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。
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:
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。
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
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。