[发明专利]一种用于评价岩土材料风化程度和加固效果的测试系统

说明书

本发明公开了一种用于评价岩土材料风化程度和加固效果的测试系统。由钻入阻力测试装置模块、数据采集模块和数据分析模块组成，钻入阻力测试装置模块包括机械元件和控制系统。控制系统包括推进速率与位移单轴控制器、PWM转速控制电路、推进速度和转速监测和反馈补偿调节系统。数据采集模块包括压力传感器、转速传感器、数字变送器、数据采集仪,采集数据通过数字变送器传送储存于数据采集仪。数据处理模块对钻入过程实现参数化控制，植入数据处理程序，实现数据统计、数学计算、滤波分析、相关性分析、平滑处理等功能。本发明是一种方便快捷、真实有效的岩土材料性能原位微损检测手段，尤其能更好的满足文物非破坏性原位测试的要求。

技术领域

本发明涉及岩土材料性能检测技术领域,尤其涉及一种用于评价岩土材料风化程度和加固效果的测试系统。

背景技术

在岩土材料性能检测技术领域中，因取样困难、试验误差、现有技术的局限性，缺乏对岩土材料性能定量评价的可靠便捷的原位检测手段。尤其在当前的文物保护实际工程中,因文物的特殊属性，存在两个尚未有效解决的两个问题：

(1)岩土质不可移动文物风化程度的判定：长期以来，对于石窟寺或土遗址等风化程度的判定只能通过现场考察时的主观经验性评价或者现场取已坍塌的块体带回实验室进行分析测试。存在仅仅通过对表层的观察,往往很难了解材料内部的情况的问题,很少有关于强度增加或减少的直接信息，而将现场已坍塌的块体的性能去评价主体的情况,因材料本身赋存环境的变化，其结果往往也不具有代表性。未能对表层风化层强度、厚度进行量化。

(2)加固效果评价：在现有的加固效果评价体系中，绝大部分都是基于实验室方法从力学强度、环境耐久性、兼容性等方面得出的室内加固效果评价。由于实验室的加固方法和养护环境,以及待测试试样是本身脱落赋存环境的坍塌块体或制作的标准试件，与实际的材料本体性质存在差异,实验室得出的结果可能和现场施工效果差别较大。现有方法很少可以原位使用，或只能评估浅表层,具有严重的限制，缺乏有效的原位检测手段。如何对现场加固工程的固化强度、加固深度、有没有存在所谓的加固和未加固层之间的明显分界面等加固效果量化评价,也是亟需解决的问题。

岩土材料的检测手段和保护措施都应尽可能减少对本体的干扰和破坏，一种用于评价岩土材料风化程度和加固效果的测试系统可以通过在岩土材料本体上钻入几毫米直径的微孔进行原位微损测试,基于距离表层不同深度下的钻入阻力值,很直观的判断出风化层的强度、风化层的厚度，对加固固化强度、加固有效范围等加固效果量化评价，为岩土材料性能检测尤其文物保护领域中提供新方法。

发明内容

为解决上述技术问题,本发明提供的技术方案为一种在恒定推进速度推动下恒定转动速度的钻头钻入待测试试样,通过内置的传感器采集钻头钻入时所受阻力，描述钻入深度与钻入阻力之间的对应关系的用于评价岩土材料风化程度和加固效果的测试系统。

本系统由钻入阻力测试装置模块、数据采集模块和数据分析模块组成，所述钻入阻力测试装置模块包括机械元件和控制系统，所述机械元件包括壳体、伺服电机、转动电机、减速器、钻夹具、钻头、接触装置、电源和启动开关；伺服电机、转动电机、减速器、电源和启动开关置于壳体内，所述伺服电机一端固定于壳体端头，一端通过传动丝杆与转动电机连接，所述减速器一端与转动电机连接，另一端连接钻夹具，所述钻头通过钻夹具固定，钻头的周端设置有固定接触装置,电源置于壳体上端边角处；所述控制系统包括推进速率与位移单轴控制器、PWM转速控制电路、推进速度和转速监测和反馈补偿调节系统，所述数据采集模块包括压力传感器、转速传感器、数字变送器和数据采集仪,所述压力传感器一端与传动丝杆端固定，另一端与转动电机接触连接，所述转速传感器置于减速器与钻夹具之间，转速传感器采集的数据通过数字变送器传送储存于数据采集仪，所述数据分析模块包括数据处理器，数据处理器与数字变送器、数据采集仪一起置于壳体上端。

所述伺服电机和转动电机上均设有编码器，伺服电机采用闭环伺服控制系统，转动电机采用闭环稳速控制系统。