一种深孔内土体压缩变形模量及强度的测试装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种深孔内土体压缩变形模量及强度的测试装置。评价工程地基状态最直接可靠的是载荷板试验，但目前无针对孔内载荷板试验的装置。本实用新型将液压橡胶膜套在支撑环外，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；将气压橡胶膜套装在上心管外，然后固定上下盖板；布置测试系统，开启气压泵、液压泵记录压力传感器和位移传感器的测量值。本实用新型将气压摩擦反力装置、加载装置和测试装置组成一个独立孔内载荷板试验系统，系统通过气压膜与孔壁摩擦为系统提供支撑反力支撑，测试传感器直接测量载荷板的沉降量，实现了孔内载荷板试验的测试。
【专利说明】-种深孔内±体压缩变形模量及强度的测试装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于岩±工程原位测试【技术领域】，具体涉及一种深孔内±体压缩变形 模量及强度的测试装置。
【背景技术】
[0002] 自然界中的±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 另IJ，获取±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±工室内试验成果作为设计依据，但是±体作为一种典 型H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W在试验场地内开展原位试验是获得准确±体物理力学参数相对较好方 法。
[0003] 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W 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。 实用新型内容
[0004] 本实用新型的目的是提供一种深孔内±体压缩变形模量及强度的测试装置，对深 层地基进行精确的测试。
[0005] 本实用新型所采用的技术方案是：
[0006] 深孔内±体压缩变形模量及强度的测试装置，其特征在于：
[0007] 包括气压反力系统、液压载荷板系统和测试系统；
[0008] 气压反力系统设置有圆筒形的上也管，上也管外环套气压橡胶膜；上也管的顶端 通过螺纹连接方式固定有上盖板，上盖板顶部设置有吊环；上也管的底端焊接固定有下盖 板；
[0009] 液压载荷板系统设置有圆筒形的下也管；下也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也管相连接；下也管 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 固定于下也管外壁，外圈固定有环下也管设置的环带状的液压橡胶膜，内圈与外圈之间设 置有福射状的肋条，置于支撑板上；下也管底端焊接固定有载荷板；
[0010] 测试系统中包括液压粟、液压管、气压粟、气压管、测试仪器、测试线和位移传感 器；液压管从液压粟接出，另一端接入液压橡胶膜；气压管从气压粟接出，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。
[0011] 液压管上设置有液压橡胶膜控制阀。
[0012] 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。
[0013] 载荷板底部设置有垫层。
[0014] 液压管、气压管和测试线均穿过上也管。
[0015] 吊环通过吊装钢缆与吊装设备相连接。
[0016] 本实用新型具有W下优点：
