專利名稱：可縮張的連桿驅(qū)動式土石混合體原位力學(xué)性能測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及巖土體原位抗剪強(qiáng)度指標(biāo)測試技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種可縮張的連桿驅(qū)動式土石混合體原位力學(xué)性能測量裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)場測試可直接測試得到原位土石體的力學(xué)性能指標(biāo)，對指導(dǎo)工程設(shè)計和現(xiàn)場安
全生產(chǎn)非常必要。目前，原位測試主要是在地面或一定深度進(jìn)行相關(guān)的力學(xué)參數(shù)測定，且大多適合于土體，現(xiàn)有原位測試結(jié)果不能反映真實的土石體原始應(yīng)力狀態(tài)，測定結(jié)果往往與實際相差較大。另外，由于現(xiàn)有原位測試對土體的擾動影響較大，使得測試結(jié)果達(dá)不到工程精度的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對土石體現(xiàn)有原位測試主要在地面或一定深度進(jìn)行，不能真實反映土石體原始應(yīng)力狀態(tài)的問題，提供一種可縮張的連桿驅(qū)動式土石混合體原位力學(xué)性能測量裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)不同深度處土石體的原位抗剪強(qiáng)度指標(biāo)測試。本發(fā)明的一種可縮張的連桿驅(qū)動式土石混合體原位力學(xué)性能測量裝置包括探桿，具有預(yù)定的長度，且沿軸向為內(nèi)部空心的結(jié)構(gòu)；筒形密封腔，可沿徑向膨脹，所述密封腔的一端通過頂冒可拆卸安裝在所述探桿的一端;底座，套設(shè)在所述密封腔的另一端；剛性空心桿，套設(shè)在所述探桿和密封腔內(nèi)，并穿過所述頂冒和底座，空心桿和所述頂冒和底座之間為密封配合，在所述空心桿的位于所述密封腔內(nèi)的段上開設(shè)有噴嘴；卡具，設(shè)置在所述空心桿的伸出所述底座的一端上；連桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)，設(shè)置在所述底座和卡具之間；擴(kuò)張板，安裝在連桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)上，當(dāng)沿軸向移動所述空心桿時，所述卡具通過所述桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)使所述擴(kuò)張板旋轉(zhuǎn)至預(yù)定的角度；位移傳感器，設(shè)置在探桿上，用于測量軸向移動所述探桿的距離；拉力傳感器，用于測量在軸向移動所述探桿時的拉力大小。優(yōu)選地，所述連桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括上連桿和下連桿，上連桿的一端鉸接安裝在所述底座上，另一端與下連桿的一端相鉸接，下連桿的另一端鉸接安裝在所述卡具上；所述擴(kuò)張板安裝在所述上連桿上。優(yōu)選地，在所述擴(kuò)張板上設(shè)置有在所述擴(kuò)張板張開時可對所述擴(kuò)張板擠壓的土石混合體進(jìn)行破碎的凸牙。本發(fā)明利用可收縮擴(kuò)張的連桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動擴(kuò)張板在預(yù)鉆孔中自由擴(kuò)張和收縮，擴(kuò)張板收縮可下沉至孔內(nèi)不同深度，擴(kuò)張板旋轉(zhuǎn)擴(kuò)張過程可擴(kuò)孔破碎土石體，提升探頭裝置可剪切破壞土石體，可完成不同深度處土石體的原位抗剪強(qiáng)度指標(biāo)測試，裝置結(jié)構(gòu)可靠、 操作簡單、測試結(jié)果精度高。


圖
圖
圖
圖
圖
圖
圖動機(jī)構(gòu)，41-
I為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明的實施狀態(tài)示意3是圖I中的擴(kuò)張板收縮狀態(tài)放大示意4是圖I中擴(kuò)張板完全張開狀態(tài)放大正視5是圖I中擴(kuò)張板完全張開狀態(tài)放大俯視6是相鄰的擴(kuò)張板的截面示意圖。
I、圖2、圖3、圖4、圖5和圖6中I-卡具，2-剛性空心桿，3-噴嘴，4-連桿驅(qū)上連桿，42-下連桿，5-擴(kuò)張板，6-凸牙，7-拉力傳感器，8-密閉腔底座，9-密閉腔，10-探頭頂帽，11-凹形破裂面，12-鉆桿，13-土石混合體，14-位移傳感器，15-鉆機(jī)， 16-數(shù)據(jù)采集儀，17-計算機(jī)
