[发明专利]一种孔内用环形平面变径装置

说明书

一种孔内用环形平面变径装置，属于土壤原位力学测试领域。包括平面变径系统、变径驱动系统、连接扩展板、连接柱，所述平面变径系统包括中间圆盘、大平面支撑板、小平面支撑板、大平面支撑板连杆、小平面支撑板连杆、大平面支撑板滑块、小平面支撑板滑块、平面连接板，所述变径驱动系统包括内活塞杆、外活塞杆、内活塞杆弹簧。该装置可适用于多种平面变径场景中，可快速形成完整的支撑平面，且使用清洁无污染的压缩空气作为动力源，装置结构简单且安全可靠，节省生产成本，并能够承受更大的支撑载荷。

技术领域

本发明属于土壤原位力学测试技术领域，涉及一种孔内用环形平面变径装置，用于实现孔内土壤原位剪切力测试。

背景技术

岩土体的剪切测试参数是工民建工程设计与地质灾害治理与防治的关键力学参数，原位测试和室内试验是获取岩土体力学参数的两种重要基本手段。直剪试验是室内试验常用的方法，直剪试验所使用的仪器称为直剪仪，按加荷方式的不同，直剪仪可分为应变控制式和应力控制式两种，应变控制式是以等速水平推动试样产生位移并测定相应的剪应力；应力控制式则是对试样分级施加水平剪应力，同时测定相应的位移。目前常用的是应变控制式直剪仪。试验时，垂直压力由杠杆系统通过加压活塞和透水石传给土样，水平剪应力则由轮轴推动活动的下盒施加给土样。土体的抗剪强度可由量力环测定，剪切变形由百分表测定。在施加每一级法向应力后，匀速增加剪切面上的剪应力，直至试件剪切破坏。室内剪切试验的缺点有，一是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；二是剪切面上剪应力分布不均匀；三是在剪切过程中，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；四是试验时不能严格控制排水条件，并且不能量测孔隙水压力，相比室内试验测试来说，原位测试具有代表性强，对土壤的扰动性小，基本保持土壤的天然结构，天然含水量以及天然应力状态，能真实反映工程实际情况等优点，能够极大满足工程设计及灾害治理的需求。目前，原位剪切测试手段主要包括现场大型直剪试验和孔内剪切试验，但是在测试过程中还存在一些不足，关于岩土体孔内原位剪切测试的装置仍需完善，以反映真实的岩土体剪切过程和获取真实的剪切力学参数。

现场大型直剪试验只能用于测量浅表层的原位土体的剪切强度参数，难以反映深部岩土体的真实情况；而现有的孔内剪切测试，采用加压板直接对土体加压并剪切，该方式实际反映的剪切力为加载板与土体的剪切强度，并非真正意义上的土体本体的剪切强度。孔内剪切试验仪器的技术难点是在孔内加压板对应的土环上下添加支撑板装置。支撑板装置必须可以在孔内实现变径，变径后可以形成一个完整的平面圆环。

授权公布号为CN103728188A，授权公告日为2014.04.16的中国发明专利公开了一种土壤原位剪切及静载荷试验仪，提供了一种原位剪切试验设备，但该设备采用托杆支撑的摆块形状的圆盘来对土体剪切，这种机械式的控制方法无法保证摆块的均匀打开，进而对周围土体可能会存在局部剪切，无法获得可靠的实验数据，摆块在推出时会产生相互干涉，并且推出操作复杂繁琐并不方便，也是由于摆块的推迟机构过于复杂此装置只能适用于浅层孔内土壤力学试验，对深层孔内土壤的力学试验不能完成，而且遇到中、强风化残疾土时，破碎岩块很可能卡住托杆，使摆块无法正常收回，以及会使支撑杆和托杆无法收紧而导致试验失败。

授权公布号为CN104458445A，授权公告日为2015.03.25的中国发明专利公开了一种原位土体孔内剪切试验装置及试验方法，提供了一种原位剪切试验设备，但该设备通过充满氮气的气瓶利用减压阀和调压阀输出气压鼓胀气囊的方式，使剪切筒外围的剪切刀插入土体中完成土体的力学性能试验，但是此发明中的剪切刀插入土体时会对土体自然结构进行破坏，影响土体力学性能的真实性，由于原位土壤存在破坏，所以此装置测得的数据存在很大的误差。

上述的原位土体孔内剪切试验装置存在着结构上的设计缺陷，即试验装置在孔内展开动作复杂繁琐，存在无法回收装置的风险、以及试验时装置会对原位土体自然结构产生破坏等缺陷。

发明内容