專利名稱：膨脹巖土原位測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測試巖土膨脹壓力與膨脹量的儀器，特別是一種能在地層深處原位進(jìn)行測試的膨脹巖土原位測試儀。
巖土的膨脹性對建筑物地基和地下建筑物危害很大，是工程設(shè)計(jì)中必須考慮的因素。迄今，巖土膨脹性測試工作絕大多數(shù)是在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行的。由于巖土膨脹性與天然環(huán)境因素如溫度、濕度、地層壓力、地下水酸堿度等密切相關(guān)，而樣品的采取、運(yùn)輸和制備很難使樣品完全保持其天然狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境與巖土天然環(huán)境也有許多差別，因此目前室內(nèi)測試數(shù)據(jù)往往不能準(zhǔn)確地反映巖土膨脹的實(shí)際狀況。近年來有人進(jìn)行了地表淺坑或探硐中的膨脹巖土原位測試，要將龐大復(fù)雜的裝置和測試儀器置于坑、硐中，工程大，成本高，操作復(fù)雜，測試環(huán)境仍然與深層巖土自然環(huán)境有較大差異。隨著地下工程的大量興建，進(jìn)行深層巖土膨脹性原位測試日益重要，而能勝任這項(xiàng)工作的儀器至今尚未問世。
本發(fā)明的目的是，克服現(xiàn)有技術(shù)不能準(zhǔn)確反映深層巖土膨脹實(shí)際狀況的缺點(diǎn)，提供一種體積小、能方便置于地層深處測試的膨脹巖土原位測試儀，為地下工程提供準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)參數(shù)。
本發(fā)明技術(shù)解決方案的核心是設(shè)計(jì)了一種能置于深層鉆孔中的探頭，該探頭利用機(jī)械加壓或減壓和壓力、位移的電量測方法原位測量膨脹巖土被揭露后遇水產(chǎn)生的膨脹壓力和膨脹量。具體地說，本發(fā)明膨脹巖土原位測試儀的組成包括地上部分，地下部分及連接電纜，地上部分包括控制儀表、信號放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置、打印輸出裝置、電源穩(wěn)壓裝置，其特征是地下部分為一能置于深層鉆孔中的探頭，該探頭由上殼體、下殼體、骨架、測微器、軸向圓周分布的傳力板，裝有軸向?qū)ΨQ的兩組應(yīng)力環(huán)的芯套、芯套動力機(jī)構(gòu)、使傳力板隨芯套運(yùn)動而張擴(kuò)或收合的、且與應(yīng)力環(huán)對應(yīng)的斜面?zhèn)髁C(jī)構(gòu)組成。芯套動力機(jī)構(gòu)包括微電機(jī)和螺旋傳動機(jī)構(gòu)，斜面?zhèn)髁C(jī)構(gòu)包括斜塊、滑塊、滑塊導(dǎo)向結(jié)構(gòu)和鋼珠。
下面參照附圖并結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明儀器使用狀態(tài)示意圖。
圖2為本發(fā)明儀器探頭總體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為圖2中斜面?zhèn)髁C(jī)構(gòu)放大示意圖。
圖4為圖3的A-A示意圖。
圖5為本發(fā)明儀器探頭的導(dǎo)水防崩解套結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖1所示，本發(fā)明膨脹巖土原位測試儀由地上儀表1和置于地下深層鉆孔3中的探頭4及連接它們的電纜2組成。探頭在鉆孔中進(jìn)行深層巖土原位膨脹壓力和膨脹量的感應(yīng)測量，地上儀表控制探頭的操作，將測量信號進(jìn)行放大，模數(shù)轉(zhuǎn)換及顯示、打印測量結(jié)果數(shù)據(jù)。
