一种检测原位岩土体蠕变受力的装置及方法与流程

本发明属岩体勘测技术领域，涉及一种检测原位岩土体蠕变受力的装置及方法，用于在不扰动岩土体的情况下，检测出岩土体的受力情况与受力的变化规律的现场勘测方式，主要适用于岩土体的现场勘测。

背景技术：

由于岩土工程的复杂性，环境因素，区域因素和外部因素的影响，导致岩土本身不确定的因素较多，复杂的地质状况导致岩土体的勘测很难在实验室中真实模拟出来，而常用的原位测试有载荷试验和旁压试验，由于受到限制的因素较多，且较为麻烦。

而且，如果在实验室内模拟岩土体的实际情况误差和成本都十分巨大，消耗的人力和物力也相当多，在实际的施工过程中，不符合各部门想要达到的利润最大化。由于岩土环境因素和测量试验受限因素多，导致实验操作不够方便。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种检测原位岩土体蠕变受力的装置及方法，本发明主要是针对难以在实验室内模拟出来的各类岩土体，利用钻孔机在勘测现场的岩土体上先钻侧孔，在保证岩土体强度的同时，利用组合中空筒和模具硅胶将压力感应片安装在侧孔内，连接电脑记录初始数据，再利用钻孔机打出一个主孔，通过在主孔内填充膨胀水泥使其对岩土体产生力的作用，并且在填充时要在膨胀水泥中间放上膨胀螺栓，方便拆卸膨胀水泥，最后通过对数据进行分析，得出结论。其主要应用于各类岩土体的勘测现场。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种检测原位岩土体蠕变受力的装置，它包括中空筒，沿着所述中空筒的高度方向等间距加工有多个用于穿过位移感应器的圆孔；所述中空筒的外部缠绕有电热丝；所述圆孔所在位置的侧边内壁上通过强力胶粘贴有压力感应片；

包括组合管，所述组合管采用双层皮套作为模具，在双层皮套的内部浇筑硅胶形成模具硅胶管；

包括反力架装置，所述反力架装置包括螺杆，所述螺杆的底端通过锚固固定，在螺杆的顶端套装有两层受力板，所述受力板之间设置有可伸缩套筒，位于顶层的受力板通过螺母限位固定在螺杆的顶端；

包括向内收缩筒，所述向内收缩筒设置在主孔的内部，所述主孔是采用钻机加工在岩土体的中心部位，在主孔的外周均布加工有多圈均布的侧孔；

所述反力架装置设置在岩土体的顶部。

所述中空筒的外部涂覆有润滑油层。

所述中空筒的外壁上，并位于位移感应器所在的圆孔位置粘贴有薄膜。

所述组合管上与中空筒上圆孔相对应的位置也加工有圆孔，在圆孔所在位置采用密封处理确保不漏气。

所述压力传感片通过第一网线与计算机相连，所述位移感应器通过第二网线与计算机相连。

所述可伸缩套筒包括下部套筒，所述下部套筒的底端采用底板焊接密封，所述下部套筒的内部顶端套装有上部套筒，所述上部套筒的顶端开口采用螺旋盖板密封；所述下部套筒和上部套筒之间通过竖向槽轨导向滑动配合。

实验时，所述可伸缩套筒内部填充膨胀水泥浆，所述膨胀水泥浆是采用云母片、含量为k的膨胀水泥和碎沙石按一定比例混合，快速搅拌，并使其混合均匀制备而成。

所述向内收缩筒的内侧壁上加工有竖向布置的承压刻痕，所述向内收缩筒和主孔之间填充膨胀水泥，并使向内收缩筒在膨胀力作用下向内收缩。

实验时，所述向内收缩筒和主孔之间填充膨胀水泥，换成向孔中放入振动棒，并在振动棒周围填满模具硅胶管与周围岩土体内壁充分接触，待模具硅胶管凝固启动振动棒，在持续振动力和上面压力下观察并记录两种感应片的曲线图；还可以把往中心孔填放膨胀混凝土和向内收缩筒换成向主孔中放入适量炸药填满主孔洞，并且做好防护工作后引爆炸药，观察并记录两种感应片的曲线图。

