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歐美大地 原位測試
原位測試
用對鉆孔剪切儀,獲取土體的抗剪強度參數
發布時間:2023-06-16 瀏覽次數:20993 來源:歐美大地

歐美大地聯合廣東省內的勘察企業、科研單位、高校在廣州南沙工地進行了一次鉆孔剪切試驗。采用法國Apageo公司研發的Phicometer型原位鉆孔剪切儀。

當天進行了兩次鉆孔剪切試驗,試驗流程均正確無誤。從試驗取得的數據來看,成功測得了土體的抗剪強度參數,試驗圓滿成功。


1 試驗原理

鉆孔剪切試驗是將一個帶有水平環形鋼齒的探頭,放置在一個直徑63mm的鉆孔中。通過膨脹探頭,施加徑向的壓力σ,水平鋼齒就會插入到孔壁的巖土體中。鉆孔剪切試驗的基本原理如下圖2所示。


2 鉆孔剪切試驗基本原理

徑向壓力作用的表面積為S:

S=πdl

其中,d=鋼齒的直徑,l=鋼齒范圍的長度。

保持徑向壓力不變,向上拉起探頭,對孔壁巖土體進行剪切,拉力為T,從而可以計算出土體的抗剪強度:


如此這樣,每一步加載都能計算出一對(σ i  , τ i )值。通過將這些成對的值描繪到坐標軸中可以擬合得到一條直線,可以通過這條直線得到剪切參數c和?值,這個與庫侖包絡的粘聚力和摩擦角相符。得到的原位剪切參數稱為粘聚力ci和摩擦角?i,它們只是過渡值,可以通過這兩個值導出常用的抗剪強度參數值。


2 試驗裝置

鉆孔剪切儀包含以下四個部分:探頭、鉆具、地面設備、輔助工具(如圖3所示)。


圖3 鉆孔剪切儀試驗裝置


探頭

頭由一個單一的可膨脹的元件組成,內部有一個特殊的開縫的管,這個特殊的開縫管由以下幾部分組成:

①中心區域由1個堅硬的殼組成,這個硬殼上裝有水平的齒,這個是主要的測量裝置。

②兩個外部區域由幾個薄的長條組成,薄條像彈簧一樣工作。

鉆具

鉆具是由直徑32mm的鉆機桿組成的,最頂端的那根鉆孔調節桿必須整個長度布滿螺紋。一套標準的頂端鉆孔調節桿至少由以下3種規格組成:

①1×0.4m長桿;

②1×0.8m長桿;

③1×1.2m長桿。

地面設備

地面設備包括:

①拉力系統。由千斤頂提供拉力,通過拉力表測得拉力值。

②壓力-體積控制單元。通過壓力-體積控制單元控制探頭的壓力和膨脹量。

③垂直方向變形測量系統。通過千分表測量垂直位移。

輔助工具

輔助工具包含游標卡尺、手動真空泵等。

圖4 探頭安裝在鉆孔中等待開始試驗

3 試驗過程

采用Phicometer型原位鉆孔剪切儀進行試驗。

鉆孔

直徑為63mm,鉆孔深度約2米。

探頭標定

連接好儀器后,在空氣中對探頭逐級加壓,使探頭膨脹,用游標卡尺記錄每一級體積下,探頭的直徑和壓力,記錄標定數據。

放入孔中

將探頭放入孔中,拉力測量裝置、千分表、秒表等歸零。

加壓

加壓,使鋼齒與土體接觸,記錄數據。最大壓力不超過6bar。

減小壓力

減小壓力。將壓力減小到2bar,作為第一級壓力。

開始剪切

開始剪切。操作者1負責緩慢提升千斤頂進行剪切,操作者2負責控制壓力,并且讀取拉力,記錄數據。

4 數據處理

修正探頭標定數據、繪制標定曲線,處理試驗數據并繪制正應力剪應力關系曲線。


修正探頭標定數據并繪制標定曲線

試驗數據處理及并繪制正應力剪應力關系曲線

根據實測數據擬合的直線,可知:

Tan(φ)=0.1546,φ=8.8°;c=26.678kPa。即內摩擦角8.8°,粘聚力26.678kPa。


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