[发明专利]深孔内土体压缩变形模量及强度的测试装置及其测试方法

说明书

技术领域

    本发明属于岩土工程原位测试技术领域，具体涉及一种深孔内土体压缩变形模量及强度的测试装置及其测试方法。

背景技术

自然界中的土体受其成因条件、气候环境等影响造成其物理力学性质的千差万别，获取土体准确的物理力学参数不仅是工程勘察的重要内容，同时也直接关系着工程设计的安全性和合理性。工程中常用土工室内试验成果作为设计依据，但是土体作为一种典型三相颗粒散体堆积物，取样时的扰动、边界条件变化，运输过程、尺寸效应等都对试验结果有一定影响，所以在试验场地内开展原位试验是获得准确土体物理力学参数相对较好方法。

评价工程地基状态最直接可靠的试验方法即是载荷板试验，孔内载荷板试验可以分层评价地基的压缩模量及承载力特征，其结果对工程的设计分析具有重要意义。但是目前并没有针对孔内载荷板试验系统和方法，一般由人工开挖成孔后放入大直径载荷板后在孔口堆载，采用传力杆给孔底载荷板提供反力，位移杆在地表测量孔底载荷板位移，较长的传力杆和位移杆对于微米级的试验精度要求影响较大，而且人工挖孔风险大、深度小、成本高、周期长，仅在重要的地铁设计项目勘察中有较少应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种深孔内土体压缩变形模量及强度的测试装置及其测试方法，对深层地基进行精确的测试。

本发明所采用的技术方案是：

深孔内土体压缩变形模量及强度的测试装置，其特征在于：

包括气压反力系统、液压载荷板系统和测试系统；

气压反力系统设置有圆筒形的上心管，上心管外环套气压橡胶膜；上心管的顶端通过螺纹连接方式固定有上盖板，上盖板顶部设置有吊环；上心管的底端焊接固定有下盖板；

液压载荷板系统设置有圆筒形的下心管；下心管顶端通过螺纹连接方式固定有压力传感器，压力传感器顶面焊接固定有千斤顶，千斤顶通过法兰盘与上心管相连接；下心管下部外圈焊接有环形水平的支撑板，支撑板上方设置有支撑环；支撑环内圈通过滚柱轴承固定于下心管外壁，外圈固定有环下心管设置的环带状的液压橡胶膜，内圈与外圈之间设置有辐射状的肋条，置于支撑板上；下心管底端焊接固定有载荷板；

测试系统中包括液压泵、液压管、气压泵、气压管、测试仪器、测试线和位移传感器；液压管从液压泵接出，另一端接入液压橡胶膜；气压管从气压泵接出，另一端接入气压橡胶膜；测试线从测试仪器接出，另一端接入支撑环上设置的位移传感器。

液压管上设置有液压橡胶膜控制阀。

液压管上设置有分支，接入千斤顶，分支上设置有千斤顶控制阀。

载荷板底部设置有垫层。

液压管、气压管和测试线均穿过上心管。

吊环通过吊装钢缆与吊装设备相连接。

深孔内土体压缩变形模量及强度的测试方法，其特征在于：

由以下步骤实现：

步骤一：钻孔的施工：

利用吊装设备和机械洛阳铲铲头在试验点位成孔，钻孔直径为载荷板直径加100mm；

钻孔到试验深度后提出钻头并清孔，然后往孔底倒入10cm厚中粗砂整平；

步骤二：测试装置组装：

组装液压载荷板系统，将液压橡胶膜套在支撑环外端，并将支撑环套放在下心管外的支撑板上，然后将千斤顶和压力传感器连接于下心管顶部，将位移传感器固定在支撑环上；

在钻孔孔口固定垫叉，用吊装设备将组装好的液压载荷板系统放在垫叉上；

组装气压反力系统，首先将气压橡胶膜套装在上心管外，然后将上盖板拧紧在上心管上，将下盖板焊接于上心管低端；

用吊装设备将气压反力系统吊装至钻孔孔口的液压载荷板系统上，用螺栓将法兰盘紧固后取掉垫叉；

布置测试系统：液压管从液压泵接出，另一端接入液压橡胶膜；测试线从测试仪器接出，另一端接入位移传感器；气压管从气压泵接出，另一端接入气压橡胶膜；

步骤三：测试：

将组装好的液压载荷板系统和气压反力系统缓慢放入孔底后，松开吊装钢缆，开启气压泵送气至气压橡胶膜，维持30kpa气压15分钟后，打开气压泵的泄气阀将气压橡胶膜内的气体压力减小至5kpa；

读取压力传感器初值，打开气压泵将气压橡胶膜内气压加至30kpa，打开液压泵和千斤顶控制阀，缓慢加压读取压力传感器压力值，压力传感器压力达20kpa时稳定压力；

打开液压橡胶膜控制阀，维持液压橡胶膜内压力30kpa，关闭液压橡胶膜控制阀，读取位移传感器初值；