[发明专利]一种软土隧道掌子面抗剪强度测试装置及稳定性评估方法

说明书

本发明提供一种软土隧道掌子面抗剪强度测试装置及稳定性评估方法，所述软土隧道掌子面抗剪强度测试装置包括：支撑机构、传动机构和十字剪切板，所述支撑机构用于向上支撑传动机构和十字剪切板，所述传动机构用于朝向软土隧道掌子面转动十字剪切板。本发明提供一种软土隧道掌子面抗剪强度测试装置及稳定性评估方法，可以对垂直的软土隧道掌子面的抗剪强度进行快速测定，从而解决了垂直的软土隧道掌子面不排水抗剪强度测试难，稳定性快速评估难的问题。

技术领域

本发明属于软土隧道技术领域，尤其是涉及一种软土隧道掌子面抗剪强度测试装置及稳定性评估方法，主要适用于水电、市政、交通、铁路中涉及的软土隧道。

背景技术

软土隧道建设在各行业地下工程建设总体量中占有较大比重，特别是在市政工程行业。软土隧道采用分台阶、预留核心土等分序开挖方法，施工工序多，对工期影响较大。由于全断面开挖方法具有安全性高，可控性强等特征，随着施工设备及水平的不断提高，全断面开挖方法应用越来越广。

土体不排水抗剪强度即在不排水的条件因素下土能够抵抗剪切破坏的极限能力，是评价建筑地基稳定性与承载力等土的主要力学性质指标，可以通过十字板剪切试验进行原位测试获得。常规的测试装置及设备主要用于水平地层的测试，对于垂直的工作面测试具有一定的难度。同时，对于软土隧道掌子面的稳定特性评估通常难以进行测定，需要进行复杂的分析进行确定，工作量大，缺乏有效的快速评估方法。

发明内容

本发明的第一个目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种软土隧道掌子面抗剪强度测试装置。

为此，本发明的上述目的通过如下技术方案实现：

一种软土隧道掌子面抗剪强度测试装置，包括：支撑机构、传动机构和十字剪切板，所述支撑机构用于向上支撑传动机构和十字剪切板，所述传动机构用于朝向软土隧道掌子面转动十字剪切板。

在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：

作为本发明的优选技术方案：所述支撑机构包括底板、多根支撑脚和工作台，所述支撑脚的下端固定至底板上，所述支撑脚的上端固定至工作台下方。

作为本发明的优选技术方案：所述工作台的边缘设有牵拉绳缺口以自由下落牵拉绳。

作为本发明的优选技术方案：所述支撑脚为上下两节且上下两节的连接处设有支撑脚调节旋钮，所述支撑脚调节旋钮用于调整工作台的高度。

作为本发明的优选技术方案：所述工作台上表面设有水准泡。

作为本发明的优选技术方案：所述传动机构包括牵拉绳转轮、十字板转轮、牵拉绳和十字板连接杆；所述牵拉绳穿设在牵拉绳转轮和十字板转轮上，所述十字板转轮的侧面固定十字板连接杆，所述十字板连接杆的另一端与十字剪切板相固定，所述牵拉绳转轮、十字板转轮分别架设在牵拉绳转轮支撑架、十字板转轮支架上。

作为本发明的优选技术方案：所述十字板连接杆的中部还设有十字板支撑架。

本发明还有一个目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种软土隧道掌子面稳定性评估方法。

为此，本发明的上述目的通过如下技术方案实现：

一种软土隧道掌子面稳定性评估方法，所述软土隧道掌子面稳定性评估方法基于前文所述的软土隧道掌子面抗剪强度测试装置，并包括如下步骤：

S1、获取传动机构作用在十字剪切板上的弯矩M，十字剪切板的直径为D，十字剪切板的高度为H，由此得到软土隧道掌子面的抗剪强度：

S2、根据测试点位置土层分布等计算总应力σ_v；

S3、计算总应力与抗剪强度的比值N：