[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

摘要

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。

主权项

1.一种硬土强度和结构测试的探针试验方法，使用的硬土强度和结构测试的探针试验装置，包括设置在压力机上压头（1）和压力机工作台(11)之间的探针固定架、探针（7）、计算机、位移计（12）和上方设有试样保护帽（8）的柱状硬土试样（10）；所述探针固定架包括探针固定板（2），探针固定板（2）四角上分别设有将探针固定板（2）固定在压力机上压头（1）上的强力磁铁（3），探针固定板（2）中心设有拉压应力传感器（4），拉压应力传感器（4）上垂直设有探针索头（6），拉压应力传感器（4）两侧在探针固定板（2）上设有固定孔（13），探针固定板（2）、拉压应力传感器（4）和探针锁头（6）利用胶水连接，探针锁头（6）上设有探针（7），探针（7）直径0.5‑3mm，硬土试样（10）设置在探针（7）正下方的压力机工作台（11）上；所述位移计（12）上端固定在压力机上压头（1）上，位移计（12）下端采用磁铁吸附在压力机工作台（11）上；所述拉压应力传感器（4）和所述位移计（12）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（8）上均匀设有多个探孔（14），探孔（14）与探针（8）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（10）的环刀（15）内径配合一致，探孔（14）直径大于探针0.2mm；所述探针索头（6）为可调结构，用于更换不同长度和直径的探针（7）；其特征在于步骤如下：a．试验前先在拟定区域采集原状硬土样，利用环刀（15）制成柱状试样（10），其上下表面保持平行且上表面低于环刀（15）上口2mm，每个被测地层制备2‑3件柱状试样（10），放置入恒温恒湿养护箱内待用，试验全过程中柱状试样（10）始终处于环刀（15）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（1），在压头（1）和压力机工作台(11)之间安装位移计（12），利用强力磁铁（3）将探针固定板（2）吸附固定在压力机的上压头（1）上，利用螺栓通过固定孔（13）将探针固定板固定牢固，然后根据硬土试样（10）的强度，按照高强度小直径、低强度大直径的原则选择探针（7）直径，将探针（7）垂直向下固定在探针索头（6）上，安装拉压应力传感器（4）和位移计（12）并与计算机相连接；c. 选择探孔（14）与探针（7）直径匹配的试样保护帽（8），在探针索头（6）正下方的压力机工作台（11）上平稳地放置硬土试样（10），在硬土试样（10）上安装试样保护帽（8），使试样保护帽（8）与硬土试样（10）接实并嵌入环刀（15）内；d. 缓慢下降压力机上压头（1）直至探针（7）接触试样保护帽（8），手握环刀（15）缓慢移动试样（10），在保护帽（8）上选择一个探孔（14）作为测试孔，使探孔（14）与探针（7）对准后进行进行预贯入测试，采用位移计（12）与拉压应力传感器（4）连接电脑采集探针（7）贯入过程的应力和变形参数，进行硬土试样（10）强度和结构测试采用应变控制式和应力控制式加载方式的两者之一驱动探针（7），采用应力控制式加载方式时，探针（7）以固定应力贯入试样（10），检测贯入速率；采用应变控制式加载方式驱动时，探针（7）以固定应变速率匀速贯入试样（10）检测贯入阻力，贯入应变速率根据试样强度多级可选，其范围为0.01– 5mm/min，土质坚硬取小值，土质软弱取大值；e. 利用计算机分析试验数据时，在应变控制式加载条件下，当绘制出的贯入深度——贯入阻力曲线出现突然下跌的近似平底谷状曲线时即判断试样内部存在软弱带；在应力控制式加载条件下，当绘制出的贯入深度——贯入速度曲线出现突然跃起的近似平顶山峰状曲线时即判断当前的硬土试样（10）内部存在软弱带；f. 当获得硬土试样（10）多个探孔（14）的软弱带（9）分布的上下界位置后，利用计算机按探孔（14）坐标和软弱带（9）的上下界，重建试样软弱带（9）的空间结构，根据探针（7）截面积和贯入荷载，获得硬土试样（10）不同位置的贯入阻力分布特征，采用统计方法研究试样的强度。