岩土体原位测试设备及利用该设备的测试方法.pdf

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1、10申请公布号CN102011389A43申请公布日20110413CN102011389ACN102011389A21申请号201010539869522申请日20101111E02D1/0220060171申请人广东永基建筑基础有限公司地址528300广东省佛山市顺德区大良街道办金榜开发区广珠公路边72发明人黎志中74专利代理机构广州三环专利代理有限公司44202代理人刘孟斌54发明名称岩土体原位测试设备及利用该设备的测试方法57摘要岩土体原位测试设备，其包括与管桩形状相同的钢管，在钢管的一个端部设置有桩尖板以及用于感应桩尖板所受压力的第一压力传感器，桩尖板垂直于钢管的侧壁；沿钢管的径向方。

2、向设置一个以上侧壁摩擦筒，并为每个侧壁摩擦筒设置用于感应其所受摩擦力的第二压力传感器；侧壁摩擦筒组成所述钢管的侧壁的一部分；钢管的侧壁的一部分设置为活动侧受压板，并设置有用于感应侧受压板所受压力的第三压力传感器；在钢管的侧壁内设置有孔隙水压力计和摄像头；还包括数据收集器，第一、二、三压力传感器以及孔隙水压力计发出的电信号均由数据收集器收集。该设备能测读多种数据，方便对土体性质准确分析。本发明还公开了一种利用上述设备进行现场原位测试的方法。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书6页附图3页CN102011393A1/1页21岩土体原位测试设备，其特征在。

3、于包括与管桩形状相同的钢管，在该钢管的一个端部设置有桩尖板以及用于感应所述桩尖板所受压力的第一压力传感器，所述桩尖板垂直于所述钢管的侧壁；沿所述钢管的径向方向设置一个以上侧壁摩擦筒，并为每个侧壁摩擦筒设置用于感应其所受摩擦力的第二压力传感器；所述侧壁摩擦筒组成所述钢管的侧壁的一部分；所述钢管的侧壁的一部分设置为活动侧受压板，并设置有用于感应所述侧受压板所受压力的第三压力传感器；在所述钢管的侧壁内设置有孔隙水压力计、测斜仪和摄像头；还包括数据收集器，所述第一压力传感器、所述第二压力传感器、所述第三压力传感器以及所述孔隙水压力计发出的电信号均由所述数据收集器收集；摄像头的拍摄信息由数字硬盘录像机保。

4、存。2如权利要求1的岩土体原位测试设备，其特征在于还包括有深度发生器，深度发生器安装在设备管体的外表，深度发生器用来测量设备压入土层的深度，所述深度发生器与所述数据收集器连接，给予数据收集器按深度规律变化读数的信号。3如权利要求1的岩土体原位测试设备，其特征在于在所述侧壁摩擦筒所在的部位所述钢管的内部空腔内设置横梁；所述横梁垂直于所述侧壁摩擦筒，且横跨在侧壁摩擦筒中被所述侧壁摩擦筒带动；所述横梁的上侧边接触所述第二压力传感器的触头。4一种利用权利要求1的岩土体原位测试设备的原位测试方法，其包括如下步骤1在安装岩土体原位测试设备之前，先分别将第一、第二、第三压力传感器标定，将所述孔隙水压力计标定。

5、；2采用压桩机做施压设备，将所述岩土体原位测试设备的设置传感器的一端装入所述压桩机的夹具内，夹具夹紧设备时要夹在没有设置传感器和测试部位的位置，利用所述压桩机将所述岩土体原位测试设备压入土中一定深度，然后停机、将岩土体原位测试设备调直；然后开机继续均匀地施压，同时深度发生器也安装在设备管体外表，与数据收集器相连，每个隔一定深度给数据收集器一个信号，以使数据收集器在施压时每隔一定的深度同步记载一次第一传感器、第二传感器、第三传感器及孔隙水压力计传出的数据；也同步记录测斜数据和录像数据。3当所述压桩机所施压力达到预设施工压力值，或者所述岩土体原位测试设备被压到预设深度时，所述压桩机停止施压；然后以。

