【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術屬于工程地質勘查，涉及一種土體原位環(huán)剪裝置及方法。
技術介紹
1、在工程建設過程中，土體抗剪強度是工程地質勘察階段的重要參數(shù)，影響著后期地基處理方案的選擇與設計。目前，關于土體抗剪強度參數(shù)測定主要有室內剪切試驗與原位剪切試驗兩種方式。室內剪切試驗常常用的包括直剪試驗與三軸試驗等。直剪試驗具有設備簡單，土樣制備及試驗操作方便等優(yōu)點，但不能嚴格控制排水條件，使得在測定濕陷性土體時數(shù)據(jù)結果不準確；三軸試驗能更好的模擬土體在地層中的受力情況，且能準確測定剪切過程中孔隙水壓力變化，但制樣復雜，操作困難，且常見的假三軸試驗也難以較好的模仿地層條件。
2、相比室內剪切試驗，原位剪切試驗具有代表性強，擾動性小，能真實、精確地反映工程實際情況等優(yōu)點，能夠極大滿足工程設計及災害治理的需求。目前，土體抗剪強度參數(shù)測定的原位剪切試驗主要包括土柱剪切與孔內拉拔兩種方法。土柱剪切法需要挖開試坑，留下土柱做剪切試驗，費時費力，且只能進行表層土體的試驗，無法對不同深度的濕陷性土體進行剪切強度測試；孔內拉拔法是將剪切裝置與鉆孔內壁緊貼，使用相應的壓力裝置對孔壁施加法向應力，再提拉整個剪切裝置以獲取界面參數(shù)。孔內拉拔法雖然彌補了土柱剪切法難以獲取深部土體抗剪強度參數(shù)的不足，但所得到的參數(shù)是剪切裝置與土體的界面抗剪強度參數(shù)，與土體真實的抗剪強度參數(shù)有一定的差距；且孔內拉拔法對孔外基座產(chǎn)生巨大壓力，并不利于裝置的穩(wěn)定，同時剪切速率也難以保證。
3、上述的室內、原位剪切試驗過程中，土體的剪切面均發(fā)生了變化，難以獲取當前土層土體的多個剪切
技術實現(xiàn)思路
1、本專利技術的目的在于，提供一種原位環(huán)剪裝置及方法，以解決現(xiàn)有技術中的原位剪切試驗存在的僅能獲取剪切裝置與土體的界面抗剪強度參數(shù)且由于剪切后會破壞當前土層土體難以獲取當前土層土體多個剪切參數(shù)，導致無法精確反映土體抗剪強度的技術問題。
2、本專利技術的第一方面提供了一種原位環(huán)剪裝置，包括施力組件和設置于鉆孔內并與所述鉆孔同軸的環(huán)剪組件；所述施力組件與所述環(huán)剪組件相接，用于帶動所述環(huán)剪組件周向轉動；所述環(huán)剪組件包括旋轉軸、剪切筒和環(huán)剪單元；所述旋轉軸的一端與所述施力組件連接，另一端伸入至所述剪切筒內，并與所述剪切筒固定連接；所述環(huán)剪單元設置于所述剪切筒的底板外側，并插入至所述鉆孔底部的土體內，用于對所述土體進行環(huán)狀剪切；所述環(huán)剪單元包括高度相等的外圓環(huán)、內圓環(huán)和多根剪切針；所述外圓環(huán)的直徑與所述剪切筒的外徑相同；所述內圓環(huán)的直徑與所述旋轉軸的外徑相同；所述多根剪切針設置于所述外圓環(huán)和所述內圓環(huán)形成的環(huán)形區(qū)域內。
3、優(yōu)選地，所述環(huán)剪組件還包括荷載施加單元；所述荷載施加單元設置于所述剪切筒內，用于向所述環(huán)剪單元施加豎向荷載。
4、優(yōu)選地，所述荷載施加單元包括施力件；所述施力件包括多個圓弧狀砝碼，多個圓弧狀砝碼首尾相接形成圓環(huán)。
5、優(yōu)選地，所述施力件的數(shù)量為多組；多組施力件沿所述剪切筒的軸線方向層疊設置。
6、優(yōu)選地，還包括數(shù)據(jù)采集單元；所述數(shù)據(jù)采集單元與所述施力組件相接，用于獲取所述施力組件的扭矩和與所述施力組件連接所述旋轉軸的轉角。
7、優(yōu)選地，還包括與所述數(shù)據(jù)采集單元連接的數(shù)據(jù)處理單元。
8、優(yōu)選地，所述環(huán)剪組件還包括多個固定螺栓；所述旋轉軸外壁設置有多條平行設置的滑軌；每條所述滑軌沿所述旋轉軸的軸向延伸；所述剪切筒內設置有與所述滑軌匹配的凹槽，所述凹槽與對應的滑軌相接；所述多個固定螺栓分別穿過相接的滑軌與凹槽。
