软粘土不排水抗剪强度以及孔隙水压力的测试装置的制作方法

本发明涉及岩土工程勘察测试技术领域，具体是指一种软粘土不排水抗剪强度以及孔隙水压力的测试装置。

背景技术：

在岩土工程勘察中，软粘土的不排水抗剪强度以及孔隙水压力测试均是其中的重要工作之一。软粘土的不排水强度抗剪强度指标可直接应用于地基承载力确定，土压力问题，路堤的稳定性等问题，孔隙水压力指标可应用于大坝工程的维护和监测，边坡滑坡的治理等工作。对于软粘土的抗剪强度，目前的测试方法主要有室内试验法和测试法两种，室内测试主要有三轴uu试验和cu试验两种，测试法主要有十字板剪切试验，静力触探试验等方法。对于软粘土的孔隙水压力指标，目前主要通过孔隙水压力计来直接测量。

室内试验过程中试样受力明确，但试样在制作过程中，对原状土的扰动较大，试验结果相对原状土而言一般存在一定的差异性，在我国目前最为常见的试验是十字板剪切试验，但测试效率较低，且由于测试持时较长的原因一般难以准确获得土体的不排水抗剪强度。静力触探试验是利用现有的成果，建立相对应的经验公式，间接求得软粘土不排水抗剪强度。但经验系数都存在着偏差，影响了测试结果的准确性。t型触探具有严格的理论依据，测试效率较高，较好的弥补了上述两种方法的缺陷。传统的t型杆探头为圆柱体，只能测量软粘土不排水抗剪强度，不能测量软粘土的孔隙水压力，而现有的孔隙水压力计仅能测量孔隙水压力，但是，单独测量孔隙水压力或者不排水抗剪强度对相互的测量数据都有着一定的影响，会干扰测试结果的精度。

基于此，目前亟需一种能够同时测量软粘土不排水抗剪强度与软粘土孔隙水压力的新型触探探头。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种软粘土不排水抗剪强度及软粘土孔隙水压力同步测试装置，该测试装置能够较好地消除软粘土不排水抗剪强度与孔隙水压力测试时产生的交互影响，更进一步地，可以实时动态测量软粘土不排水抗剪强度与孔隙水压力，继而有效提高测试结果的准确性与稳定性，得到更加精准的土体指标。

为了解决上述技术问题，本发明提供的软粘土不排水抗剪强度以及孔隙水压力的测试装置，包括静力触探杆探头，静力触探杆和可以控制整个测试装置竖向速度的电机；所述静力触探杆的上部与电机螺旋连接，其特征在于：还包括2个孔隙水压力计和2个应变片；

所述静力触探杆探头为平截面水平在上的半圆柱体，所述静力触探杆为圆柱状刚性连接杆，所述静力触探杆刚接在静力触探杆探头的中间处；所述2个孔隙水压力计对称螺接在静力触探杆探头平截面上靠近两端的位置，所述孔隙水压力计为长方体，且长方体的尺寸比静力触探杆探头半圆柱体的尺寸小；所述孔隙水压力计由裸露在外且与软粘土直接接触的透水石，压力传感器和导线组成；所述压力传感器竖直胶接在孔隙水压力计的内部偏内侧处；所述导线与压力传感器相连接用以传递数据，且所述导线从孔隙水压力计底部穿出；

所述2个应变片对称竖直贴于所述静力触探杆的底部两侧；

还设有环氧树脂，所述环氧树脂位于所述静力触探杆探头与所述静力触探杆的表面，且所述环氧树脂将所述导线和应变片完全包裹。

作为优选方案，还设有预留通道，所述预留通道位于静力触探杆的内部，所述导线穿过预留通道。

进一步地，还设有用以确保整个测试装置水平度的水平仪，所述水平仪与电机的上部水平胶接。

更进一步地，所述应变片的基底材料为胶基。

对于其中的测试探头1，规定其尺寸测试探头长度l＝25mm，半圆截面半径r＝2.5mm即直径d＝5mm。对于静力触探杆2，规定其截面半径为r＝2.5mm即直径d＝5mm。