6、压桩机停止施压时的荷载对上述岩土体原位测试设备复压多次；4间隔一定的时间观测上述步骤2中的测得数据，并记录；相邻两次观测的间隔时间逐渐增加；5利用所述压桩机和所述岩土体原位测试设备进行静载试验，在静载试验的过程中记录下所述第一、第二、第三传感器、孔隙水压力计的数据。权利要求书CN102011389ACN102011393A1/6页3岩土体原位测试设备及利用该设备的测试方法技术领域0001本发明属于土木建筑类岩土工程专业的技术领域，涉及岩土体原位测试设备及利用该设备的原位测试方法。背景技术0002目前，如何准确的判断土体特性，一般是通过勘探与测试方法，主要途径有两类1野外勘探，包括坑探、钻探、地。

7、球物理勘探等；2原位测试，包括静力触探、标准贯入试验、野外十字板剪切试验、旁压试验等。0003其中，原位测试不仅是岩土工程勘察的重要组成部分，而且还是岩土工程施工质量检验的主要手段。采用原位测试方法对岩土体的工程性质进行测定，可不经钻孔取样，直接在原位测定岩土体的工程性质，从而可避免取土扰动和取土卸荷回弹等对试验结果的影响；而且其试验结果可以直接反映原位土层的物理力学性状。某些不易采取原状土样的土层如深层的砂只能采用原位测试的方法，原位测试还可在较大范围内测试岩土体，故其测试结果更具有代表性，并可在现场重复进行验证。目前，各种原位测试方法已受到越来越广泛的重视和应用，并向多功能和综合测试方面发。

8、展。0004然而，原位测试的应力条件复杂，一般很难直观地确定岩土体的某个参数，因此，在选择计算模型和确定边界条件时将不得不采取一些简化假设，由此引起的误差也可能使所得出的岩土体参数不能理想地表征实际土体的性状。原位触探也有一个很大的缺点不能对地下土体进行直接观测，工程师们必须依据电测土体参数和经验，来对土体进行分类、评估。0005原位测试中的静力触探是一种拟静力的贯入试验，探杆一般采用42毫米，探头面积一般采用10平方厘米和15平方厘米。此触探方法常用来估算地基承载力，测得的锥尖阻力和侧壁摩阻力可以较直观地反映出土的软硬程度，但其测得的参数太少，无法更准确地得知土层的其他性质。另外，虽然探头贯。

9、入时是对桩受力作用的一种很好的模拟，但因探头和桩在尺寸、材质、压入速度等方面的差异，触探测试的力学指标和桩的阻值是不完全一样的，不可以直接用来估算桩的沉桩阻力。桩在外力作用下，沉桩阻力包括桩端阻力和桩侧摩阻力，由于土的多样性和不确定性，导致这两个力的传递过程较复杂，桩的承载力主要决定于桩周和桩端的土质条件。0006因此，需要提供一种与工程施工桩尺寸大小相同的原位触探设备，其能测得多个工程数据，较为准确地得出管桩的实际受力，并有利于准确分析土体性质。还需要提供一种利用该设备的静力测试方法。发明内容0007本发明的目的在于提供一种与工程桩大小相同的岩土体原位测试设备，其能更准确地、一次性地测量桩的。

10、端部压力、桩不同部位的侧壁摩擦力、孔隙水压力、土对桩的侧向正压力等多个参数，并能对土体摄影。说明书CN102011389ACN102011393A2/6页40008本发明还有一个目的，即提供利用该岩土体原位测试设备的测试方法，其既能较为准确地估算出实际施工中桩的多项受力，又能准确、直观地得出土体性质。0009为达到上述目的之一，本发明的岩土体原位测试设备的技术方案如下0010岩土体原位测试设备，其包括与管桩形状相同的钢管，在该钢管的一个端部设置有桩尖板以及用于感应所述桩尖板所受压力的第一压力传感器，所述桩尖板垂直于所述钢管的侧壁；0011沿所述钢管的径向方向设置一个以上侧壁摩擦筒，并为每个侧壁。

11、摩擦筒设置用于感应其所受摩擦力的第二压力传感器；所述侧壁摩擦筒组成所述钢管的侧壁的一部分；0012所述钢管的侧壁的一部分设置为活动侧受压板，并设置有用于感应所述侧受压板所受压力的第三压力传感器；0013在所述钢管的侧壁内设置有孔隙水压力计、测斜仪和摄像头；0014还包括数据收集器，所述第一压力传感器、所述第二压力传感器、所述第三压力传感器以及所述孔隙水压力计发出的电信号均由所述数据收集器收集。测斜仪和摄像头传输的数据由对应的仪器记录数据。0015上述岩土体原位测试设备的第一压力传感器能测得端部压力，第二压力传感器能测得侧壁摩擦力，第三压力传感器能测得侧向正压力，孔隙水压力计能测得孔隙水压力，测。

