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原文传递一种抗剪强度测试装置及其抗剪强度和静力触探测试方法

专利名称：	一种抗剪强度测试装置及其抗剪强度和静力触探测试方法
摘要：	本发明公开了一种抗剪强度测试装置及其抗剪强度和静力触探测试方法，包括基座、贯入系统、转动系统及测量系统，贯入系统安装在基座上，转动系统与贯入系统连接，测量系统与转动系统连接；测量系统包括探杆和锥头，探杆的一端与转动系统连接，探杆的另一端与锥头连接；锥头包括第一锥头和第二锥头，第一锥头和第二锥头可更换连接在探杆上；第一锥头的中部圆周上设置有环形压力计；第二锥头的扇状锥形板均匀垂直设置在锥头本体的圆周上；本发明可以现场快速方便取得土体的粘聚力和土体内摩擦角的数据；有效解决了传统十字板剪切试验只能用于软土土层的测量，只能测定粘聚力，使用范围窄的问题；装置结构简单，体积较小，便于携带使用。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	长安大学
发明人：	晏长根;李博;许江波;孙巍锋;巩悦;朱珊珊;王瑞;张士朝
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-28T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-09T00:00:00+0800
申请号：	CN201910351683.8
公开号：	CN109991103A
代理机构：	西安通大专利代理有限责任公司
代理人：	徐文权
分类号：	G01N3/24(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	710064 陕西省西安市雁塔区南二环路中段
主权项：	1.一种抗剪强度测试装置，其特征在于，包括基座(1)、贯入系统(3)、转动系统(4)及测量系统(5)，贯入系统(3)安装在基座(1)上，转动系统(4)与贯入系统(3)连接，测量系统(5)与转动系统(4)连接；测量系统(5)包括探杆(51)和锥头(52)，探杆(51)的一端与转动系统(4)连接，探杆(51)的另一端与锥头(52)连接；锥头(52)包括第一锥头(521)和第二锥头(522)，第一锥头(521)和第二锥头(522)可更换连接在探杆(51)上；第一锥头(521)为圆锥体结构，第一锥头(521)的中部圆周上设置有环形压力计(5211)；第二锥头(522)包括锥头本体(5221)和四块相同的扇状锥形板(5222)，锥头本体(5211)与第一锥头(521)的形状大小相同，四块相同的扇状锥形板(5222)均匀垂直设置在锥头本体(5211)的圆周上。 2.根据权利要求1所述的一种抗剪强度测试装置，其特征在于，探杆(51)包括外筒(511)、应变筒(512)、导力杆(513)、应变片(514)、螺塞(516)及球体(517)；外筒(511)为两端开口的圆筒体结构，外筒(511)的一端与转动系统(4)固定连接；应变筒(512)同轴设置在外筒(511)内，应变筒(512)为一端封闭一端开口的圆筒结构，应变筒(512)的封闭端靠近转动系统(4)设置；应变筒(512)的开口端与外筒(511)内壁固定连接；导力杆(513)同轴设置在应变筒(512)内，导力杆(513)的一端通过球体(517)与应变筒(512)的封闭端连接，导力杆(513)的另一端伸出外筒(511)；螺塞(516)套设在导力杆(513)上，螺塞(516)与外筒(511)的内壁固定连接；导力杆(513)上设置有环形凸台(5131)，环形凸台(5131)与螺塞(516)的端面相抵连接，环形凸台(5131)靠近应变筒(512)设置；应变片(514)设置在应变筒(512)的表面上，导力杆(513)的伸出端与锥头(52)固定连接。 3.