所述检测原位岩土体蠕变受力的装置的实验方法，他包括以下步骤：

step1：准备材料：准备压力感应片，位移感应器，钻孔机，中空筒，电热丝，双层皮套，模具硅胶管，润滑油层，振动棒，炸药，云母片，螺杆，膨胀水泥，受力板，膨胀螺杆，收缩锚杆，可伸缩套筒和组合管；

step2：安装组合管：在中空筒上按照设计尺寸打出圆孔，将电热丝缠绕在中空筒外表面，在电热丝表面涂上润滑油，套上双层皮套，之后将其稳定安置在中空筒中心，然后把压力感应片与位移感应器按照给定的设计间距并排安装在中空筒上，安装好的位移感应器应在中空筒外壁接触圆孔上附上一层薄膜，完成后放置一旁备用；

step3：安装位移感应器：在安装时注意位移感应器的拉伸尺寸要与开的圆孔尺寸一致，要确保位移感应器的端口与侧孔壁充分接触，安装好的位移感应器在接触圆孔上附上一层薄膜；

step4：打定位侧孔：在检测范围内考虑好测量大小后，任选一个位置打一个方向竖直向地面的定位侧孔，打完后立刻放入组合管，并注入模具硅胶将双层皮套之间的缝隙填满，要确保把周围空隙全部填满，并密封上端开口，然后接通电热丝的电源，让电热丝运作，使硅胶在10分钟内完成固化，当硅胶完全固化后，关闭电源；

step5：打剩余侧孔：根据定位侧孔安装图纸确定其余侧孔的位置，在定好的位置上做上标记，之后再逐一打孔，每打好一个侧孔后都如同step3一般：放入组合管，注入模具硅胶，并利用电热丝使模具硅胶固化；

step6：安装网线、测量初始曲线图：将所有压力感应片和位移感应器都连上网线，并按照图纸有序的将网线接入计算机，打开计算机上的相应程序，测量并记录压力感应片和位移感应器在不受干扰状态下的初始数据，此后，计算机一直保持工作状态；

step7：组装安置反力架装置：在待测范围四周打4个孔，形成受力板大小的方形，将螺母、螺杆和受力板三种材料安装组合成反力架装置，最终上部受力板被螺丝拧死，保证其不可移动，下部受力板可自由上下调节，在两块受力板之间放置可伸缩套筒，调节套筒位置，使其位于主孔周围，向可伸缩套筒中加入适量含量比例的膨胀水泥浆，再调节两块受力板高度，使其紧紧夹住可伸缩套筒，下部受力板贴近地面测量并记录各感应片数据；

step8：打主孔：在众侧孔的中心打一方向竖直向地面的主孔，打孔的同时，测量并记录周围的岩土在受到波动时，各感应片的曲线图；

step9：配制混合水泥浆：现场拆封膨胀剂和水泥，取适量于一桶中，再向桶中加入一定比例的云母片和细沙，快速搅拌，使三者在膨胀水泥开始膨胀前混合均匀，完成后，放置在主孔旁备用；

step10：测量挤压力：在主孔中心竖直地插入向内收缩筒，然后向主孔中注入混合均匀的膨胀水泥浆，迅速将反力架装置安装在整个测量的地表上方，调节水平位置，使套筒位于主孔正上方，再将受力板及可伸缩套筒向下调节，给土体施加一个垂直地面的压力，在开始膨胀后，观察并记录两种感应片传递的曲线图；