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作進(jìn)一步說明。如圖1、2、3、4所示，本發(fā)明可縮張的連桿驅(qū)動式土石混合體原位力學(xué)性能測量裝置包括探桿12、筒形密封腔9、密封腔底座8、連桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)4、擴(kuò)張板5、剛性空心桿2和卡具I。探桿12具有預(yù)定的長度，在本發(fā)明實施例中，可以采用鉆機(jī)15的鉆桿，即在鉆機(jī) 15鉆開孔后，拆卸掉鉆桿的鉆頭，即將鉆桿作為探桿12使用。當(dāng)然，也可以是單獨(dú)設(shè)置的能夠伸至鉆開的孔的底部的桿即可，且沿軸向為內(nèi)部空心，以便于放置剛性空心桿2。筒形密封腔9可沿徑向膨脹，密封腔9的一端通過頂冒10可拆卸安裝在探桿12的一端。在本發(fā)明實施例中，是安裝在鉆桿的一端。密封腔9采用彈簧鋼材料做成，既具有一定的剛性，同時在受壓下能夠適當(dāng)縮脹。例如，當(dāng)向密封腔9充入一定壓力的水或是氣時， 密封腔9就膨脹，這樣，能夠?qū)γ芊馇?深入到的外圓周面相接觸的土石混合體進(jìn)行施壓。密封腔底座8套設(shè)在密封腔8的另一端，剛性空心桿2套設(shè)在探桿12和密封腔9 內(nèi)，并穿過頂冒10和底座8，空心桿2和頂冒10和底座8之間為密封配合，就能夠在密封腔 9內(nèi)密封的腔體，以便于對腔體內(nèi)充入氣體或是水，使密封腔9膨脹。在空心桿2的位于密封腔9內(nèi)的段上開設(shè)有噴嘴3，以便于通過空心桿2及噴嘴3向密封腔9充入氣體或是水?？ň逫設(shè)置在空心桿2的伸出底座8的一端上，在卡具I和底座8之間設(shè)置有連桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)4，在連桿驅(qū)動結(jié)構(gòu)4上安裝有擴(kuò)張板5，當(dāng)沿軸向移動空心桿2時，卡具I相對底座8移動，驅(qū)動連桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)4收縮或是擴(kuò)張，從而使擴(kuò)張板5旋轉(zhuǎn)至預(yù)定的角度，例如， 旋轉(zhuǎn)展開至與空心桿2相垂直的角度。在本發(fā)明實施例中，連桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)4包括上連桿41和下連桿42，上連桿41的一端鉸接安裝在底座8上，另一端與下連桿42的一端相鉸接，下連桿42的另一端鉸接安裝在卡具I上。擴(kuò)張板5安裝在上連桿41上。上連桿41和下連桿42分別共8個，分成2組，每組4個，并在周向均布。2組上連桿41和下連桿42分別被安裝在卡具I和底座8的兩個圓周面上，如圖5所示。2組的上連桿41、下連桿42間隔設(shè)置，形成內(nèi)側(cè)連桿和外側(cè)連桿。 這樣，當(dāng)拉空心桿2使卡具I接近底座8時，卡具I就驅(qū)動上連桿41和下連桿42逐漸折疊收縮，使安裝在上連桿41上的擴(kuò)張板5逐漸展開，8個擴(kuò)張板5最后拼合成一個大致完整的圓環(huán)，以便于對土石混合體13進(jìn)行原位剪切破壞。相鄰的擴(kuò)張板5的邊緣可以采用如圖6 所示的相互配合的斜面，有利于位于內(nèi)側(cè)的擴(kuò)張板5托起外側(cè)的擴(kuò)張板5向外擴(kuò)張。另外，在擴(kuò)張板5上還設(shè)置有在擴(kuò)張板5張開時可對擴(kuò)張板5擠壓到的土石混合體13進(jìn)行破碎的凸牙6。如圖5所示，擴(kuò)張板5完全張開后形成合攏的平面板，凸牙6最好是采用在擴(kuò)張板5上形成螺旋狀分布的結(jié)構(gòu)，這樣有利于擴(kuò)孔時破碎土石混合體13。另外，為了進(jìn)行測量，在探桿12上設(shè)置有位移傳感器14，用于測量軸向移動探桿 12的距離，即在提升探頭裝置時移動的距離。另外，在探桿12上還設(shè)置有拉力傳感器7，用于測量在軸向移動探桿12時的拉力大小。此外，位移傳感器14和拉力傳感器7通過數(shù)據(jù)采集儀將測量結(jié)果傳輸給計算機(jī)17進(jìn)行處理。本發(fā)明在使用過程中，如圖2所示，鉆機(jī)15鉆垂直孔至預(yù)定深度后提升至地面，將鉆頭替換為本發(fā)明的縮張型擴(kuò)孔探頭裝置，鉆桿作為探桿12使用?？s張型探頭裝置下沉至土石混合體13鉆孔指定深度，提升空心桿2使擴(kuò)張板5張開，擴(kuò)張板5完全張開后形成一凹形破裂面11，土石混合體13側(cè)面就形成為弧形面。