[发明专利]一种硬土强度和结构测试的探针试验装置和方法

说明书

一种探针试验装置和方法，适用于超固结、非均质土的强度和结构测试时使用。包括探针固定架、拉压应力传感器、位移计、探针和上方设有试样保护帽且有侧限的柱状硬土试样，提供一种圆柱状试块轴线的多条贯入迹线上贯入阻力分布的试验条件。通过不同直径探针重复试验获得多条贯入迹线上贯入阻力分布、单个贯入迹线上硬土软弱带分区，从而获得软弱带空间三维形态，根据硬土贯入阻力的空间分布数据统计分析硬土强度特征，其不改变既有压力机结构，试验装置拆装方便，结构简单，采集的数据详细可靠；通过调整探针尺度、环刀和试样保护帽尺寸可适应多尺寸试验和多类硬土，适应性广。

技术领域

本发明涉及一种探针试验装置和方法，尤其适用于超固结、非均质土的强度 和结构测试时使用的硬土强度和结构测试的探针试验装置和方法。

背景技术

硬土强度介于岩石和土之间，常规土力学试验装备由于加载能力不足对于硬 土无能为力，常规岩石力学试验装备在加载初期硬土就发生显著破坏，不利于捕 捉硬土变形破坏的力学过程。同时，硬土内滑面、裂隙和孔洞发育，结构性对其 性质影响也极为突出。目前，宏观尺度的岩土地层界面和构造参数测试一般采用 物探、钻探、槽探和洞探等方法，微观微米或纳米尺度孔隙的测试一般采用扫描 电镜、压汞试验和CT扫描进行测试，但试块试样内介于微观和宏观之间的结构 特征测试，尚缺乏有效的装置和方法。鉴于此，研究和试制硬土内部软弱带和硬 土强度的测试方法，是结构性硬土土性质测试研究的重要内容。

发明内容

技术问题：本发明是针对现有技术的不足之处，提供一种结构简单，使用方 便，测试效果好的硬土强度和结构测试的探针试验装置和方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明的硬土强度和结构测试的探针试验装置， 其特征在于：它包括设置在压力机上压头和压力机工作台之间的探针固定架、探 针、计算机、位移计和上方设有试样保护帽的柱状硬土试样；

所述探针固定架包括探针固定板，探针固定板四角上分别设有将探针固定板 固定在压力机上压头上的强力磁铁，探针固定板中心设有拉压应力传感器，拉压 应力传感器上垂直设有探针索头，拉压应力传感器两侧在探针固定板上设有固定 孔，探针固定板、拉压应力传感器和探针锁头利用胶水连接，探针锁头上设有探 针，探针直径0.5-3mm，硬土试样设置在探针正下方的压力机工作台上；所述位 移计上端固定在压力机上压头上，位移计下端采用磁铁吸附在压力机工作台上；

所述拉压应力传感器和所述位移计通过导线与计算机相连接，用于采集贯入 阻力和贯入深度。

所述试样保护帽上均匀设有多个探孔，探孔与探针直径相匹配，探孔位置按 顺序采用激光刻写编码和精确记录探孔中心坐标，试样保护帽的外径与采集柱状 硬土试样的环刀内径配合一致，探孔直径大于探针0.2mm；所述探针索头为可调 结构，用于更换不同长度和直径的探针。

一种硬土强度和结构测试试验方法，其步骤如下：

a.试验前先在拟定区域采集原状硬土样，利用环刀制成柱状试样，其上下 表面保持平行且上表面低于环刀上口2mm，每个被测地层制备2-3件柱状试样， 放置入恒温恒湿养护箱内待用，试验全过程中柱状试样始终处于环刀的侧限边界 条件和保护之下；

b.试验采用伺服压力机的控制系统提供加载条件：控制压力机抬起压力机 上压头，在压头和压力机工作台之间安装位移计，利用强力磁铁将探针固定板吸 附固定在压力机的上压头上，利用螺栓通过固定孔将探针固定板固定牢固，然后 根据硬土试样的强度，按照高强度小直径、低强度大直径的原则选择探针直径， 将探针垂直向下固定在探针索头上，安装拉压应力传感器和位移计并与计算机相 连接；

c.选择探孔与探针直径匹配的试样保护帽，在探针索头正下方的压力机工 作台上平稳地放置硬土试样，在硬土试样上安装试样保护帽，使试样保护帽与硬 土试样接实并嵌入环刀内；