如圖2、圖3和圖4所示，探頭的組成包括上殼體23、下殼體15、骨架11(圖3中未示意)、測微器18、軸向圓周分布的傳力板16、裝有軸向?qū)ΨQ的兩組應(yīng)力環(huán)22的芯套17、由微電機(jī)6、螺旋傳動機(jī)構(gòu)-螺桿7和螺紋套筒8組成的芯套動力機(jī)構(gòu)、由斜塊21、滑塊19、鋼珠20、滑塊導(dǎo)向結(jié)構(gòu)-上擋塊9和下?lián)鯄K10組成的與應(yīng)力環(huán)對應(yīng)的斜面?zhèn)髁C(jī)構(gòu)。上、下殼體23、15作為接線室和容納芯套動力機(jī)構(gòu)，圖中5為電纜接頭。雙向大力矩微電機(jī)6的主軸與螺桿7連接，螺桿7與螺紋套筒8螺旋連接，螺紋套筒8與芯套17一端固定連接，微電機(jī)帶動芯套作軸向(上下)運(yùn)動，螺旋傳動機(jī)構(gòu)保證芯套在運(yùn)動的任何狀態(tài)下，只要電機(jī)一停就能隨機(jī)鎖制。芯套17位于骨架11內(nèi)側(cè)，傳力板16位于骨架外側(cè)，斜塊21固定在傳力板16內(nèi)側(cè)，每塊傳力板上固定上、下兩個(gè)同方向的斜塊，徑向兩端的一對傳力板及其上、下斜塊與芯套中上、下一對應(yīng)力環(huán)相配合，在芯套上與傳力板和應(yīng)力環(huán)對應(yīng)的徑向兩端有小孔24，應(yīng)力環(huán)22徑向兩端通過置于小孔24中的鋼珠20與滑塊19相接觸，滑塊19外端插入斜塊21的燕尾槽25中，內(nèi)端插入芯套小孔24外側(cè)軸向燕尾槽26中，當(dāng)微電機(jī)6帶動芯套17向下運(yùn)動時(shí)，滑塊19沿斜塊21燕尾槽25滑動，推動傳力板16向外張擴(kuò)，當(dāng)芯套向上運(yùn)動時(shí)，滑塊通過與芯套和斜塊的燕尾26、25連接結(jié)構(gòu)將傳力板向內(nèi)收合?；瑝K導(dǎo)向結(jié)構(gòu)采用固定在芯套外壁上且貼緊滑塊的上擋塊9和下?lián)鯄K10，保證滑塊19只能沿著應(yīng)力環(huán)徑向力軸方向運(yùn)動，傳遞壓力。同時(shí)骨架11也起著一定的導(dǎo)向作用。骨架上裝有與傳力板對應(yīng)的大量程位移測量元件-測微器18，用于監(jiān)測傳力板的位移量，由此可計(jì)算探頭測試段直徑的變化，以量測巖土膨脹量。
如圖1和圖5所示，為了利于探頭在鉆孔中導(dǎo)水和防止巖土崩解物散落而影響測試，本發(fā)明還設(shè)置了探頭導(dǎo)水防崩解套，該套由與傳力板相對應(yīng)的櫛形彈性片13組成，彈性片13上有導(dǎo)水孔27，保證鉆孔壁能正常吸水，相鄰彈性片的櫛齒28相互向內(nèi)交錯(cuò)，形成互遮式接合，櫛齒與傳力板外表面的橫向細(xì)槽12一一對應(yīng)配合。該套除導(dǎo)水和防崩解外，還可改善傳力板縫隙部分膨脹力的傳遞。
如圖1所示，為防止粉狀崩解物落入探頭，本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)計(jì)了位于探頭最外層的尼龍布套14。
如圖所示的實(shí)施例中，本發(fā)明具有3對測壓力的應(yīng)力環(huán)和3個(gè)測微器，可以感測由鉆孔壁膨脹產(chǎn)生的徑向膨脹壓力和膨脹量。本發(fā)明儀器原位測試與鉆進(jìn)同步進(jìn)行，傳力板張擴(kuò)時(shí)，探頭測試段的外層可貼緊鉆孔壁，應(yīng)力環(huán)感測并顯示預(yù)壓值，當(dāng)縮徑位移量＞0.1mm時(shí)，啟動微電機(jī)加壓復(fù)位，即傳力板張擴(kuò)至初始孔徑、恢復(fù)原來的尺寸，讀取應(yīng)力環(huán)感測值，重復(fù)上述加壓復(fù)位觀測過程，至膨脹達(dá)到穩(wěn)定，然后逐步減壓，觀測膨脹位移量，收縮探頭，觀測各對應(yīng)力環(huán)終止讀數(shù)，最后提起探頭，繼續(xù)鉆進(jìn)，進(jìn)行下一深度測試。
本發(fā)明儀器進(jìn)行原位測試的環(huán)境與工程實(shí)際環(huán)境一致，使設(shè)計(jì)參數(shù)更可靠，與常規(guī)測試相比較，減少了取樣、運(yùn)輸、保存和制備樣品等一系列復(fù)雜工作，與淺坑或探硐等大型原位測試相比較，成本可降低百倍以上，并可根據(jù)需要在各種不同的地質(zhì)構(gòu)造部位進(jìn)行大量的測試。