step11：放缩土体：膨胀水泥膨胀到一定程度时，达到向内收缩筒最大的承受力，向内收缩筒破坏，膨胀水泥向中间膨胀，则向四周的膨胀力减小；

step12：测量振动力：在中间主孔开挖出一个可插入振动棒的孔，放入振动棒，将振动棒的功率调至可测范围内，多次测量其振动时土体的压力及位移曲线图；

step13：测量冲击力：在中间主孔开挖出一个孔径可放入一串炸药，将一切物品安置在安全范围内后引爆炸药，测量其突然引爆时对周围土体的冲击压力及位移曲线图。

本发明有如下有益效果：

1、本发明针对岩土自身因素复杂，以及现有设备操作复杂受限因素多，创新性的提出一种检测原位岩土受力的技术和方法。该技术可针对各种岩土体进行测量。

2、本发明可以实现了无动力试验，给在地形和条件复杂的地方减少器材的运输。

3、本发明实现了操作简便，运用范围广的作用。

4、本发明实现了在原位检测时施加双向施加压力，可以获取更多地数据。

5、本发明的实验过程中，利用润滑油包裹着裹有中空筒的振动棒，在实验结束后可以方便抽出，保护实验装置，起到回收和减少实验仪器的损坏。

6、利用振动棒装置产生人为可控的力，可以模拟岩土体受到不同情况力时的受力情况，测量范围广。

7、本发明利用模具硅胶进行充满填充组合管与侧壁之间缝隙，可以使开挖的钻孔缝隙影响减小到最小，更准确的检测位移和应力。

8、本发明制作的向内收缩筒，制作时承压刻痕时根据试验围压需要控制刻痕深浅，这样可以控制在不同受围压下是否发生破坏。

9、本发明所提出的装置结构简单、成本低、操作方便，可以方便的实现检测原位岩土体受力的情况，广泛应用于岩土自身因素复杂的具有广泛的工程实践意义及应用前景。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明中空筒的结构示意图。

图2为本发明位移感应器安装剖视图。

图3为本发明安装完成组合管示意图。

图4为本发明模具硅胶剖视图示意图。

图5为本发明检测原位岩土体孔洞模拟俯视图。

图6为本发明检测原位岩土体孔洞模拟侧视图。

图7为本发明反力架打孔布置图。

图8为本发明检测原位岩土体模拟侧视图。

图9为本发明可伸缩套筒示意图。

图10为本发明向内收缩筒承压刻痕示意图。

图11为本发明主孔放振动棒示意图。

图中：压力传感片1，第一网线2，钻孔机3，膨胀水泥4，位移感应器5，振动棒6，组合管7，润滑油8，强力胶9，向内收缩筒10，电热丝11，模具硅胶管12，炸药13，双层皮套14，云母片15，螺杆16，螺母17，受力板18，可伸缩套筒19，中空筒20，圆孔21，薄膜22，第二网线23，下部套筒24，上部套筒25，主孔26，侧孔27。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

参见图1-11，一种检测原位岩土体蠕变受力的装置，它包括中空筒20，沿着所述中空筒20的高度方向等间距加工有多个用于穿过位移感应器5的圆孔21；所述中空筒20的外部缠绕有电热丝11；所述圆孔21所在位置的侧边内壁上通过强力胶9粘贴有压力感应片1；包括组合管7，所述组合管7采用双层皮套14作为模具，在双层皮套14的内部浇筑硅胶形成模具硅胶管12；包括反力架装置，所述反力架装置包括螺杆16，所述螺杆16的底端通过锚固固定，在螺杆16的顶端套装有两层受力板18，所述受力板18之间设置有可伸缩套筒19，位于顶层的受力板18通过螺母17限位固定在螺杆16的顶端；包括向内收缩筒10，所述向内收缩筒10设置在主孔26的内部，所述主孔26是采用钻机3加工在岩土体的中心部位，在主孔26的外周均布加工有多圈均布的侧孔29；所述反力架装置设置在岩土体的顶部。

进一步的，所述中空筒20的外部涂覆有润滑油层8。

进一步的，所述中空筒20的外壁上，并位于位移感应器5所在的圆孔21位置粘贴有薄膜22。

进一步的，所述组合管7上与中空筒20上圆孔相对应的位置也加工有圆孔，在圆孔所在位置采用密封处理确保不漏气。

进一步的，所述压力传感片1通过第一网线2与计算机相连，所述位移感应器5通过第二网线23与计算机相连。

进一步的，所述可伸缩套筒19包括下部套筒24，所述下部套筒24的底端采用底板焊接密封，所述下部套筒24的内部顶端套装有上部套筒25，所述上部套筒25的顶端开口采用螺旋盖板27密封；所述下部套筒24和上部套筒25之间通过竖向槽轨导向滑动配合。

