樣是本身脫落賦存環境的坍塌塊體或制作的標準試件，與實際的材料本體性質存在差異,實驗室得出的結果可能和現場施工效果差別較大。現有方法很少可以原位使用，或只能評估淺表層,具有嚴重的限制，缺乏有效的原位檢測手段。如何對現場加固工程的固化強度、加固深度、有沒有存在所謂的加固和未加固層之間的明顯分界面等加固效果量化評價,也是亟需解決的問題。

巖土材料的檢測手段和保護措施都應盡可能減少對本體的干擾和破壞，一種用于評價巖土材料風化程度和加固效果的測試系統可以通過在巖土材料本體上鉆入幾毫米直徑的微孔進行原位微損測試,基于距離表層不同深度下的鉆入阻力值,很直觀的判斷出風化層的強度、風化層的厚度，對加固固化強度、加固有效范圍等加固效果量化評價，為巖土材料性能檢測尤其文物保護領域中提供新方法。

發明內容

為解決上述技術問題,本發明提供的技術方案為一種在恒定推進速度推動下恒定轉動速度的鉆頭鉆入待測試試樣,通過內置的傳感器采集鉆頭鉆入時所受阻力，描述鉆入深度與鉆入阻力之間的對應關系的用于評價巖土材料風化程度和加固效果的測試系統。

本系統由鉆入阻力測試裝置模塊、數據采集模塊和數據分析模塊組成，所述鉆入阻力測試裝置模塊包括機械元件和控制系統，所述機械元件包括殼體、伺服電機、轉動電機、減速器、鉆夾具、鉆頭、接觸裝置、電源和啟動開關；伺服電機、轉動電機、減速器、電源和啟動開關置于殼體內，所述伺服電機一端固定于殼體端頭，一端通過傳動絲桿與轉動電機連接，所述減速器一端與轉動電機連接，另一端連接鉆夾具，所述鉆頭通過鉆夾具固定，鉆頭的周端設置有固定接觸裝置,電源置于殼體上端邊角處；所述控制系統包括推進速率與位移單軸控制器、PWM轉速控制電路、推進速度和轉速監測和反饋補償調節系統，所述數據采集模塊包括壓力傳感器、轉速傳感器、數字變送器和數據采集儀,所述壓力傳感器一端與傳動絲桿端固定，另一端與轉動電機接觸連接，所述轉速傳感器置于減速器與鉆夾具之間，轉速傳感器采集的數據通過數字變送器傳送儲存于數據采集儀，所述數據分析模塊包括數據處理器，數據處理器與數字變送器、數據采集儀一起置于殼體上端。

所述伺服電機和轉動電機上均設有編碼器，伺服電機采用閉環伺服控制系統，轉動電機采用閉環穩速控制系統。