[发明专利]土体弹性参数表面快速测试方法及装置

说明书

技术领域

本发明方法和装置涉及土体弹性力学参数的原位测量。适用于在隧道洞内 或基坑中裸露土层的表面上将土体弹性模量测出。

背景技术

取得岩土体力学参数的方法一般分为室内试验和现场原位试验，室内试验 一般是将从现场取得的土样拿到试验室内，利用三轴仪、直剪仪等仪器测量土 样的应力应变关系，然后据此推算土体的各力学参数。由于岩土材料有很强的 原位依赖性，将其取至室内，其力学性质也将发生很大的变化，故室内试验的 取得的参数不能完全准确的反映土体的宏观结构、非均质性。而现场原位试验 能更好的反映微观、宏观结构对土体性质的影响，常用的现场原位试验有静力 触探、动力触探、十字板剪切试验、旁压试验等。这些原位试验取得参数的方 法大都是建立在经验的基础上，都是经过广泛的应用，然后取得大量的测试数 据和经验公式，来进行土体参数的推算或者土体的分类。另外，从这些现场原 位试验的操作方法上来说，大部分都是从地面打孔至所测地层中进行测试的， 所需工序较多，所用仪器都较昂贵，整个试验的成本很高，速度很慢。对于隧 道洞内或已开挖的基坑内的土体，尤其是注浆后的土体，要想测试其力学参数， 显然没有必要再从地面打孔测试了，直接在土体表面测试是很好的方法，而原 有的原位测试方法及仪器由于测试原理的限制而不能进行表面或水平测试。

发明内容

本发明所要解决的是克服现有技术存在的问题，提供一种土体弹性参数表 面快速测试方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种土体弹性参数表面快速测试装置，该快速测试装置的下固定杆前端与 临土面后端的下部焊接连接，固定刃刀焊接在临土面的前端，支架安放在下固 定杆的下部，下固定杆主要用来稳定整个装置，临土面程扁平状，其上有竖直、 水平两道沟槽，临土面前端的固定刃刀在测量时插入土体，使临土面前端贴紧 土体，固定刃刀和支架配合使整个装置安放稳定。

推力杆位于上固定杆的壳内，推力杆与上固定杆通过滚珠的滚动来减小摩 擦，滚珠位于推力杆和上固定杆间的滚珠固定圈内，滚动固定圈的后端焊接在 上固定杆的后端。推力杆为圆柱状，上面有四道沟槽，使滚珠在沟槽里滚动， 推力杆后端由细变粗。上固定杆为一圆柱壳体，壳体内部有四道沟槽，滚珠可 以在沟槽里滚动。滚珠固定圈为一薄圆柱壳体，其上有孔洞，滚珠安放在孔洞 内，可以滚动但其位置不能移动。

上固定杆焊接在下固定杆的两个支撑上。

压土刃刀的后端与推力杆的前端焊接。推力杆可以将其尾端的推力传递给 压土刃刀，使得压土刃刀压入土体中，致使土体发生变形。

位移传感器安装在临土面中心一侧的水平槽内，水平槽的中心线与上固定 杆的轴线垂直且在一个平面内。位移传感器用来测量土体表面的变形。

压力传感器安装在推力杆后端的中心孔内。压力传感器用来测量所用的推 力值。

所述的位移传感器采用六只，等间距安装在临土面中心一侧的水平槽内。

使用上述装置的一种土体弹性参数表面快速测试方法，该方法的具体测试 步骤：

步骤一，在隧道掌子面或基坑侧壁上选定需测量弹性模量的土体，将其表 面整理平整；

步骤二，将固定刃刀推入隧道掌子面或基坑侧壁选定的土体，然后再用支 架将下固定杆支撑起来，使整个装置保持水平；

步骤三，向推力杆施加荷载，使得压土刃刀压入土中，致使土体发生变形；

步骤四，记录位移传感器的数据和压力传感器的数据P；

步骤五，选定位移数值有显著差异的两个位移传感器的数据u_i、u_j，按下式 计算弹性模量E：