进一步的，实验时，所述可伸缩套筒19内部填充膨胀水泥浆4，所述膨胀水泥浆4是采用云母片15、含量为k的膨胀水泥和碎沙石按一定比例混合，快速搅拌，并使其混合均匀制备而成。

进一步的，所述向内收缩筒10的内侧壁上加工有竖向布置的承压刻痕28，所述向内收缩筒10和主孔26之间填充膨胀水泥，并使向内收缩筒10在膨胀力作用下向内收缩。

进一步的，实验时，所述向内收缩筒10和主孔26之间填充膨胀水泥，换成向孔中放入振动棒6，并在振动棒周围填满模具硅胶管12与周围岩土体内壁充分接触，待模具硅胶管12凝固启动振动棒6，在持续振动力和上面压力下观察并记录两种感应片的曲线图；还可以把往中心孔填放膨胀混凝土和向内收缩筒10换成向主孔中放入适量炸药13填满主孔洞，并且做好防护工作后引爆炸药13，观察并记录两种感应片的曲线图。

实施例2：

此实施例是采用单孔主孔检测原位岩土体受力的实验方法，它包括以下步骤：

step1：准备材料：准备压力感应片1，位移感应器5，钻孔机3，中空筒20，电热丝11，双层皮套14，模具硅胶管12，润滑油层8，振动棒6，炸药13，云母片15，螺杆16，膨胀水泥4，受力板18，膨胀螺杆，收缩锚杆，可伸缩套筒19和组合管7；

step2：安装组合管：在中空筒20上按照设计尺寸打出圆孔21，将电热丝11缠绕在中空筒20外表面，在电热丝20表面涂上润滑油，套上双层皮套14，之后将其稳定安置在中空筒20中心，然后把压力感应片1与位移感应器5按照给定的设计间距并排安装在中空筒20上，安装好的位移感应器5应在中空筒20外壁接触圆孔上附上一层薄膜22，完成后放置一旁备用；

step3：安装位移感应器5：在安装时注意位移感应器5的拉伸尺寸要与开的圆孔21尺寸一致，要确保位移感应器5的端口与侧孔壁充分接触，安装好的位移感应器在接触圆孔上附上一层薄膜；

step4：打定位侧孔：在检测范围内考虑好测量大小后，任选一个位置打一个方向竖直向地面的定位侧孔，打完后立刻放入组合管7，并注入模具硅胶将双层皮套14之间的缝隙填满，要确保把周围空隙全部填满，并密封上端开口，然后接通电热丝11的电源，让电热丝11运作，使硅胶在10分钟内完成固化，当硅胶完全固化后，关闭电源；

step5：打剩余侧孔：根据定位侧孔安装图纸确定其余侧孔27的位置，在定好的位置上做上标记，之后再逐一打孔，每打好一个侧孔后都如同step3一般：放入组合管7，注入模具硅胶，并利用电热丝使模具硅胶固化；

step6：安装网线、测量初始曲线图：将所有压力感应片1和位移感应器5都连上网线，并按照图纸有序的将网线接入计算机，打开计算机上的相应程序，测量并记录压力感应片1和位移感应器5在不受干扰状态下的初始数据，此后，计算机一直保持工作状态；

step7：打主孔26：在众侧孔的中心打一方向竖直向地面的主孔26，打孔的同时，测量并记录周围的岩土在受到波动时，各感应片的曲线图；

step8：配制混合膨胀水泥浆：现场拆封膨胀剂和水泥，取适量于一桶中，再向桶中加入一定比例的云母片15和细沙，快速搅拌，使三者在膨胀水泥开始膨胀前混合均匀，完成后，放置在主孔26旁备用；

