一种利用射钉判定土样密实度以及抗剪强度参数的装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种利用射钉判定土样密实度以及抗剪强度参数的装置，空气压缩机通过气管与气压式射钉枪的射钉枪进压孔相连通，所述气压式射钉枪内部设置有压力存储腔，射钉枪进压孔设置在压力存储腔的尾部，压力存储腔的头部设置有射钉枪排压孔，所述射钉枪排压孔的头部安装有光电门，在压力存储腔的前端设置有射钉存储腔，射钉存储腔内部安装有圆柱形射钉和尖状射钉。此装置运用射钉技术测量圆形改进排钉对于所测试土样的轴向压缩变形量、或者尖状射钉对所测试土样的贯入长度；建立土样的轴向压缩变形量、贯入长度与土样密实度以及粘聚力C和内摩擦角φ数值的对应关系，建立基于射钉技术的土样参数表，为工程实际应用提供新技术。
【专利说明】
一种利用射钉判定土样密实度以及抗剪强度参数的装置
技术领域
[0001] 本实用新型属于土工试验装置技术领域，具体涉及一种利用射钉判定土样密实度 以及抗剪强度参数的装置。
【背景技术】
[0002] 土体的松密程度通常用土的相对密实度表达，是土体重要物理参数指标。对无粘 性土来说，土体的松密程度对土的工程性质影响很大。土的密实程度越高，压缩性越小，其 工程特性越好;土的密实程度越低，压缩性越大，其工程特性越差。碎石密室程度在野外常 通过标准贯入试验鉴别，分为松散、稍密、中密、密实四类。对于标准贯入试验而言，标准贯 入器和穿心锤体积大，搬运过程费时费力，试验过程噪音大。
[0003] 抗剪强度指标(粘聚力C，内摩擦角巾），是土体的重要力学性质指标，正确地测定 和选择土的抗剪强度指标是土工计算中十分重要的问题。现目前通常是通过土的直剪试验 和土的三轴剪切试验确定。
[0004] 直接剪切试验是测定土的抗剪强度的一种常用方法。通常采用4个试样，分别在不 同的垂直压力P下，施加水平剪切力进行剪切，测得剪切破坏时的剪应力t。然后根据库仑定 律确定土的抗剪强度指标:粘聚力C和内摩擦角巾。它的缺点主要包括：（1)剪切面限定在上 下盒之间的平面，而不是沿土样最薄弱的面剪切破坏；（2)剪切面上剪应力分布不均匀；（3) 在剪切过程中，土样剪切面逐渐缩小，而在计算抗剪强度时仍按土样的原截面积计算；（4) 试验时不能严格控制排水条件，并且不能量测孔隙水压力。
[0005] 三轴剪切试验是在三向应力状态下，测定土的抗剪强度参数的一种剪切试验方 法。通常用3~4个圆柱体试样，分别在不同的恒定围压下，施加轴向压力，进行剪切，直至破 坏;然后根据极限应力圆包络线，求得抗剪强度参数。
[0006] 对于室内试验各种试验仪器，试验方法都比较多，但是缺点为并不是原位试验。无 论直接剪切试验还是三轴剪切试验，室内试样的获取需要大量人力物力，而且比较繁琐。针 对标准贯入试验等原位试验机型体积大，运输麻烦，操作不方便。所以，有必要设计一种便 携式的土工试验装置。 【实用新型内容】
[0007] 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种利用射钉判定土样密实度以及抗剪 强度参数的装置，此装置运用射钉技术测量圆形改进排钉对于所测试土样的轴向压缩变形 量、或者尖状射钉对所测试土样的贯入长度;建立土样的轴向压缩变形量、贯入长度与土样 密实度以及粘聚力C和内摩擦角巾数值的对应关系，建立基于射钉技术的土样参数表，为工 程实际应用提供新技术。为了保证数据有效可靠性，轴向压缩变形量、贯入长度取低压有效 驱动压力条件下的平均值。该结构简单、方法可靠、操作方便。