權(quán)利要求
1.膨脹巖土原位測試儀，包括地上儀表(1)、地下部分及連接電纜(2)，其特征是地下部分為一能置于深層鉆孔中的探頭(4)，該探頭由上殼體(23)、下殼體(15)、骨架(11)、測微器(18)、軸向圓周分布的傳力板(16)、裝有軸向?qū)ΨQ的兩組應(yīng)力環(huán)(22)的芯套(17)、芯套(17)動力機(jī)構(gòu)、使傳力板(16)隨芯套運(yùn)動而張擴(kuò)或收合的、且與應(yīng)力環(huán)(22)對應(yīng)的斜面?zhèn)髁C(jī)構(gòu)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膨脹巖土原位測試儀，其特征是芯套動力機(jī)構(gòu)包括微電機(jī)(6)和螺旋傳動機(jī)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膨脹巖土原位測試儀，其特征是微電機(jī)(6)為雙向大力矩微電機(jī)，螺旋傳動機(jī)構(gòu)由螺桿(7)和螺紋套筒(8)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膨脹巖土原位測試儀，其特征是斜面?zhèn)髁C(jī)構(gòu)包括斜塊(21)、滑塊(19)、鋼珠(20)、滑塊導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的膨脹巖土原位測試儀，其特征每是塊傳力板(16)上固定上、下兩個(gè)同方向的斜塊(21)，在芯套(17)上對應(yīng)應(yīng)力環(huán)(22)徑向兩端有小孔(24)，應(yīng)力環(huán)(22)徑向兩端通過置于小孔(24)中的鋼珠(20)與滑塊(19)相接觸，滑塊(19)外端插入斜塊(21)的燕尾槽(25)中，內(nèi)端插入芯套小孔(24)外側(cè)軸向燕尾槽(26)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的膨脹巖土原位測試儀，其特征是滑塊導(dǎo)向結(jié)構(gòu)包括固定在芯套(17)外壁上且貼緊滑塊的上擋塊(9)和下?lián)鯄K(10)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膨脹巖土原位測試儀，其特征是具有探頭導(dǎo)水防崩解套，該套由與傳力板(16)相對應(yīng)的櫛形彈性片(13)組成，彈性片(13)上有導(dǎo)水孔(27)，相鄰彈性片的櫛齒(28)相互向內(nèi)交錯(cuò)，且櫛齒(28)與傳力板(16)外表面的橫向細(xì)槽(12)一一配合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的膨脹巖土原位測試儀，其特征是具有位于探頭(4)最外層的尼龍布套(14)。
全文摘要
膨脹巖土原位測試儀，由地上控制儀表、置于深層鉆孔中的探頭及連接電纜組成。探頭由上、下殼體、骨架、測微器、軸向圓周分布的傳力板、裝有軸向?qū)ΨQ的兩組應(yīng)力環(huán)的芯套、芯套動力機(jī)構(gòu)、使傳力板隨芯套運(yùn)動而張擴(kuò)或收合的、且與應(yīng)力環(huán)對應(yīng)的斜面?zhèn)髁C(jī)構(gòu)組成。本發(fā)明儀器可用于各種不同的地質(zhì)構(gòu)造部位或工程部位，進(jìn)行深層巖土膨脹壓力和膨脹量原位測試，測試環(huán)境與實(shí)際環(huán)境一致，為地下工程提供可靠的設(shè)計(jì)參數(shù)。
文檔編號E02D1/02GK1091795SQ9311512
公開日1994年9月7日 申請日期1993年12月6日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月6日
發(fā)明者李冬田, 羅增益, 林友槜, 黃長祿 申請人:河海大學(xué)