[0017] 本实用新型将气压摩擦反力装置、加载装置和测试装置组成一个独立孔内载荷板 试验系统，系统通过气压膜与孔壁摩擦为系统提供支撑反力支撑，测试传感器直接测量载 荷板的沉降量，既没有复杂堆载方法，也没有较长的压力杆和位移杆，实现了孔内载荷板试 验的自动化测试。本实用新型与传统试验方法相比不仅安全可靠、测试数据更加精准，而且 实现了深孔内的载荷板试验，试验一定程度上将不再受试验深度限制，也更加快速，试验成 本也较低。利用本实用新型在较小成本的条件下即可进行工程地基的深孔载荷板试验，在 勘察阶段即可对地基各层位±体的承载力、压缩模量等参数进行原位测试，用试验成果替 代室内试验成果进行设计，具有更加准确描述地基±的实际受力变形特征和更加准确的分 析工程地基的稳定性和工后沉降量的优势。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1为本实用新型结构图。
[001引 图2为A-A截面图。
[0020] 图3为B-B截面图。
[00川 图4为C-C截面图。
[0022] 图5为垫叉俯视图。
[0023] 图6为垫叉侧视图。
[0024] 图中，1-吊装设备，2-钻孔，3-气压管，4-吊环，5-上盖板，6-气压橡胶膜，7-上 也管，8-测试线，9-法兰盘，10-千斤顶，11-压力传感器，12-下也管，13-滚柱轴承，14-支 撑环，15-液压橡胶膜，16-垫层，17-液压粟，18-测试仪器，19-气压粟，20-下盖板，21-液 压管，22-千斤顶控制阀，23-支撑板，24-液压橡胶膜控制阀，25-位移传感器，26-载荷板， 27-垫叉。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合【具体实施方式】对本实用新型进行详细的说明。
[0026] 本实用新型所涉及的深孔内±体压缩变形模量及强度的测试装置，包括气压反力 系统、液压载荷板系统和测试系统：
[0027] 气压反力系统设置有圆筒形的上也管7,上也管7外环套气压橡胶膜6 ;上也管7 的顶端通过螺纹连接方式固定有上盖板5,上盖板5顶部设置有吊环4 ;上也管7的底端焊 接固定有下盖板20。
[0028] 液压载荷板系统设置有圆筒形的下也管12 ;下也管12顶端通过螺纹连接方式固 定有压力传感器11，压力传感器11顶面焊接固定有千斤顶10,千斤顶10通过法兰盘9与 上也管7相连接；下也管12下部外圈焊接有环形水平的支撑板23,支撑板23上方设置有 支撑环14 ;支撑环14内圈通过滚柱轴承固定于下也管12外壁，外圈固定有环下也管12设 置的环带状的液压橡胶膜15,内圈与外圈之间设置有福射状的肋条，置于支撑板23上；下 也管12底端焊接固定有载荷板26。
[0029] 测试系统中包括液压粟17、液压管21、气压粟19、气压管3、测试仪器18、测试线8 和位移传感器25 ;液压管21从液压粟17接出，另一端接入液压橡胶膜15 ;气压管3从气压 粟19接出，另一端接入气压橡胶膜6 ;测试线8从测试仪器18接出，另一端接入支撑环14 上设置的位移传感器25。
[0030] 液压管21上设置有液压橡胶膜控制阀24。液压管21上设置有分支，接入千斤顶 10,分支上设置有千斤顶控制阀22。载荷板26底部设置有垫层16。液压管21、气压管3和 测试线8均穿过上也管7。吊环4通过吊装钢缆与吊装设备1相连接。
[0031] 利用上述设备进行深孔内±体压缩变形模量及强度测试的方法，由W下步骤实 现：
[00础步骤一：钻孔2的施工：
[0033] 利用吊装设备1和机械洛阳伊伊头在试验点位成孔，钻孔2直径为载荷板26直径 加 IOOmm ;
[0034] 钻孔到试验深度后提出钻头并清孔，然后往孔底倒入IOcm厚中粗砂整平。
[00巧]步骤二；测试装置组装：
[0036] 组装液压载荷板系统，将液压橡胶膜15套在支撑环14外端，并将支撑环14套放 在下也管12外的支撑板23上，然后将千斤顶10和压力传感器11连接于下也管12顶部， 将位移传感器25固定在支撑环14上；
[0037] 在钻孔2孔口固定垫叉27,用吊装设备1将组装好的液压载荷板系统放在垫叉27 上；垫叉27由两个半圆环组装而成，边缘设置有突出的搭板可置于孔口边缘。
[0038] 组装气压反力系统，首先将气压橡胶膜6套装在上也管7外，然后将上盖板5挣紧 在上也管7上；
[0039] 用吊装设备1将气压反力系统吊装至钻孔2孔口的液压载荷板系统上，用螺栓将 法兰盘9紧固后取掉垫叉27;
[0040] 布置测试系统；液压管21从液压粟17接出，另一端接入液压橡胶膜15 ;测试线8 从测试仪器18接出，另一端接入位移传感器25 ;气压管3从气压粟19接出，另一端接入气 压橡胶膜6。