[0008] 为了实现上述的技术特征，本实用新型所采用的技术特征是:一种利用射钉判定 土样密实度以及抗剪强度参数的装置，它包括空气压缩机，空气压缩机通过气管与气压式 射钉枪的射钉枪进压孔相连通，所述气压式射钉枪内部设置有压力存储腔，射钉枪进压孔 设置在压力存储腔的尾部，压力存储腔的头部设置有射钉枪排压孔，所述射钉枪排压孔的 头部安装有光电门，光电门位于射钉枪枪口处，在压力存储腔的前端设置有射钉存储腔，射 钉存储腔内部安装有圆柱形射钉和尖状射钉。
[0009] 所述压力存储腔的外表面安装有存储腔内压力表，压力存储腔的把手处安装有压 力释放按钮。
[0010] 所述光电门的前方设置有四种不同的试样土样，包括松散土、稍密土、中密土和密 实土。
[0011] 所述光电门能够实时记录经过枪口处圆柱形射钉和尖状射钉的初始速度。
[0012] 所述圆柱形射钉和尖状射钉的长度均为50mm。
[0013]本实用新型有如下有益效果：
[0014] 1)射钉枪压力存储腔内的高压气体压强，可通过压力释放按钮控制不同压强的气 体作为驱动能量，射钉枪内置压力表可实时记录压力存储腔内的气压大小。
[0015] 2)为了测定的射钉对于所测试土样的贯入长度数据更加精确，减少误差，保证射 钉的有效射入值，针对于不同土样选取不同种类射钉，圆柱形射钉适用于相对松散土样，而 尖状射钉适用于相对密实土样。
[0016] 3)同样为了保证数据位于有效值内，压力驱动能量可根据不同强度的土样而定， 高压驱动适用于较密实坚硬土体，低压驱动适用于稍密疏松土体。
[0017] 4)射钉枪的枪口与土样垂直，保证射钉垂直进入土体，避免在其他方向产生分力 以及分位移，以提高测定可靠度。
[0018] 5)想要得到某类土样的密实度、粘聚力C和内摩擦角巾，可以不必要进行繁琐的试 验才能够得到土样的密实度、粘聚力C和内摩擦角巾，通过查表高效地查询到，简捷方便。
【附图说明】
[0019] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
[0020] 图1为本实用新型整体结构示意图。
[0021] 图中：空气压缩机1、射钉枪进压孔2、气压式射钉枪3、压力存储腔4、存储腔内压力 表5、压力释放按钮6、射钉存储腔7、射钉枪排压孔8、圆柱形射钉9、尖状射钉10、光电门11、 松散土 12、稍密土 13、中密土 14、密实土 15、压缩状态土样16、穿刺贯入状态土样17。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图对本实用新型的实施方式做进一步的说明。
[0023]参见图1，一种利用射钉判定土样密实度以及抗剪强度参数的装置，它包括空气压 缩机1，空气压缩机1通过气管与气压式射钉枪3的射钉枪进压孔2相连通，所述气压式射钉 枪3内部设置有压力存储腔4，射钉枪进压孔2设置在压力存储腔4的尾部，压力存储腔4的头 部设置有射钉枪排压孔8，所述射钉枪排压孔8的头部安装有光电门11，光电门11位于射钉 枪枪口处，在压力存储腔4的前端设置有射钉存储腔7，射钉存储腔7内部安装有圆柱形射钉 9和尖状射钉10。
[0024]进一步的，所述压力存储腔4的外表面安装有存储腔内压力表5，压力存储腔4的把 手处安装有压力释放按钮6。通过压力存储腔4能够存储空气压缩机1产生的高压气体，进而 保证能够对射钉进行发射。
[0025]进一步的，所述光电门11的前方设置有四种不同的试样土样，包括松散土 12、稍密 土 13、中密土 14和密实土 15。通过设置不同的试样土样能够实现不同试样的测量。
