深部地层水平抗力系数原位测试仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于岩土工程与工程地质领域，具体涉及一种深部地层水平抗力系数原位测试仪。
【背景技术】
[0002]滑坡是指斜坡岩土体在自重及其它外界诱发因素作用下，沿内部软弱带或破坏面发生滑动的不良地质现象，是一种主要的地质灾害类型。严重的滑坡灾害常常毁坏公路，堵塞河道，掩埋房屋，造成人民生命财产的巨大损失。因此，滑坡的防治工程是岩土工程与工程地质领域重要的研宄和工作方向之一。滑坡的防治工程措施主要包括支挡工程，排水工程和岩土加固工程三类，其中，支挡工程防治效果好，施工周期短，成本造价低，在实际工程中被广泛使用。抗滑粧是滑坡治理的一种主要支挡工程构筑物。现行规范所规定的抗滑粧设计方法均需要使用地层水平抗力系数这一重要参数。
[0003]抗滑粧(ant1-slide pile)是穿过滑坡体并嵌入滑床一定深度的粧体，通过提供抗滑力达到提高滑坡稳定性的作用，适用于浅层和中厚层滑坡，是一种滑坡防治的主要支挡工程措施。目前广泛使用的抗滑粧种类多样，按照粧体材料可分为木粧、钢粧和钢筋混凝土粧等，按照施工方法可分为打入粧、钻孔粧和挖孔粧等，按照粧的截面形状可以分为圆粧、管粧和矩形粧等。虽然抗滑粧的种类繁多，但是其作用原理都是一样的，即依靠埋入滑动面以下部分粧体的锚固作用和被动抗力维持整个粧体的稳定，同时为上部滑体提供抗滑力。抗滑粧受到上部滑体推力作用后，会将该推力传递到滑动面以下粧周嵌固段的岩土体中，粧周岩土体同时提供被动压力抵抗抗滑粧的变形。当粧周土处于弹性变形限度内时，作用在抗滑粧上的压力称作弹性抗力，是抗滑粧设计与稳定性验算中的重要参数，弹性抗力值可通过下列公式计算:
[0004]Oy=KBxy
[0005]式中，σ y为作用于粧测深度y处的弹性抗力；1(为该处岩土体的水平抗力系数，其物理意义为单位面积岩土体发生单位水平变形量所需要的力；B为粧的计算宽度，\为y处岩土体的水平位移。
[0006]其中，水平抗力系数K随地层深度的变化规律主要有如下三种假设，第一种假设K值为常数，不随深度变化，这种简化的计算方法称作“K法”。第二种方法认为K值随深度呈外凸的抛物线变化，该计算方法称作“C法”，第三种假设K值随深度呈梯形变化的方法称作“m法”。综合已有的实际工程经验，滑坡防治工程设计与施工技术规范(DZ/T 0219-2006)提出了以上三种计算假定计算方法的大致适用条件。然而，由于岩土体的水平抗力系数与地层的物理力学性质直接相关，随深度的变化规律比较复杂，不同地区、不同类型岩土体的水平抗力系数更是千差万别。目前，在尚无一套完整且有代表性的岩土水平抗力系数计算方法和数据库的条件下，滑坡防治工程设计与施工技术规范(DZ/T 0219-2006)根据已有工程经验，通过附表的形式提供了一些典型的地基岩土水平抗力系数参考值。由于目前还没有专门用于直接测试不同深度岩土体水平抗力系数的试验装置，现行抗滑粧设计工作中主要通过设计人员的经验选取岩土体的水平抗力系数，难免存在一些人为不准确的因素。如果抗力系数取值偏低将提高工程造价，造成浪费，抗力系数选取值偏高则给工程安全留下隐患。
[0007]因此，我们迫切需要一种能直接测试深部地层水平抗力系数的装置，以减少因水平抗力系数不准确而引起的工程施工隐患。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种能直接测试水平抗力系数的深部地层水平抗力系数原位测试仪，以减少因水平抗力系数不准确而引起的抗滑粧工程隐患。
[0009]本发明是这样实现的:
[0010]一种深部地层水平抗力系数原位测试仪，包括升降机构、加载机构、定位机构、测试机构、控制器；
[0011]所述升降机构包括设置在抗滑粧粧孔四周的地基岩土体上的桁架，所述桁架上设有卷扬机，所述卷扬机通过钢缆与加载机构连接；