12、斜仪能确定设备的垂直度，这能测量该设备的垂直度，可以测量设备在各个受力阶段的水平位移。摄像头能记录土层的颜色及结构，即该设备能一次性地测得上述多种工程数据。0016这样，一方面有利于准确地进行土体性质判断。另一方面，上述特点加之该设备采用模拟管桩的钢管结构，使得利用该设备能较为准确的估算桩被压入土体中时的实际受力。0017此外，在该设备被压入土层的过程中，其数据收集器将一系列变化的数据记录并显示出来，使得测量结果更加直观，且有利于下一步的分析利用。0018进一步地，还包括有深度发生器，所述深度发生器与所述数据收集器电连接。深度发生器安装在设备管体的外表，深度发生器用来测量设备压入土层的深度，深。

13、度发生器与数据收集器结合，可以控制每隔一定的深度，数据收集器收集一次各传感器及孔隙水压力计的数据。0019优选地，在所述侧壁摩擦筒所在的部位所述钢管的内部空腔内设置横梁；所述横梁垂直于所述侧壁摩擦筒，且横跨在侧壁摩擦筒中被所述侧壁摩擦筒带动；所述横梁的上侧边接触所述第二压力传感器的触头。这种简单的结构能够实现利用压力传感器测得侧壁摩擦筒受到的摩擦力。0020为实现本发明的目的之二，本发明测试方法的技术方案如下0021一种利用上述岩土体原位测试设备的原位测试方法，其包括如下步骤00221在安装岩土体原位测试设备之前，先分别将第一、第二、第三压力传感器标定，将所述孔隙水压力计标定；00232采用压。

14、桩机做施压设备，将所述岩土体原位测试设备的设置传感器的一端装入所述压桩机的夹具内，夹具夹紧设备时要夹在没有设置传感器和测试部位的位置，利说明书CN102011389ACN102011393A3/6页5用所述压桩机将所述岩土体原位测试设备压入土中一定深度约500毫米，然后停机、将岩土体原位测试设备调直；然后开机继续施压，并且在施压的同时，每隔一定的深度同步记载一次第一传感器、第二传感器、第三传感器及孔隙水压力计传出的数据，并利用摄像头记录下土层的颜色和结构；00243当所述压桩机所施压力达到预设施工压力值，或者所述岩土体原位测试设备被压到预设深度时，所述压桩机停止施压；然后以压桩机停止施压时的荷。

15、载对上述岩土体原位测试设备复压多次；00254间隔一定的时间观测上述步骤2中的数据的变化，并记录；相邻两次观测的间隔时间逐渐增加；00265利用所述压桩机和所述岩土体原位测试设备进行静载试验，在静载试验的过程中记录下所述第一、第二、第三传感器、孔隙水压力计的数据。0027该方法包括岩土体原位全尺寸仿真试验和静载试验两部分，在这两部分的试验中均能够准确地一次性测得不同深度下设备的端部压力、侧壁摩擦力、侧向正压力，设备被压入时的垂直度，摄得土体的颜色和结构，这样一方面有利于准确判断土体的性质，另一方面能较为准确地估算桩被压入土体过程中的受力。附图说明0028图1为本发明岩土体原位测试设备的一个实施。

16、例的截面示意图；0029图2为图1所示实施例的另一个截面示意图，该截面与图1的截面垂直，该图中还显示了深度发生器、数据收集器等；0030图3为图2的AA视图。具体实施方式0031下面结合附图，详细介绍本发明的具体实施方式。图1图3显示了本发明岩土体原位测试设备的一个实施例。0032如图1图3所示该实施例的设备包括与管桩形状相同的钢管，该钢管的横截面尺寸、形状与管桩的相同，横截面可以是圆形，也可以是方形。在该钢管的一个端部设置有桩尖板10、用于感应桩尖板10所受压力的第一压力传感器9，该桩尖板10垂直于钢管的侧壁。桩尖板受力时向第一压力传感器9施压，第一压力传感器9受力发出电信号，电信号由数据收。

