[发明专利]一种岩土钻孔中岩土体的原位实验装置

说明书

本发明提供一种岩土钻孔中岩土体的原位实验装置，包括圆柱形空心外管，其在特征在于，所述外管的一端为外部动力连接端和实验控制端，另一端为钻头端，在所述外管的内部活动安装有用于取土的内管，所述内管位于所述钻头端的端部为管靴结构且伸出所述外管外，在所述内管内安装有提供液压动力的液压部，和受液压部驱动而对采集的土样施加垂直压力的垂压部，以及对采集的土样施加横向剪切力的剪切部。本发明利用取土器的取样动力原理，采用地面动力装置，进行微扰动取土；采用两套液压回路进行施加垂直压力和剪切力，可确保荷载的稳定，最大限度保证及提高实验数据的精度。

技术领域

本发明涉及建筑领域，特别涉及一种岩土工程钻孔中对岩土体进行原位应力和剪切强度测试的原位实验装置。

背景技术

岩体结构单元是由岩块(块状、板状的，完整或者碎裂)、结构面(软弱结构面、坚硬结构面)以及充填物等组成，由于各种结构面的发育和分布的不均匀性，使其变形性质比岩石变形复杂得多，因而岩体的变形不能由岩石的变形所表述，必须通过岩体变形实验测定其变形指标。岩体变形实验是为测定岩体在一定的载荷作用或者卸荷作用下变形特性指标而进行的岩体现场实验。通过实验测定岩体的变形模量、弹性模量以及变形系数等岩石工程中不可缺少的岩体力学参数。该试验可以得到岩体的变形模量和弹性模量。

岩体的物理力学参数是基础数据，如果得不到准确值，对任何岩体工程的强度设计、变形验算、稳定性，就得不到精确的设计和评价，所以大多数的工程规范都有安全系数来增大安全的保障。对于煤矿工程，涉及到巷道支护的设计基础数据，要明确测得巷道围岩的力学参数，来保证支护设计的合理性、经济造价和工期；松动圈的扩展速度、范围及扩展规律等；围岩在卸荷状态下数值模拟，也要精确得到围岩各层岩体的力学参数才能得到理想的结果。

原位测试工作主要是在结构工程设计之前的岩土体工程勘察阶段进行的，必须获得岩土的物理力学参数，提供给设计部门作为基础数据，因此，必须做到数据准确、可靠、稳定，才会使设计部门的设计结构安全可靠，进而确保生命和财产的安全。

岩土体在外荷载或者卸荷作用下的破坏方式一般为剪破坏和拉张破坏，其中剪切破坏占大多数。因此，岩体破坏的本质就是剪切破坏和拉张破坏强度，岩体强度的原位测试主要是测得岩体的剪切和拉张强度。目前采用的原位地面实验，可以测得岩体的摩擦角c和内聚力值，c、值是岩体强度的重要指标，它代表着岩体抵抗剪切破坏的性能。

岩体原位测试是在现场制备试件模拟工程作用对岩体施加外荷载，进而求取岩体力学参数的试验方法，是岩土工程勘察的重要手段之一。岩体原位测试的最大优点是对岩体扰动小，尽可能地保持了岩体的天然结构和环境状态，使测出的岩体力学参数直观、准确。

目前，岩土体的原位测试一般是采用多个独立的设备分别进行不同的实验，再根据不同设备的测试数据得到相关测试结果，该方式导致测试过程繁琐冗长，缺少实现全自动化的智能测试装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种岩土工程钻孔中对岩土体进行原位应力和剪切强度测试的原位实验装置。

特别地，本发明提供一种岩土钻孔中岩土体的原位实验装置，包括圆柱形空心外管，所述外管的一端为外部动力连接端和实验控制端，另一端为钻头端，在所述外管的内部活动安装有用于取土的内管，所述内管位于所述钻头端的端部为管靴结构且伸出所述外管外，在所述内管内安装有提供液压动力的液压部，和受液压部驱动而对采集的土样施加垂直压力的垂压部，以及对采集的土样施加横向剪切力的剪切部。

在本发明的一个实施方式中，在所述内管与外管之间设置有排出液体的通道。

在本发明的一个实施方式中，所述垂压部位于所述内管靠近所述控制部的端部，包括垂压缸和液压杆，所述液压杆包括两个平行设置的圆板和垂直连接在两个圆板之间的连接杆，液压杆的一个圆板安装在油腔内，另一个圆板位于油腔外且靠近土样一侧，在垂压缸的端部设置有供连接杆轴向移动的密封孔。