[实用新型]一种深地原位土体加载装置

说明书

本实用新型公开了一种深地原位土体加载装置，包括容纳于钻井套管内且共轴设置的撑靴、作动器和加载单元；撑靴包括刚性撑靴盒、容纳于刚性撑靴盒内的撑靴油缸以及均匀分布于刚性撑靴盒与钻井套管之间的多个撑靴靴体，撑靴油缸与各撑靴靴体之间分别通过一个可伸缩连接杆连接，由撑靴油缸驱动各可伸缩连接杆沿钻井套管径向同步运动，使得相应的撑靴靴体与钻井套管内侧壁处于涨紧或脱离状态；加载单元包括土样保护筒，以及位于土样保护筒内依次连接的加载杆、加载头、加载帽和套膜，由作动器控制加载单元进行加载。本实用新型装置利用位于钻井套管内的撑靴作为加载反力架，能保证岩土井下原位土体的加载制样过程中加载力对中施加于原位土样上。

技术领域

本实用新型属于井下原位三轴试验领域，特别涉及一种深地原位土体加载装置。

背景技术

土的应力水平和颗粒-孔隙微观结构是土体强度参数的主要影响因素。然而，室内试验中土体承受的荷载与真实情况差别较大。同时，取样往往引起土样扰动、孔隙结构与含水量改变、应力卸载等，造成室内试验测量的土体参数与原位土差别很大。而对于含有卵石、碎石层、疏松砂层、风化岩层等难以获取高质量土样的土层，取样法不适用，需要通过原位测试确定其力学参数，以反映一个较大范围(相对于室内试验的小块试验而言)土体特性。

原位测试方式中原位三轴试验是取得地基土体力学参数最直接的方式，通过在场地现场直接取样制样进行试验获得土体参数。而要在场地现场地下钻孔对原状土试样进行三轴试验，目前存在的技术难题有：(1)如何进行切割制样；(2)如何在制样过程中对土样套膜；(3)如何进行加载；(4)如何测量土样变形。其中技术难题(2)如何进行原位土试样套膜目前已有技术(参见本申请人于2020年07月10日申报的中国发明专利申请提供的一种钻孔中原状土试样套膜装置，申请号202010664724.1)可以解决，而完成套膜后如何在井下进行试件加载、加载如何保证对中是本发明解决的技术难题。

目前室内大型三轴仪加载由于是地面上或浅表加载，均不存在对中困难与无法搭建反力架发问题，如申请号为201010003264.4的改进型三轴仪，申请号为200910058151.1的携带式真三轴仪，申请号为201480049220.1的三轴核磁共振测试仪器，均是通过直接搭建钢架形成反力架并通过液压伺服控制加载，但是在较深的井下搭建钢架显然不切实际，那么如何在井下实现对中加载以及构建反力架并将反力架与液压伺服加载系统结合起来是实现井下加载的核心问题，且目前并无相关井下加载专利能解决该问题。

实用新型内容

针对上述背景技术中的不足，本实用新型提出一种深地原位土体加载装置，引入撑靴装置，通过设计改进应用到井下原位三轴加载试验中，以解决完成套膜后如何在井下进行试件加载、加载如何保证的技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型提出的一种深地原位土体加载装置，其特征在于，包括容纳于钻井套管内且共轴设置的撑靴、作动器和加载单元；其中，

所述撑靴包括刚性撑靴盒、容纳于刚性撑靴盒内的撑靴油缸以及均匀分布于刚性撑靴盒与钻井套管之间的多个撑靴靴体，撑靴油缸与穿过刚性撑靴盒顶部的撑靴液压管连通，撑靴油缸与各撑靴靴体之间分别通过一个可伸缩连接杆连接，由撑靴油缸驱动各可伸缩连接杆沿钻井套管径向同步运动，使得相应的撑靴靴体与钻井套管内侧壁处于涨紧或脱离状态；

所述作动器的壳体顶端与刚性撑靴盒的底部固定连接，作动器与通过穿过撑靴的作动器液压管连通，作动器的壳体底端与加压单元顶端固定连接，由作动器控制加载单元进行加载；

所述加载单元包括土样保护筒，以及位于土样保护筒内依次连接的加载杆、加载头、加载帽和套膜；土样保护筒的顶端与作动器的壳体底端固定连接，作动器的活塞杆底端穿过土样保护筒的顶端与加载杆连接，由作动器的活塞杆带动加载杆沿土样保护筒轴向的运动；套膜一端固定于加载头与加载帽之间，套膜另一端固定于土样保护筒底部的内侧壁上。

本实用新型的特点及有益效果：