现有市场上的同类测试探头一般为圆柱形，且装置中无孔隙水压力计，因此只能进行软粘土不排水抗剪强度测试。本发明将现有软粘土不排水抗剪强度测试装置中圆柱形探头替换为半圆柱形探头，且在半圆柱形探头的平截面上靠近两端处安装有尺寸合适的孔隙水压力计，由此可以精确同步动态测量出软粘土的不排水抗剪强度及孔隙水压力，有效消除了软粘土不排水抗剪强度与孔隙水压力的测试过程带来的交互影响。

更进一步的，在静力触探杆2的上部连接有一个控制速度的电机6，电机6控制速度范围为0.1mm/s—10mm/s，可以根据自身需要调节速度，以适应测软粘土不排水抗剪强度时不同的土样对贯入速度的不同需求。

此外，电机6上部附着有一个水平仪8，降低了测试时的操作难度，有效降低了测试时因为人工测试造成的误差，提高了测试结果的精确性。

静力触探杆2底部对称放置有两块应变片4，测量时起到温度补偿的作用同时测量数据可以取平均值，使得结果更加精确。

具体来说，经过理论分析，现有的圆柱形测试探头下半表面最先接触土体，对测试结果起主要作用，同时在测试过程中，会对土样造成一定的扰动，对于孔隙水压力的测试结果造成一定的影响，而本发明装置不仅保留了原圆柱形测试探头的主要起作用部分，同时将孔隙水压力计与其结合在一起，同步动态测量出软粘土的不排水抗剪强度及孔隙水压力。

由此可见，采用本发明的测试装置，尤其是其中的测试探头能有效消除软粘土不排水抗剪强度与孔隙水压力因为土的扰动而造成的交互影响，继而有效提高测试结果的准确性与稳定性。

本发明将静力触探杆与静力触探探头通过刚接的方式连接在一起，同时静力触探杆2处于测试探头1的中心处，使两端受力均匀，以提高测试探头的稳定性。

同时两个孔隙水压力计3均置于半圆柱体的平截面靠近两端的位置，以螺纹连接的形式与探杆连接在一起，使其受力均匀，进一步提高静力触探的稳定性，使其在进入土体过程中探头整体不会发生偏斜。

特别的，两个孔隙水压力计3均置于半圆柱体的平截面靠近两端的位置，使其透水石不直接与测试探头1的外半圆截面接触，避免了孔隙水压力计对软粘土不排水抗剪强度测试的不利干扰。

对于此种静力触探构造方式，即静力触探探杆与接头刚接，孔隙水压力计螺接于探杆两端的方式，受力对称均匀，使用过程中不会发生偏移，而且探头可以重复使用。

本发明的优点及有益效果如下：

本发明在静力触探杆的上部连接有一个控制速度的电机，同时在电机上部有一个水平仪，控制水平度。在使用时保持速度与水平度的恒定，消除了因人工操作带来的误差，有效提高的测量结果的精度。采用本发明的测试装置，在装置外部走线的地方均覆盖有一层环氧树脂，起到防水的作用同时固定导线，提高了装置的防水性与耐久性。

附图说明

图1为本发明该测试装置的正视图。

图2为本发明装置中该测试探头的俯视图。

图3为本发明装置中该测试探头的侧视图。

图4为本发明装置中该测试探头的主视图。

图5为本发明该测试装置的工作示意图。

图中：静力触探杆探头1，静力触探杆2，孔隙水压力计3，透水石3-1，压力传感器3-2，导线3-3，应变片4；环氧树脂5，电机6，预留通道7，水平仪8，探头读数9，软粘土10。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步地详细地说明。