[00川步骤S ;测试：
[0042] 1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 启气压粟19送气至气压橡胶膜6,维持30kpa气压15分钟后，打开气压粟19的泄气阀将气 压橡胶膜6内的气体压力减小至5kpa ;
[0043] 读取压力传感器11初值，打开气压粟19将气压橡胶膜6内气压加至30kpa,打开 液压粟17和千斤顶控制阀22,缓慢加压读取压力传感器11压力值，压力传感器11压力达 20kpa时稳定压力；
[0044] 打开液压橡胶膜控制阀24,维持液压橡胶膜15内压力30kpa，关闭液压橡胶膜控 制阀24,读取位移传感器25初值；
[0045] 将试验荷载分8级，用千斤顶10逐级加压，每级压力稳定后才能进入下一级压力， 压力稳定标准为60分钟内位移传感器25记录载荷板沉降小于0. Irnm,每级加压后10分钟 一次记录压力传感器11和位移传感器25的测量值。
[0046] 试验完成后，先卸去千斤顶10内压力，然后卸去液压橡胶膜15内的压力，将吊装 钢缆张紧后再卸去气压橡胶膜6内的压力，按安装的反过程拆卸试验设备。取出试验设备 后，可继续钻孔至下一试验地层，再次装入试验设备开始试验。
[0047] 数据处理：
[004引根据测量记录的压力值和沉降值绘制P-S、s-t曲线，从而获得该层位地基±的承 载力特征值和压缩变形模量。
[0049] 取P-S曲线上有比例极限所对应的荷载值作为±体载荷试验强度值，根据下±计 算压缩变形模量：
[0050]
【权利要求】
1. 一种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（7)，上心管（7)外环套气压橡胶膜（6);上心管 (7)的顶端通过螺纹连接方式固定有上盖板（5)，上盖板（5)顶部设置有吊环（4);上心管 (7)的底端焊接固定有下盖板（20); 液压载荷板系统设置有圆筒形的下心管（12);下心管（12)顶端通过螺纹连接方式固定 有压力传感器（11)，压力传感器（11)顶面焊接固定有千斤顶（10)，千斤顶（10)通过法兰盘 (9)与上心管（7)相连接；下心管（12)下部外圈焊接有环形水平的支撑板（23)，支撑板（23) 上方设置有支撑环（14);支撑环（14)内圈通过滚柱轴承固定于下心管（12)外壁，外圈固定 有环下心管（12)设置的环带状的液压橡胶膜（15)，内圈与外圈之间设置有辐射状的肋条， 置于支撑板（23)上；下心管（12)底端焊接固定有载荷板（26); 测试系统中包括液压泵（17)、液压管（21)、气压泵（19)、气压管（3)、测试仪器（18)、测 试线（8)和位移传感器（25);液压管（21)从液压泵（17)接出，另一端接入液压橡胶膜（15); 气压管（3)从气压泵（19)接出，另一端接入气压橡胶膜（6);测试线（8)从测试仪器（18)接 出，另一端接入支撑环（14 )上设置的位移传感器（25 )。
2. 根据权利要求1所述的一种深孔内土体压缩变形模量及强度的测试装置，其特征在 于： 液压管（21)上设置有液压橡胶膜控制阀（24 )。
3. 根据权利要求2所述的一种深孔内土体压缩变形模量及强度的测试装置，其特征在 于： 液压管（21)上设置有分支，接入千斤顶（10 )，分支上设置有千斤顶控制阀（22 )。
4. 根据权利要求3所述的一种深孔内土体压缩变形模量及强度的测试装置，其特征在 于： 载荷板（26 )底部设置有垫层（16 )。
5. 根据权利要求4所述的一种深孔内土体压缩变形模量及强度的测试装置，其特征在 于： 液压管（21)、气压管（3)和测试线（8)均穿过上心管（7)。
6. 根据权利要求5所述的一种深孔内土体压缩变形模量及强度的测试装置，其特征在 于： 吊环（4)通过吊装钢缆与吊装设备（1)相连接。
【文档编号】G01N3/02GK204154579SQ201420421746
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】于基宁, 高志伟, 王向阳, 李响, 舒磊, 孙良鑫, 辛文栋, 葛建军, 王应铭, 张宗棠, 郭刚, 张然 申请人:中铁第一勘察设计院集团有限公司