[0012]所述加载机构包括与所述钢缆连接的矩形舱，所述矩形舱内设有第一双向液压千斤顶，所述第一双向液压千斤顶的两端分别与传力梁连接，所述传力梁穿过矩形舱的开口后与承压板连接；
[0013]所述定位机构包括第二双向液压千斤顶，所述第二双向液压千斤顶的两端分别与横撑连接；
[0014]所述测试机构包括应力传感器和位移传感器，所述应力传感器置于传力梁与承压板之间，所述位移传感器与传力梁连接；
[0015]所述控制器控制卷扬机、第一双向液压千斤顶、第二双向液压千斤顶工作，所述应力传感器和位移传感器通过数据线与控制器连接。
[0016]更进一步的方案是:所述第二双向液压千斤顶和横撑外套设有套筒，且所述横撑的两侧通过滚珠与套筒接触；所述套筒与矩形舱刚性连接。
[0017]更进一步的方案是:所述深部地层水平抗力系数原位测试仪还包括调平机构，所述调平机构包括设置在矩形舱上设有滚轮，滚轮上设置有钢缆，钢缆的一端与第一双向液压千斤顶一侧的传力梁连接，钢缆的另一端与第一双向液压千斤顶另一侧的传力梁连接，所述钢缆与调平电机连接，调平电机通过收放钢缆调整传力梁水平，使承压板与抗滑粧粧孔孔壁平行接触。
[0018]更进一步的方案是:所述第一双向液压千斤顶的上下两侧分别设有滚轮，该滚轮与矩形舱的内部接触。
[0019]更进一步的方案是:所述矩形舱的开口处设有滚轮，该滚轮与传力梁的两侧接触。
[0020]更进一步的方案是:所述矩形舱上设有与钢缆连接的吊环。
[0021]定位机构由桁架、卷扬机和钢缆组成，其中卷扬机共四台，安装在位于抗滑粧粧孔粧孔口的桁架之上，卷扬机通过钢缆分别与加载机构的矩形舱的四个角点连接，通过四台电力驱动的卷扬机协调控制，可将加载机构提升或下降至抗滑粧粧孔粧孔内任意深度位置，并调整水平。定位机构安装在加载机构底部，由两台50kN第二双向液压千斤顶和两组横撑组成，加载机构降低至设计孔深位置并调整水平后，由定位机构的第二双向液压千斤顶将两组横撑以50kN的压力顶在抗滑粧粧孔粧孔两侧，使整个加载机构固定在该深度位置。加载机构是整套装置的主体，由一台最大提供500kN压力的第一双向液压千斤顶、两根传力梁、两个承压板组成；承压板与传力梁通过刚性连接，形成传力轴，传力轴一端与待测粧孔两侧孔壁接触，另一端与第一双向液压千斤顶两侧接触。传力梁通过钢缆与调平机构连接，通过调平电机收放钢缆调整传力梁水平，使承压板与抗滑粧粧孔孔壁平行接触。应力传感器用于实时监测并反馈施加在抗滑粧粧孔孔壁上的压力值，位移传感器实时读取抗滑粧粧孔孔壁岩土体的变形量。应力传感器和位移传感器将采集的数据通过数据线传递给控制器，控制器接收上述数据，并在控制器上显示。所述控制器可以通过控制桁架上的卷扬机从而控制加载机构的升降，通过控制第二双向液压千斤顶从而控制加载机构的定位，通过控制调平电机从而控制传力梁的水平，从而使承压板与抗滑粧粧孔孔壁平行接触，控制第一双向液压千斤顶可根据不同的设计应力路径进行试验。
[0022]本发明针对性强，使用范围广，可以满足任意工程地质条件区域、任意深度地基岩土体的水平抗力系数测试要求，可广泛应用于滑坡勘察、抗滑粧设计与施工等实际工程，有效解决目前抗滑粧设计工作中地基水平抗力系数取值依据不足的问题。通过本发明得出的水平抗力系数准确可靠，不仅可以在保证工程安全的前提下，降低工程造价，而且有助于我们更加深入地了解不同类型地基岩土体水平抗力系数的变化规律，对岩土工程基本理论的发展具有重大的推动作用。
[0023]本发明能准确测试出水平抗力系数，为施工安全提供了保证。本发明结构简单，安装、拆装、运输方便，试验成本低，周期短，推广应用价值大。
【附图说明】
[0024]图1为加载机构、定位机构、测试机构的结构示意图。
[0025]图2为本发明深部地层水平抗力系数原位测试仪的正视结构示意图。
[0026]图3为本发明深部地层水平抗力系数原位测试仪的侧视结构示意图。
[0027]图中:1、桁架，2、卷扬机，3、钢缆，4、调平电机，5、滚轮，6、吊环，7、位移传感器，8、应力传感器，9、第一双向液压千斤顶，10、传力梁，11、承压板，12、第二双向液压千斤