破坏。
[0018] 调整好操作平台后，将加压气栗400气路延伸出与双向活塞气缸330的左气缸333 和右气缸334连接，保持制动状态以备用。将拉杆600拉的一端与竖向拉力机构200的动 力输出端相连，其另一端通过柔性挂链610挂置剪切探头300。然后将剪切探头300慢慢放 入孔洞中到达所要试验的深度，注意不要使环形锯齿剪切板与孔壁接触。
[0019] 剪切探头到达试验深度后开始，通过空气栗对活塞气缸的左气缸进行充气加压， 活塞带动使环形锯齿剪切板与孔壁完全接触并施加所需压力，加压过程使用液态二氧化碳 施加压力亦可。与环形锯齿剪切板接触的土需要足够的时间进行固结，对于第一个数据点， 干净的砂需要5分钟，粉土需要10分钟，大多数粘土需要15分钟。例如粘土，排水时间是 累计的，随后的测试点通常需要5分钟或者10分钟进行固结。固结时间是否充分会体现 在测试点上，如果破坏包络线突然变平或者曲线突然下降，那么需要在下个测试点增加固 结时间以确认包络线的变化是否由孔隙水压力引起。
[0020] 待固结完成以后，开始通过竖向拉力机构200施加向上拉力形成剪切应力。施加 剪切力过程中要始终确保拉杆与孔洞轴线平行。摇动施力杆210,使竖向拉力机构200带 动拉杆600在竖直方向运动，带动拉杆运动的力反作用于支承油缸上，此反作用力与土样 剪切力数值相等，因为此力与环形锯齿剪切面有效面积的比值即为剪切应力值，压力表510 的标度设置为表达为与所测压力相关联的剪切应力值，剪切应力值直接显示在压力表510 上。竖向拉力机构的提升速率根据排水要求确定，同时观察测量计的读数，除去刚开始阶段 松弛的部分，测力计的读数会稳定的增加，继续摇动施力杆210,直至测力计记录到最大数 值时，土样达到破坏状态。然后反向摇动施力杆210直至测力计读数为零。记录好数值后继 续进行后面的几组试验，增加正应力，注意时间，记录好正应力和最大剪切应力，至少重复4 到5次试验，直至绘制成满意的剪切包络线。
[0021] 试验完成后卸载左气缸内的压力，开通右气缸与空气栗连接，活塞向左回位带动 环形锯齿剪切板脱离岩土，提升剪切探头并移出孔洞。
[0022] 剪切面有效面积的确定：
[0023] 以75mm孔径的钻孔为例，环形锯齿剪切板是标准的圆弧面，弧度为60°，剪切板 直径d= 75mm，h= 30mm，从上至下依次排列10排剪切齿，剪切齿纵向剖面为等边三角形， 有效面积为剪切齿表面斜面在水平方向的投影之和。
[0024] 计算剪切面有效面积可以采用以下公式（1)进行计算：
[0025]
[0026]式中：
[0027] A--为剪切面有效面积（mm2);
[0028] d--为圆弧直径（mm);
[0029] h--为剪切面尚度（mm);
[0030]总有效剪切面积为两侧剪切面面积之和2A。
[0031] 采用本发明的基本方案，在实际实施时，可以衍生出多种不同的等同方法和系统， 但凡是根据发明的技术方案及其发明构思，加以等同替换与改变，均被认为属于发明的权 利要求的保护范围。
【主权项】
1. 一种土体原位钻孔剪切测试装置，其特征在于，主要由操作平台（100)、竖向拉力机 构（200)、剪切探头（300)、支承油缸和加压气栗（400)组成；操作平台（100)为一具有四脚 支架的平台；一对支承油缸（520和530)将竖向拉力机构（200)支承在操作平台（100)上； 拉杆（600)的一端与竖向拉力机构（200)的动力输出端相连，其另一端通过柔性挂链（610) 挂置剪切探头（300)，竖向拉力机构（200)为拉杆（600)的竖向运动提供动力；剪切探头 (300)具有两块环形锯齿剪切板：即第一环形锯齿剪切板（310)和第二环形锯齿剪切板 (320)，双向活塞气缸（330)的气缸与第一环形锯齿剪切板（310)固联，双向活塞气缸（330) 的活塞（332)与第二环形锯齿剪切板（320)固联；双向活塞气缸（330)的左气缸（333)和 右气缸（334)分别通过气路与加压气栗（400)气路连接；操作平台（100)上设置有反应支 承油缸油压的压力表（510);加压气栗（400)气路设置有反应气路压力的气压表（410)。2. 根据权利要求1所述的土体原位钻孔剪切测试装置，其特征在于：所述压力表（510) 的标度设置为表达为与所测压力相关联的剪切应力值。3. 根据权利要求1所述的土体原位钻孔剪切测试装置，其特征在于：所述气压表（410) 的标度设置为表达为与所测压力相关联的正应力值。4. 根据权利要求1所述的土体原位钻孔剪切测试装置，其特征在于：所述环形锯齿剪 切板为标准圆弧形，圆弧的直径与探测孔洞的直径相同；环形锯齿剪切板外部边缘布置两 排剪切齿，在施加正应力时剪切齿嵌入到孔壁土体中来使剪切探头与孔壁土体咬合，同时 根据确定的环形锯齿剪切面有效面积，结合测力计测得的剪切拉力可以确定剪切应力。5. 根据权利要求1所述的土体原位钻孔剪切测试装置，其特征在于，所述竖向拉力机 构（200)可采用：电机带动的蜗轮减速机构、卷扬机构；也可采用手动升降机构。
【专利摘要】本发明公开了一种土体原位钻孔剪切测试装置，主要由操作平台100、竖向拉力机构200、剪切探头300、支承油缸和加压气泵400组成；采用本发明装置钻孔剪切试验可以在原位快速确定土体粘聚力和内摩擦角，且相对于室内试验和钻孔剪切试验得到的数据更加简单和精确，装置便携性好：构造简单，一个人就可以完成试验操作和数据的采集，可以快速根据现场试验的结果决定是否继续多组试验，比室内三轴试验和直剪试验对土的扰动性小适用性强，可直接利用工程初期地质勘查阶段的取土钻孔进行试验，不重复钻孔，不浪费资源。
【IPC分类】G01N3/08, G01N3/24
【公开号】CN105067435
【申请号】CN201510483175
【发明人】崔凯, 李伟, 吕东, 杨烨, 李欢欢
【申请人】西南交通大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年8月7日