然后再將擴(kuò)張板5收縮后下沉指定距離，提升卡具I及剛性空心桿2，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)擴(kuò)孔，待擴(kuò)張完整后同樣形成凹形破裂面11，上表面為平整面，凸牙6伸入土石混合體13內(nèi)。然后由剛性空心桿2通過噴嘴3向密閉腔9內(nèi)注高壓氣或水，密閉腔9膨脹，對側(cè)面土石混合體13施加側(cè)壓力。提升探頭裝置，即可對土石混合體13進(jìn)行原位剪切破壞。本發(fā)明可縮張的連桿驅(qū)動式土石混合體原位力學(xué)性能測量裝置可完成孔中擴(kuò)張， 土石體破碎，并形成完整破裂面，采用注高壓氣或水，使得密閉腔9膨脹提供側(cè)向壓力，在提升探頭裝置的過程中通過剪切破壞原位土石混合體，監(jiān)測并記錄數(shù)據(jù)。再改變測試深度， 從而能夠?qū)崿F(xiàn)不同深度土石混合體原位力學(xué)參數(shù)測試。
權(quán)利要求
1.一種可縮張的連桿驅(qū)動式土石混合體原位力學(xué)性能測量裝置包括探桿，具有預(yù)定的長度，且沿軸向為內(nèi)部空心的結(jié)構(gòu)；筒形密封腔，可沿徑向膨脹，所述密封腔的一端通過頂冒可拆卸安裝在所述探桿的一端;底座，套設(shè)在所述密封腔的另一端；剛性空心桿，套設(shè)在所述探桿和密封腔內(nèi)，并穿過所述頂冒和底座，空心桿和所述頂冒和底座之間為密封配合，在所述空心桿的位于所述密封腔內(nèi)的段上開設(shè)有噴嘴；卡具，設(shè)置在所述空心桿的伸出所述底座的一端上；連桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)，設(shè)置在所述底座和卡具之間；擴(kuò)張板，安裝在連桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)上，當(dāng)沿軸向移動所述空心桿時，所述卡具通過所述桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)使所述擴(kuò)張板旋轉(zhuǎn)至預(yù)定的角度；位移傳感器，設(shè)置在探桿上，用于測量軸向移動所述探桿的距離；拉力傳感器，用于測量在軸向移動所述探桿時的拉力大小。
2.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述連桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括上連桿和下連桿， 上連桿的一端鉸接安裝在所述底座上，另一端與下連桿的一端相鉸接，下連桿的另一端鉸接安裝在所述卡具上；所述擴(kuò)張板安裝在所述上連桿上。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，在所述擴(kuò)張板上設(shè)置有在所述擴(kuò)張板張開時可對所述擴(kuò)張板擠壓的土石混合體進(jìn)行破碎的凸牙。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可縮張的連桿驅(qū)動式土石混合體原位力學(xué)性能測量裝置，包括探桿；筒形密封腔，可沿徑向膨脹，密封腔的一端通過頂冒可拆卸安裝在探桿的一端；底座，套設(shè)在密封腔的另一端；剛性空心桿，套設(shè)在探桿和密封腔內(nèi)；卡具，設(shè)置在空心桿的伸出底座的一端上；連桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)，設(shè)置在底座和卡具之間；擴(kuò)張板，安裝在連桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)上；位移傳感器，設(shè)置在探桿上；拉力傳感器，用于測量在軸向移動探桿時的拉力大小。本發(fā)明利用可收縮擴(kuò)張的連桿驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動擴(kuò)張板在預(yù)鉆孔中自由擴(kuò)張和收縮，擴(kuò)張板收縮可下沉至孔內(nèi)不同深度，擴(kuò)張板旋轉(zhuǎn)擴(kuò)張過程可擴(kuò)孔破碎土石體，提升探頭裝置可剪切破壞土石體，可完成不同深度處土石體的原位抗剪強(qiáng)度指標(biāo)測試。
文檔編號G01N3/24GK102607967SQ201210106868
公開日2012年7月25日 申請日期2012年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月12日
發(fā)明者劉曉宇, 呂祥鋒, 李世海, 范永波 申請人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所