9、優(yōu)選地，還包括支撐組件和伸縮組件；所述支撐組件設置于所述鉆孔所在地面上，且所述支撐組件的重心位于所述鉆孔的軸線上；所述伸縮組件的一端與所述施力組件相接，另一端與所述支撐組件相接；所述伸縮組件的伸縮端沿所述鉆孔的軸向運動。
10、本專利技術的第二方面提供了一種原位環(huán)剪方法，包括：
11、步驟1、組裝上述原位環(huán)剪裝置。
12、步驟2、將組裝后的原位環(huán)剪裝置中的環(huán)剪單元下放至鉆孔底部的土體內。
13、步驟3、利用施力組件向所述環(huán)剪單元施加扭矩進行剪切，當扭矩不變時停止剪切。
14、優(yōu)選地，在所述步驟3之后還包括：
15、步驟4、根據(jù)剪切完成時所述施力組件的扭矩、所述環(huán)剪單元內外圓環(huán)的半徑和內圓環(huán)的半徑確定所述土體的剪應力。
16、步驟5、根據(jù)旋轉軸的轉角、所述環(huán)剪單元內外圓環(huán)的半徑、內圓環(huán)的半徑和所述環(huán)剪單元的高度確定所述土體的剪應變。
17、本專利技術的原位環(huán)剪裝置及方法，相較于現(xiàn)有技術，具有如下有益效果：
18、本專利技術的原位環(huán)剪裝置及方法，由于采用環(huán)剪方式，因此可獲得土體整體的剪切參數(shù)，更為準確。進一步地，本專利技術采用旋轉方式進行環(huán)剪，在剪切完成后對周圍土體的影響微小，因此，可對鉆孔內同一土層的土體由外向內或者由內向外進行多次剪切，可獲取更為全面、準確的剪切參數(shù)。
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1.一種原位環(huán)剪裝置，其特征在于，包括施力組件和設置于鉆孔內并與所述鉆孔同軸的環(huán)剪組件；
2.根據(jù)權利要求1所述的原位環(huán)剪裝置，其特征在于，所述環(huán)剪組件還包括荷載施加單元；
3.根據(jù)權利要求2所述的原位環(huán)剪裝置，其特征在于，所述荷載施加單元包括施力件；
4.根據(jù)權利要求3所述的原位環(huán)剪裝置，其特征在于，所述施力件的數(shù)量為多組；
5.根據(jù)權利要求1所述的原位環(huán)剪裝置，其特征在于，還包括數(shù)據(jù)采集單元；
6.根據(jù)權利要求5所述的原位環(huán)剪裝置，其特征在于，還包括與所述數(shù)據(jù)采集單元連接的數(shù)據(jù)處理單元。
7.根據(jù)權利要求1所述的原位環(huán)剪裝置，其特征在于，所述環(huán)剪組件還包括多個固定螺栓；
8.根據(jù)權利要求1-7任一項所述的原位環(huán)剪裝置，其特征在于，還包括支撐組件和伸縮組件；
9.一種原位環(huán)剪方法，其特征在于，包括：
10.根據(jù)權利要求9所述的原位環(huán)剪方法，其特征在于，在所述步驟3之后還包括：
【技術特征摘要】
1.一種原位環(huán)剪裝置，其特征在于，包括施力組件和設置于鉆孔內并與所述鉆孔同軸的環(huán)剪組件；
2.根據(jù)權利要求1所述的原位環(huán)剪裝置，其特征在于，所述環(huán)剪組件還包括荷載施加單元；
3.根據(jù)權利要求2所述的原位環(huán)剪裝置，其特征在于，所述荷載施加單元包括施力件；
4.根據(jù)權利要求3所述的原位環(huán)剪裝置，其特征在于，所述施力件的數(shù)量為多組；
5.根據(jù)權利要求1所述的原位環(huán)剪裝置，其特征在于，還包括數(shù)據(jù)采集單元；...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：謝婉麗，李欣雨，霍開梽，狄圣杰，張瑩，何小亮，滕海鵬，
申請(專利權)人：西北大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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