[发明专利]土质地层地应力测试探孔成孔装置及成孔方法与应用

说明书

本发明涉及土质地层地应力测试探孔成孔装置及成孔方法与应用，该成孔装置包括负压抽土机构、抽土管以及切土机构；切土机构通过抽土管与负压抽土机构连通，利用负压抽土机构的负压压差将切土机构切削的土体抽吸后排出，本发明采用钢壳护壁，特制刀具切土，负压抽吸出土的地质探孔成孔技术，能够快速成孔，且对地层扰动小，孔径范围可调，工程造价低且施工安全性高，操作简便，适用于含水量低于40％的非饱和砂性土(中砂、细沙及粉砂等)，及含水量低于50％的非饱和土质地层(粉土、粉质粘土、黄土等)，此外本发明提供的土质地层地应力测试方法简单可靠，能够测出初始地应力，对土质地层数值计算具有重要的意义，保证土质地层数值计算结果能够更准确、全面。

技术领域

本发明属于地质探孔成孔技术领域，具体涉及一种土质地层地应力测试探孔成孔装置及成孔方法与应用。

背景技术

地应力是指赋存于岩土体当中的应力，可以分为自重应力和构造应力。初始地应力的测定对于基础工程与地下工程有着十分重要的意义。但是目前地应力测试一般都在基坑或洞室开挖出露之后进行，提前准确获取土层中地应力的途径少之又少。对于岩体结构，地应力测试方法有应力解除法、应力恢复法和水压致裂法3种。其中，前两种方法适用于出露的岩体，而后一种方法则明显不适用于土质地层。而目前，地应力测试的声发射率法、声波法、地震波法和电阻率法尚处于研究当中，而且测试装置成本过高。

初始地应力的获取对于数值计算也有着非常重大的意义，当前土质地层工程结构数值计算中，一般先根据土层参数计算土的自重应力，再根据经验考虑一定的侧压力系数k，来确定侧向土压力(水平向地应力)。而侧向土压力对于地下结构的稳定起着关键性影响。由于，无法准确确定侧向土压力，数值计算结果往往也失之偏颇，无法准备、合理地反映地下结构的受力特性。但目前对于土中水平向地应力的测试并无行之有效且简便的方法，亟需一种测试效果较好、测试方法简便、且成本低廉的土质地层地应力测试方法。

在地质探孔内进行土压力测试以获得土中的初始地应力，是一种较为行之有效的方法。但目前地质探孔在成孔过程中对土层的扰动较大，影响初始地应力测试结果。且成孔后不能迅速、无间隔地进行地应力测试，导致土中地应力产生一定的释放，对测试结果的影响也较大。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种对地层扰动小、施工安全性高、成孔速度快的土质地层地应力测试探孔成孔装置，同时本发明还提供了一种用该土质地层地应力测试探孔成孔装置实现的成孔方法。

本发明的目的之二是提供一种测试速度快、测试成本低且可准确获得地层任意深度水平地应力的土质地层地应力测试方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

该土质地层地应力测试探孔成孔装置，其包括负压抽土机构1、抽土管3以及切土机构4；切土机构4通过抽土管3与负压抽土机构1连通，利用负压抽土机构1的负压压差将切土机构4切削的土体抽吸后排出。

进一步限定，所述切土机构4包括外层护壳43、内层护壳42、刀盘、电机41以及支撑架44，所述内层护壳42套装在外层护壳43内并可沿着外层护壳43上下滑动，所述电机41设置在抽土管3的管口中心处并通过穿过抽土管3管壁的支撑架44与内层护壳42固定连接，所述电机41的输出轴延伸至抽土管3管口外侧并与刀盘连接。

进一步限定，所述刀盘包括与电机41的输出轴连接的中心棱锥刀具45以及套装在中心棱锥刀具45外侧的U型切刀组。

进一步限定，所述U型切刀组是由至少1组在平面上呈花型均匀分布的U型切刀组成，所述U型切刀46的两端头分别弯曲向下形成刀刃。

进一步限定，所述U型切刀组包括2～5组U型切刀46，且U型切刀46以中心棱锥刀具45为中心由内向外分布，且U型切刀46的刀刃弯折角度由外向内逐渐递减、刀刃长度由内向外逐渐递减。