根据权利要求2所述的一种抗剪强度测试装置，其特征在于，还包括应变补偿片(515)，应变补偿片(515)设置在应变筒(512)的筒壁上；应变片(514)包括对称设置的两个应变片，应变补偿片(515)包括对称设置的两个应变补偿片，应变片(514)与应变补偿片(515)采用四桥连接。 4.根据权利要求1所述的一种抗剪强度测试装置，其特征在于，贯入系统(3)包括第一电机(31)、第一齿轮(32)、第二齿轮(33)、传动螺杆(34)、螺母(35)、外管(36)及内管(37)，第一电机(31)设置在基座(1)上，第一电机(31)的输出轴与第一齿轮(32)连接，第二齿轮(33)与第一齿轮啮合；传动螺杆(34)的一端与第二齿轮(33)固定连接，传动螺杆(34)的另一端为自由端；螺母(35)套设在传动螺杆(34)上，内管(37)的一端与螺母(35)固定连接，内管(37)的另一端与转动系统(4)连接；外管(36)套设在内管(37)的外侧，外管(36)的一端与基座1固定连接，外管(36)的另一端为自由端；外管(36)的内壁上设置有限位凸台(361)，限位凸台(361)与外管(36)的轴线平行，螺母(35)的外侧圆周上设置有限位凹槽(351)，限位凹槽(351)与限位凸台(361)配合连接。 5.根据权利要求1所述的一种抗剪强度测试装置，其特征在于，转动系统(4)包括第二电机(41)、第三齿轮(42)、第四齿轮(43)、转轴(44)及钻夹头(45)，第二电机(41)与贯入系统(3)固定连接，第二电机(41)的输出轴与第三齿轮(42)连接，第四齿轮(43)与第三齿轮(42)啮合，转轴(44)的一端与第四齿轮(43)连接，转轴(44)的另一端与钻夹头(45)固定连接。 6.根据权利要求1所述的一种抗剪强度测试装置，其特征在于，外壳体(2)和环形端板(6)，外壳体(2)为两端开口的圆柱筒型结构，外壳体(2)套设在贯入系统(3)、转动系统(4)和测量系统(5)的外侧；外壳体(2)的一端与基座(1)固定连接，外壳体(2)的另一端为自由端；环形端板(6)与外壳体(2)自由端平齐且固定连接，环形端板(6)与外壳体(2)垂直设置。 7.根据权利要求1所述的一种抗剪强度测试装置，其特征在于，锥头(52)的圆锥体内设置有内螺纹，锥头(52)与转动系统(4)之间采用螺纹固定连接。 8.根据权利要求2所述的一种抗剪强度测试装置，其特征在于，应变片(514)采用BF350型应变片。 9.一种抗剪强度测试方法，其特征在于，利用权利要求1-8所述的任意一项所述的抗剪强度测试装置，具体包括以下步骤：步骤1、将第一锥头安装在探杆上，启动贯入系统、关闭转动系统，通过贯入系统将第一锥头压入预设深度土层中，利用环形压力计测得该深度土体的法向应力σn；步骤2、关闭贯入系统、启动转动系统，测量系统在不加载垂直荷载的状态下，利用转动系统为测量系统施加扭矩，测定最大扭矩T0，T0为测量系统与土层之间产生的固有摩擦力；步骤3、卸下第一锥头，将第二锥头安装在探杆上，在步骤1的同一位置或偏离5-10cm的位置处，将第二锥头压入预设土层中，第二锥头的压入深度与第一锥头的压入深度相同；然后关闭贯入系统、启动转动系统，利用转动系统为测量系统施加扭矩，旋转第二锥头将土体剪切破坏，形成圆锥状破坏面，土体抵抗扭矩的最大扭矩TN；步骤4、根据步骤2、3得到第二锥头剪切土体的剪切扭矩T＝TN-T0；步骤5、在同一土层或者边坡重复多次试验，得出多组σn和TN值，利用公式确定数组τ的数值；式中，H为土层剪切圆锥体圆锥的高度；θ为锥倾面轴心所对应的角度；τ为剪切应力；步骤6、利用库伦公式或经验式法求取土体的粘聚力c和内摩擦角 10.一种静力触探测试方法，其特征在于，利用权利要求2、3或8所述的任意一项所述的原位抗剪强度测试装置，具体包括以下步骤：步骤1、将第一锥头安装在探杆上，启动贯入系统、关闭转动系统，通过贯入系统将第一锥头压入预设深度土层中，利用应变筒上的应变片的应变数据，获得第一锥头受到的土体阻力和侧摩擦力；步骤2、第一锥头受到的土体阻力和侧摩擦力，分析得到土体的物理力学性质。
所属类别：	发明专利