[发明专利]囊压测试方法与测试装置

说明书

本发明涉及岩土工程检测测试与地下工程施工领域中的囊压测试方法与装置，其核心思想是通过在土体中埋设多个密封囊袋(1)，通过向密封囊袋(1)内充入流体，实现测试点的加载或卸载，通过测定充入流体体积与压强，计算密封囊袋(1)外围土体的位移与应力，通过多点设置，实现原位测试的边界条件清晰化，能获得多参数原位测试结果，给出了五种囊压测试方法与三种囊压测试装置，本发明克服了土体原位测试边界条件不清与测试参数单一的实质性缺陷，可直接应用于土体稳定与变形计算，也可用于盾构、顶管等地下工程施工中土体应力场的测试与控制，测试方法简单、数据稳定、精度高。

技术领域

本发明涉及岩土工程检测测试及地下工程施工领域。

背景技术

岩土工程检测测试是为土木工程设计与施工提供基础土工稳定与变形计算参数的重要依据之一，也是为土木工程施工提供基础土性数据的主要技术手段之一。近几十年来，岩土工程检测测试技术虽然有所发展，但进展缓慢。直至现在，能应用于工程实践的岩土工程原位测试技术主要包括静力触探试验、十字板剪切试验、旁压试验、贯入试验几种。该领域的技术进步与蓬勃发展的岩土工程需求极不相配，主要表现在，一方面，现行应用于工程实践的岩土工程检测测试技术数十年来鲜有变化，工程实践越来越偏向于根据工程经验打折使用土工参数，另一方面，工程实践中所用的计算参数一直以室内土工试验参数为主，土工原位测试参数一般作为地基土分层参考或施工难易程度参考使用。目前土工原位测试参数的设计计算使用多限于经验公式，基本没有理论基础。随着电子信息技术的飞速发展，数值计算技术越来越成熟，有限元等数值计算方法在机械工程、土木工程中的结构工程中得到广泛应用。有限元数值计算方法，具有适应强、结果细致等诸多优点，但在岩土工程领域中，有限元计算结果能直接应用于工程实践的寥寥无几。究其原因，有限元计算方法的本身是严谨的，计算结果与实际结果误差大及不稳定的主要原因在于计算所依据的土体参数可靠性差，现有的岩土工程原位测试技术所能提供的参数虽然可靠度高，但原位测试参数单一，测试的应力与位移边界条件不清，难以依据土体原位测试结果进行有限元计算。且现有技术中的原位测试参数难以依托合适的理论进行相互印证。原位测试技术的优点明显，比如可反应原位土体特性，可减少式样扰动、卸荷效应、人为影响等不利因素的影响。也正是因为目前岩土原位测试技术发展不能满足岩土工程活动需要，造成工程实践中，一方面缺乏准确的计算分析依据，一味的提高安全系数，造成巨大浪费，另一方面，计算分析方法可能掩盖某些不利影响因素，造成工程事故。工程实践亟待解决岩土工程设计施工所需的确切岩土体力学特性参数与相适应的理论计算方法。

在地下工程施工领域，如盾构隧道掘进、顶管顶进、基坑开挖过程中，伴随着邻近区域内土体应力场变化，有时伴随着土体应力水平的减小，有时伴随着土体应力水平的增加，土体应力场变化带来土体及依土而建建(构)筑物的位移与变形，影响施工区域附近的周边环境的安全，如何在施工过程中即时探测并调节施工面附近土体应力场，具有重大的工程意义，也是目前地下工程施工面临的难题之一。

发明内容

本发明的第一个目的是提供第一种囊压测试方法，该第一种囊压测试方法可测定多个原位土体应力应变特征参数，可直接用于岩土工程稳定与变形计算分析。

该第一种囊压测试方法包括以下步骤：

a)在土体中成孔，置入两个或两个以上能够承压的密封囊袋；

b)向密封囊袋内充入流体；

c)改变密封囊袋内流体的压强，测定该密封囊袋及邻近密封囊袋外侧的土体应力与位移变化；

d)假定土体力学特性参数为未知数，代入步骤c)中测定的土体应力测试值与相对应的位移测试值，根据土体受力平衡方程式，建立土体囊压平衡方程式；

e)求解步骤d)中确立的土体囊压平衡方程式，获得土体的力学特性参数。

本发明的第二个目的是提供第二种囊压测试方法，该第二种囊压测试方法，可以根据设定的原位土体应力或位移边界条件，测定土体强度指标。