如图所示，本发明的软粘土不排水抗剪强度与孔隙水压力测试装置，包括静力触探杆1以及与该静力触探杆1刚接连接的静力触探杆探头1，其中该静力触探杆探头1为半圆柱体，半圆柱体的平截面上两端放置有两个相同的孔隙水压力计3，孔隙水压力计3均为长方体状，且长方体与半圆柱体的尺寸基本契合，对称放置在半圆柱体的靠近两端的地方。同时在静力触探杆1的上部连接有一个控制速度的电机6，同时在电机6上部有一个水平仪8。

采用本发明的测试装置，具有入土速度可控、测试过程稳定、测试结果精度高等特点，，能够同步对软粘土的不排水抗剪强度以及孔隙水压力进行测试，完全消除了软粘土不排水抗剪强度与孔隙水压力在测试过程中的交互影响。

请参照图1至图5，在本发明装置中，测试探头的横截面为半圆形在下长方形在上的组合图形。静力触探杆2的底部为静力触探杆探头1，测试探头中间有与静力触探杆探头1相匹配的尺寸，使用时将测试探头与静力触探杆2刚接。

在测试探头中，靠近两端的地方对称设置有与其尺寸相匹配的孔隙水压力计3，两者采用螺纹连接的方式与半圆形杆连接在一起，由于对称放置孔隙水压力计3，测试探头左右受力均匀，使其在使用过程中不会发生偏斜，使用起来更加稳定。

对于测试探头来说，在使用过程中，软粘土的不排水抗剪强度与孔隙水压力测试针对的土样完全一致，两者同步测试，提高了测试结果的准确性与稳定性，即时获得土体的强度及超孔压参数。

以下结合具体分析，对本发明装置所产生的有益效果进行详细说明。

在进行测试前，通过水平仪8将装置调整为水平。

测试时，将本发明装置水平的压入地下，压入过程中，通过电机6控制速度，保持一定的速度探入土体，通过双桥静力触探杆制实测出推动本装置所需要的力，并记录下来，记为探头阻力f。

探头阻力f与应变应具有如下关系：

f＝k1·ε,其中，k1为校正系数，建议取值为0.1-0.3，ε为应变片4测量得到的应变。

对于本装置所测试的软粘土来说，探头阻力f与软粘土不排水抗剪强度cu，测试探头长度l＝25mm，半圆截面直径d＝5mm，应符合下述关系式：

其中，k2为形状系数，建议取值为10-12。

对于本装置所测试的软粘土来说，将装置下行至一定深度处，水可以透过孔隙水压力计3的透水石3-1，进入到内部，可由内置的压力传感器测得压力值，即为该点的孔隙水压力值u。据此可以直接标定孔隙水压力值。

本发明的工作原理：

将装置压入软粘土体的过程中，装置会受到阻力的作用，此时应变片4会产生应变，而探头阻力f与应变应具有如下关系：f＝k1·ε,其中，k1为校正系数，建议取值为0.1-0.3，ε为应变片4测量得到的应变。而探头阻力f与软粘土不排水抗剪强度cu又具有如下关系其中，k2为形状系数，建议取值为10-12。

据此可以通过该装置得到软粘土不排水抗剪强度。

同时，在装置下行至一定深度时，孔隙水压力计3两侧受到软粘土产生的孔隙水压力，水会由于压力差的作用通过透水石3-1渗入孔隙水压力计3内部，与压力传感器3-2接触，产生的水压由压力传感器3-2直接测得，得到该深度处的孔隙水压力值。

本发明的工作方式如下：

在进行测试前，首先通过水平仪8将装置调整为水平。然后将本发明装置的压入需要进行测试的软粘土体中，压入过程中，通过电机6控制竖向速度，按照实验规定的速度压入一定的下行深度，而后通过双桥静力触探杆制实测出推动本装置所需要的力，以及此时左右孔隙水压力计3的读数，然后进行记录，如需继续进行实验，继续控制电机6重复上述操作，若实验完成，控制电机6将装置从软粘土中取出，实验完成。