[0026] 进一步的，所述光电门11能够实时记录经过枪口处圆柱形射钉9和尖状射钉10的 初始速度。通过记录不同的初始速度方便进行试验结果的换算和计算。
[0027] 进一步的，所述圆柱形射钉9和尖状射钉10的长度均为50_。
[0028]本实用新型的具体操作过程以及原理为：
[0029]步骤1:空气压缩机1压缩空气，经过射钉枪进压孔2将气体导入射钉枪压力存储腔 4,存储腔内压力表5可以实时读取并记录射钉枪压力存储腔内压强大小。
[0030] 步骤2:压力释放按钮6可控制释放不同压强大小的气压，根据土样强度可调整至 驱动压力低压，并作为圆柱形射钉9和尖状射钉10的推动能源。光电门11位于射钉枪枪口 处，可实时记录经过枪口处圆柱形射钉9和尖状射钉10的初始速度。圆柱形射钉9和尖状射 钉10分别作用于不同密实度的土样。
[0031] 步骤3:测量圆柱形射钉9对压缩状态土样16的轴向压缩变形量和尖状射钉10对穿 刺贯入状态土样17的贯入长度。
[0032] 步骤4:在相同气压作为驱动能源的情况下，不同类别土样被压缩的轴向压缩变形 量存在差异，并将轴向压缩变形量与标准贯入试验锤击数N建立一个关联关系，以此实现将 射钉法中土样轴向压缩变形量作为判定土样密室状态的方法。
[0033]所述步骤4中，标准贯入试验锤击数N: 63.5kg的锤，自76cm的高度自由下落，将长 度51厘米、外径5.1厘米、内径3.49厘米的标准贯入器击入土中30cm所需的锤击数，称为标 准贯入击数N。
[0034]在一定应力范围内，莫尔_库伦强度可表示为：
[0035] r,=c+fTlan^
[0036] 式中，c为土的粘聚强度;cr tan识为土摩擦强度;f为土的内摩擦角。
[0037]以砂土为例，在0.1~0.2MPa低压力驱动条件下，测得土样圆柱型压缩量、尖棱钢 钉贯入度。并且建立包括压缩量、贯入度、密实度、土样抗剪断强度参数粘聚力C和内摩擦角 小的土样具体参数表：
[0038]基于射钉技术土样参数表
【主权项】
1. 一种利用射钉判定土样密实度以及抗剪强度参数的装置，它包括空气压缩机（I)，空 气压缩机(1)通过气管与气压式射钉枪(3)的射钉枪进压孔(2)相连通，其特征在于:所述气 压式射钉枪(3)内部设置有压力存储腔(4)，射钉枪进压孔(2)设置在压力存储腔(4)的尾 部，压力存储腔(4)的头部设置有射钉枪排压孔(8)，所述射钉枪排压孔(8)的头部安装有光 电门（11)，光电门（11)位于射钉枪枪口处，在压力存储腔(4)的前端设置有射钉存储腔(7)， 射钉存储腔(7)内部安装有圆柱形射钉(9)和尖状射钉(10)。2. 根据权利要求1所述一种利用射钉判定土样密实度以及抗剪强度参数的装置，其特 征在于:所述压力存储腔(4)的外表面安装有存储腔内压力表(5)，压力存储腔(4)的把手处 安装有压力释放按钮(6)。3. 根据权利要求1所述一种利用射钉判定土样密实度以及抗剪强度参数的装置，其特 征在于:所述光电门（11)的前方设置有四种不同的试样土样。4. 根据权利要求1或3所述一种利用射钉判定土样密实度以及抗剪强度参数的装置，其 特征在于:所述光电门（11)能够实时记录经过枪口处圆柱形射钉(9)和尖状射钉（10)的初 始速度。5. 根据权利要求1所述一种利用射钉判定土样密实度以及抗剪强度参数的装置，其特 征在于:所述圆柱形射钉(9)和尖状射钉(10)的长度均为50mm。
【文档编号】G01N3/307GK205593862SQ201620337929
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月20日
【发明人】刘杰, 李春波, 常德龙, 艾芊, 李万文
【申请人】三峡大学