[发明专利]一种端部滑移式高压大旁胀量的旁压仪新型探头

说明书

技术领域

本发明涉及岩土材料测试仪器技术领域，具体是一种端部滑移式高压大旁胀量的旁压仪新型探头。

背景技术

旁压试验是岩土工程中常用的原位测试手段之一，广泛应用于岩土体的勘察和试验研究中。旁压试验的仪器设备由气压源、主机控制系统、旁压探头以及连接管路等组成，其工作原理为：首先对地层钻孔至测试深度，然后改用适于旁压探头尺寸的钻头钻取旁压试验孔（一般为1m左右）；将旁压探头安装于试验孔内，通过主机控制系统和连接管路向圆柱形旁压探头内注入水和气，使得旁压探头扩张挤压周边的砂砾石层，并测定压力与变形的关系曲线，获得接触压力、临塑压力和极限压力及对应体变，计算得到地层的旁压模量和承载力，并根据经验关系式，对地层的密实度、强度和变形特性等进行评价，如图1和图2所示。

旁压探头是依靠弹性橡胶膜套的鼓胀而对地层施加压力，因此，要求旁压试验孔必须满足：孔壁光滑、孔径略大于旁压探头且不宜过大等(孔径过大会导致接触压力对应的体变太大，而旁压探头的总体变是有限的，则因体变超限而无法测得临塑压力或极限压力)。

岩土体是指自然沉积的地层或人工填筑的构筑物基础，一般包括粘土、粉土、砂土、砂砾石、碎石等；粗砂、砂砾石和碎石等粗颗粒岩土体，需要旁压探头满足高压力和大旁胀量的双重要求；同时，还应具有较强的防护功能，不能在试验过程中出现模套被刺破的情况；以顺利获得完整的旁压试验成果；下面以河床砂砾石覆盖层为例进行详细说明。

在水利水电工程建设中，经常遇到需在深厚砂砾石覆盖层上建坝的问题，如：规划建设的金沙江塔城（最大坝高305m，砂砾石覆盖层厚达100m）、大渡河猴子岩（坝高223m，覆盖层厚40～75m）、双江口（心墙坐落在基岩上，最大坝高314m，覆盖层厚达68m）等；此类工程建设需要预先掌握砂砾石覆盖层的物理力学特性，才能进行可行性研究和工程设计。由于砂砾石覆盖层属河床松散堆积体，不能直接获得原状样，需要通过原位测试手段确定其物理力学特性。砂砾石层的原位测试方法有旁压试验和动力触探两种；而动力触探测试深度超过20m后，其成果受杆长修正、能量损失、颗粒尺寸等的影响，无法准确定量评价；因此，旁压试验成为唯一可行的测试手段。

砂砾石覆盖层属松散颗粒堆积体，进行旁压试验时，普遍存在以下问题：

（1）钻孔形成旁压试验孔的孔径偏大，导致接触压力对应的体变偏大，且砂砾石覆盖层的临塑压力和极限压力较高，从而导致无法测得临塑压力和极限压力；

（2）钻孔形成旁压试验孔的孔壁并非光滑，存在较多石块棱角，在试验过程中，会刺破旁压探头上的橡胶膜，而导致试验失败。

现有的旁压探头采用了两侧完全固定、中部由弹性橡胶膜套组成压力腔的结构型式，现场大量试验数据表明：当旁胀量达到500ml且腔体压力超过1MPa时，橡胶膜套固定端与中部压力腔的过渡部位，会因局部拉伸应变过大而产生鼓胀破裂，导致试验中止。

综上所述，在粗颗粒岩土体中进行旁压试验时，因目前的旁压探头不能适应高压和大旁胀量的要求，而无法测得临塑压力和极限压力，只能依靠接触压力和施加的最大压力估算旁压模量；且橡胶模套被刺破现象屡屡发生，导致试验成功率很低。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供一种端部滑移式高压大旁胀量的旁压仪新型探头，该仪器能同时适应高压和大旁膨量的工况，可满足各类岩土体的测试要求。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种端部滑移式高压大旁胀量的旁压仪新型探头，包括中心轴、模胶外膜套、模胶内膜套、弹性保护钢片、滑移式固定件、水气管路和快速接头，模胶内膜套套设在中心轴上且模胶内膜套的两端压紧密封与中心轴形成水腔，模胶外膜套套设在中心轴上且位于模胶内膜套外层，模胶外膜套的两端通过滑移式固定件密封，中心轴、模胶外膜套以及滑移式固定件组成气腔，水气管路和快速接头包括气管、水管以及水气快速接头，气管、水管分别与气腔和水腔连通；模胶外膜套上均匀排列并叠层安装有弹性保护钢片，弹性保护钢片使用可伸缩的紧箍进行固定。

在上述技术方案中，中心轴上穿设有两个内膜套卡环，套设在中心轴上的内模胶模套的两端分别穿过所述两个内膜套卡环，并将内膜套卡环向两侧拉紧，通过中心轴上的内膜密封凸起与内膜套卡环之间压紧密封。