step9：在主孔中心竖直地插入向内收缩筒，然后向主孔中注入混合均匀的膨胀水泥浆，迅速将反力架装置安装在主孔26上方，将螺母、螺杆、受力板三种材料安装组合成反力架，在两块受力板之间放置可伸缩套筒19，调节水平位置，使可伸缩套筒19位于主孔正上方，再将受力板及可伸缩套筒19向下调节，给主孔上方表面施加一个垂直地面的压力，在开始膨胀后，观察并记录两种感应片传递的曲线图；

step11：放缩土体：胀水泥膨胀到一定程度时，对内部的向内收缩筒施加的的围压力达到最大，向内收缩筒被破坏，则膨胀水泥继续膨胀是对内膨胀，向外的膨胀力减小，观察并记录整个过程中两种感应片记录的变化情况的曲线图。

实施例3：

此实施例是采用双孔主孔检测原位岩土体受力的方法，它包括以下步骤：

step1：准备材料：压力感应片，位移感应片，钻孔机，中空筒，电热丝，模具硅胶，振动棒，炸药，膨胀水泥，向内收缩筒，组合管；

step2：安装组合管：在中空筒上按照图纸打出圆孔，将电热丝缠绕在中空筒外表面，在电热丝表面涂上润滑油，套上双层皮套，之后将其稳定安置在中空筒中心，然后把压力感应片与位移感应器按照给定的图纸取间距并排安装在中空筒上，安装好的位移感应器应在中空筒外壁接触圆孔上附上一层薄膜，完成后放置一旁备用；

step3：打定位侧孔：在检测范围内考虑好测量大小后，任选一个位置打一个方向竖直向地面的定位侧孔；打完后立刻放入组合管，并注入模具硅胶将电热丝与中空筒之间的缝隙填满，并密封上端开口；然后接通电热丝的电源，使电热丝运作，让硅胶在10分钟内完成固化，当硅胶完全固化后，关闭电源；

step4：打剩余侧孔：根据定位侧孔安装图纸确定其余侧孔的位置，在定好的位置上做上标记，之后再逐一打孔，每打好一个侧孔后都如同step3中操作，放入组合管，注入模具硅胶，并利用电热丝使模具硅胶固化；

step5：安装网线、测量初始曲线图：将所有感应片都连上网线，并按照图纸有序的将网线接入电脑，打开电脑上的相应程序，测量并记录位移感应片和压力感应片在不受干扰状态下的初始数据，此后，电脑一直保持工作状态；

step6：打主孔：在众侧孔的中心打两个方向竖直向地面的主孔，打孔的同时，测量并记录周围的岩土在受到波动时，各感应片的曲线图；

step7：组装反力架装置：将螺母、螺杆、受力板三种材料安装组合成反力架，在两块受力板之间放置可伸缩套筒，调节套筒位置，使其位于受力板中心，向套筒中加入适量含量比例的膨胀水泥，再调节两块受力板高度，使其紧紧夹住可伸缩套筒；

step8：配制混合水泥：现场拆封膨胀水泥，取适量于一桶中，再向桶中加入大量云母片和少量碎沙石，快速搅拌，使三者在膨胀水泥开始膨胀前混合均匀，完成后，放置在主孔旁备用；

step9：测量挤压力：在两个主孔中心竖直地插入向内收缩筒，然后向主孔中注入混合均匀的膨胀水泥，迅速将反力架装置安装在主孔上方，调节水平位置，使套筒位于主孔正上方，再将受力板及套筒向下调节，给主孔上方表面施加一个垂直地面的压力，在开始膨胀后，观察并记录两种感应片传递的曲线图，同时观察并记录两孔之间岩土体受张力的蠕变曲线；

step10：放缩土体：胀水泥膨胀到一定程度时，对内部的向内收缩筒施加的的围压力达到最大，向内收缩筒被破坏，则膨胀水泥继续膨胀是对内膨胀，向外的膨胀力减小，同时观察并记录整个过程中两种感应片记录的变化情况的曲线图和岩土体收缩时的蠕变曲线。

