欧美大地联合广东省内的勘察企业、科研单位、高校在广州南沙工地进行了一次钻孔剪切试验。采用法国Apageo公司研发的Phicometer型原位钻孔剪切仪。
当天进行了两次钻孔剪切试验,试验流程均正确无误。从试验取得的数据来看,成功测得了土体的抗剪强度参数,试验圆满成功。
1 试验原理
钻孔剪切试验是将一个带有水平环形钢齿的探头,放置在一个直径63mm的钻孔中。通过膨胀探头,施加径向的压力σ,水平钢齿就会插入到孔壁的岩土体中。钻孔剪切试验的基本原理如下图2所示。
径向压力作用的表面积为S:
S=πdl
其中,d=钢齿的直径,l=钢齿范围的长度。
保持径向压力不变,向上拉起探头,对孔壁岩土体进行剪切,拉力为T,从而可以计算出土体的抗剪强度:
2 试验装置
钻孔剪切仪包含以下四个部分:探头、钻具、地面设备、辅助工具(如图3所示)。
图3 钻孔剪切仪试验装置
探头
头由一个单一的可膨胀的元件组成,内部有一个特殊的开缝的管,这个特殊的开缝管由以下几部分组成:
①中心区域由1个坚硬的壳组成,这个硬壳上装有水平的齿,这个是主要的测量装置。
②两个外部区域由几个薄的长条组成,薄条像弹簧一样工作。
钻具
钻具是由直径32mm的钻机杆组成的,最顶端的那根钻孔调节杆必须整个长度布满螺纹。一套标准的顶端钻孔调节杆至少由以下3种规格组成:
①1×0.4m长杆;
②1×0.8m长杆;
③1×1.2m长杆。
地面设备
地面设备包括:
①拉力系统。由千斤顶提供拉力,通过拉力表测得拉力值。
②压力-体积控制单元。通过压力-体积控制单元控制探头的压力和膨胀量。
③垂直方向变形测量系统。通过千分表测量垂直位移。
辅助工具
辅助工具包含游标卡尺、手动真空泵等。
3 试验过程
采用Phicometer型原位钻孔剪切仪进行试验。钻孔
直径为63mm,钻孔深度约2米。
探头标定
连接好仪器后,在空气中对探头逐级加压,使探头膨胀,用游标卡尺记录每一级体积下,探头的直径和压力,记录标定数据。
放入孔中
将探头放入孔中,拉力测量装置、千分表、秒表等归零。
加压
加压,使钢齿与土体接触,记录数据。最大压力不超过6bar。
减小压力
减小压力。将压力减小到2bar,作为第一级压力。
开始剪切
开始剪切。操作者1负责缓慢提升千斤顶进行剪切,操作者2负责控制压力,并且读取拉力,记录数据。
4 数据处理
修正探头标定数据、绘制标定曲线,处理试验数据并绘制正应力剪应力关系曲线。
修正探头标定数据并绘制标定曲线
根据实测数据拟合的直线,可知:
Tan(φ)=0.1546,φ=8.8°;c=26.678kPa。即内摩擦角8.8°,粘聚力26.678kPa。