[发明专利]一种原位土外摩擦角测试装置及测试方法

说明书

本发明公开了一种原位土外摩擦角测试装置及测试方法，原位土外摩擦角测试装置包括钻杆、护筒、连接筒、膨胀膜、膨胀膜保护层、密封套、安装座、传感器安装筒、应变式压力传感器、钻头、环形刃口、定位套及膨胀膜限位机构，钻杆与护筒之间设有回流间隙，用于泥浆回流，膨胀膜与连接筒之间设有膨胀间隙，用于对土体提供径向压力，传感器安装筒的下端面与安装座之间形成油腔，传感器安装筒与护筒之间设有与油腔连通的变形间隙，应变式压力传感器固定安装在传感器安装筒外立面上，油腔内的介质用于对测试装置提供向上推力，通过应变式压力传感器获取膨胀膜保护层与土体的摩擦力。该外摩擦角测试装置测试数据真实可靠，测试方法操作简单，效率高。

技术领域

本发明涉及原位土测试技术领域，尤其是一种原位土的外摩擦角测试装置及测试方法。

背景技术

土的外摩擦角是指土与其他材料接触面发生剪切破坏时(开始相对位移)剪切面上的合力与剪切面法线之间的交角。土体的外摩擦角测试对于评价土体稳定性有着重要意义，但是目前土体外摩擦角的测试方法精确度不高，直接导致土的外摩擦角作为用于评价土体稳定性参数的作用被降低。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出了一种原位土外摩擦角测试装置及测试方法，该外摩擦角测试装置在测试过程中基本上不对土体产生扰动，测试数据真实可靠，通过简单换算即可获取土体的外摩擦角，该原位土外摩擦角测试方法操作简单，效率高，测量数据精准。

一种原位土外摩擦角测试装置，包括钻杆、护筒、连接筒、膨胀膜、膨胀膜保护层、密封套、安装座、传感器安装筒、应变式压力传感器、钻头、环形刃口、定位套及膨胀膜限位机构，所述钻杆设于护筒内，钻杆与护筒之间设有回流间隙，所述膨胀膜的上下两端通过锁紧机构固定在连接筒上，膨胀膜与连接筒之间设有膨胀间隙，所述膨胀膜保护层固定在膨胀膜的外立面上，所述连接筒、传感器安装筒及安装座从上往下依次设于护筒外，所述传感器安装筒的上半段与连接筒固定连接，传感器安装筒的下端面与安装座之间形成油腔，传感器安装筒与护筒之间设有与油腔连通的变形间隙，所述密封套的内侧与传感器安装筒密封滑动连接，外侧与安装座固定连接，所述传感器安装筒与连接筒和密封套之间围成传感器安装腔，所述应变式压力传感器设于传感器安装腔内，并固定安装在传感器安装筒外立面上，所述膨胀膜限位机构对称设置在连接筒上，包括限位杆、复位弹簧，连接筒上设有与限位杆配合使用的盲孔，所述复位弹簧设于盲孔底部，所述传感器安装筒上设有与限位杆配合使用的环形凹槽，所述环形凹槽与油腔连通，所述环形刃口固定在安装座端部，所述钻头安装在钻杆端部，钻头的作用面始终高于环形刃口的下端面，所述钻杆和护筒均通过卡接于环形刃口内侧的定位套进行轴向限位，所述连接筒上设有气孔、过油孔及穿线孔，所述气孔与膨胀间隙连通，所述过油孔与变形间隙连通，所述穿线孔用于穿线。

作为上述技术方案的优选，所述定位套包括环形本体及均匀固定在环形本体外立面的限位块，所述环形本体套设在钻杆上，与钻杆滑动连接，钻杆靠近定位套上端面的一侧设有阶梯型限位面，所述环形刃口的内侧设有与限位块配合使用的卡槽，所述护筒抵靠在定位套上。

作为上述技术方案的优选，所述钻杆上位于定位套和阶梯型限位面之间还套设有定位环，定位环与钻杆滑动连接。

作为上述技术方案的优选，所述锁紧机构包括压环、锁紧螺母，所述压环的内壁为楔形面，用于压紧膨胀膜，再通过与连接筒螺纹连接的锁紧螺母进行锁紧。

作为上述技术方案的优选，所述膨胀膜保护层为不锈钢窄条，不锈钢窄条均匀贴附在膨胀膜的外立面上。

作为上述技术方案的优选，所述气孔、过油孔及穿线孔内均固定有不锈钢管。

作为上述技术方案的优选，所述应变式压力传感器设有四组，均匀安装在传感器安装筒上。

一种采用上述任意一项原位土外摩擦角测试装置的外摩擦角测试方法，具体测试步骤如下，