实施例4：

检测原位振动岩土体受力的实验方法，包括以下步骤：

step1：准备材料：压力感应片，位移感应片，钻孔机，中空筒，电热丝，模具硅胶，振动棒，炸药，膨胀水泥，向内收缩筒；

step2：安装组合管：在中空筒上按照图纸打出圆孔，将电热丝缠绕在中空筒外表面，在电热丝表面涂上润滑油，套上双层皮套，之后将其稳定安置在中空筒中心，然后把压力感应片与位移感应器按照给定的图纸取间距并排安装在中空筒上，安装好的位移感应器应在中空筒外壁接触圆孔上附上一层薄膜，完成后放置一旁备用；

step3：打定位侧孔：在检测范围内考虑好测量大小后，任选一个位置打一个方向竖直向地面的定位侧孔，打完后立刻放入组合管，并注入模具硅胶将中空筒与中空筒之间的缝隙填满，并密封上端开口，然后接通电热丝的电源，使电热丝运作，让硅胶在10分钟内完成固化，当硅胶完全固化后，关闭电源；

step4：打剩余侧孔：根据定位侧孔安装图纸确定其余侧孔的位置，在定好的位置上做上标记，之后再逐一打孔，每打好一个侧孔后都如同step3一般：放入组合管，注入模具硅胶，并利用电热丝使模具硅胶固化；

step5：安装网线、测量初始曲线图：将所有感应片都连上网线，并按照图纸有序的将网线接入电脑，打开电脑上的相应程序，测量并记录感应片在不受干扰状态下的初始数据，此后，电脑一直保持工作状态；

step6：打主孔：在众侧孔的中心打一个方向竖直向地面的主孔，打孔的同时，测量并记录周围的岩土在受到波动时，各感应片的曲线图；

step7：测量振动力：在主孔中留出恰好可以放入振动棒的空隙，放入振动棒，将振动棒的功率调至可测范围内，多次测量其振动时土体的压力及位移曲线图；

实施例5：

检测原位冲击荷载岩土体受力的实验方法：

step1：准备材料：压力感应片，位移感应片，钻孔机，中空筒，电热丝，模具硅胶，振动棒，炸药，膨胀水泥，向内收缩筒；

step2：安装组合管：在中空筒上按照图纸打出圆孔，将电热丝缠绕在中空筒外表面，在电热丝表面涂上润滑油，套上双层皮套，之后将其稳定安置在中空筒中心，然后把压力感应片与位移感应器按照给定的图纸取间距并排安装在中空筒上，安装好的位移感应器应在中空筒外壁接触圆孔上附上一层薄膜，完成后放置一旁备用；

step3：打定位侧孔：在检测范围内考虑好测量大小后，任选一个位置打一个方向竖直向地面的定位侧孔，打完后立刻放入组合管，并注入模具硅胶将中空筒与中空筒之间的缝隙填满，并密封上端开口，然后接通电热丝的电源，使电热丝运作，让硅胶在10分钟内完成固化。当硅胶完全固化后，关闭电源；

step4：打剩余侧孔：根据定位侧孔安装图纸确定其余侧孔的位置，在定好的位置上做上标记，之后再逐一打孔，每打好一个侧孔后都如同step3一般：放入组合管，注入模具硅胶，并利用电热丝使模具硅胶固化；

step5：安装网线、测量初始曲线图：将所有感应片都连上网线，并按照图纸有序的将网线接入电脑，打开电脑上的相应程序，测量并记录感应片在不受干扰状态下的初始数据。此后，电脑一直保持工作状态；

step6：打主孔：在众侧孔的中心打一个方向竖直向地面的主孔，打孔的同时，测量并记录周围的岩土在受到波动时，各感应片的曲线图；

step7：测量冲击力：在主孔内，放入一串炸药，将一切物品安置在安全范围内后引爆炸药，测量其突然引爆时对周围土体的冲击压力及位移曲线图。