17、集器15接收。利用这里的结构，可以测得设备的端部压力。0033沿钢管的径向方向设置两个侧壁摩擦筒3、8，并分别为侧壁摩擦筒3、8设置用于感应其所受摩擦力的第二压力传感器1、6；该侧壁摩擦筒3、8组成钢管的侧壁的一部分，分别处于钢管的上部和下部。0034作为本实施例的优选结构，第二压力传感器1的设置方式为0035在侧壁摩擦筒3所在的部位该钢管的内部空腔内设置横梁2；该横梁2垂直于侧壁摩擦筒3，且横跨在侧壁摩擦筒3中被该侧壁摩擦筒3带动；该横梁2的上侧边接触第二压力传感器1的触头。在该岩土体原位测试设备被压入土体中时，侧壁摩擦筒3受到沿侧壁向上的摩擦力，该摩擦力使得横梁2受力，横梁2继而施力给压力。

18、第二压力传感器1，第二压力传感器1受力发出电信号，该电信号由数据收集器15接收。说明书CN102011389ACN102011393A4/6页60036第二压力传感器6的设置方式与第二压力传感器1的相同，在此不再累述，其对应的横梁标注7。利用这里的结构可以测得设备的侧壁摩擦力。0037钢管的侧壁的一部分设置为侧受压板12，侧受压板12与侧壁的其他部分相平；还设置有用于感应侧受压板12所受压力的第三压力传感器11，此时该第三压力传感器11垂直于侧受压板12钢管的侧壁。在设备被压入土层中时，侧受压板12受到土体的侧向正压力，继而施力给第三压力传感器11，第三压力传感器11受力发出电信号，电信号由数。

19、据收集器15接收。利用这里的结构可以测得设备的侧向正压力。0038此外，在钢管的侧壁内设置有孔隙水压力计13和两个摄像头5；在本实施例中孔隙水压力计13和摄像头5设置在钢管的一个横截面上；当然两者也可以在纵向方向上间隔一端距离设置。0039上述岩土体原位测试设备的第一压力传感器9能测得设备的端部压力，第二压力传感器1、6能测得侧壁摩擦力，第三压力传感器11能测得侧向正压力，孔隙水压力计13能测得孔隙水压力，摄像头5能记录土层的颜色及结构，即该设备能一次性地测得上述多种工程数据。0040这样，一方面有利于准确地进行土体性质判断。另一方面，上述特点加之该设备采用模拟管桩的钢管结构，使得利用该设备能。

20、较为准确的估算桩被压入土体中时的实际受力。此外，在该设备被压入土层的过程中，其数据收集器将一系列变化的数据记录并显示出来，使得测量结果更加直观，且有利于下一步的分析利用。0041进一步地，在本实施例中，在钢管的内部空腔里还设置有测斜仪4，该测斜仪4能测量该设备的垂直度，可以测量出该设备在不同深度及不同受力状态下的垂直度。0042在本实施例中，还包括有深度发生器14，深度发生器14与数据收集器15电连接。该深度发生器14与数据收集器15结合，设备每被压入一定的深度，数据收集器15收集一次上述各传感器及孔隙水压力计的数据，实现实时监控。0043本实施例的岩土体原位测试设备的上述所有测量仪器的电缆均。

21、通过钢管中间穿出，当然也可将所有测量数据通过无线传播，将数据和视频信号传到地面。0044下面介绍利用上述岩土体原位测试设备的一种原位触探方法的实施例，其包括如下步骤00451安装岩土体原位测试设备选取一条与实际要压入的管桩的截面形状、尺寸相同的钢管此处选用直径为300MM的钢管制造成，在钢管的端部安装桩尖板10和测量端部压力的第一压力传感器9；在钢管的靠近端部的侧壁安装两个侧壁摩擦筒3、8，并安装感应侧壁摩擦筒3、8所受摩擦力的第二压力传感器1、6；当然可以根据实际情况安装更多或者更少的侧壁摩擦筒及对应的传感器。在钢管的侧壁安装侧受压板12，并安装用于感应侧受压板12所受压力的第三压力传感器1。

22、1；在钢管的侧壁内设置有孔隙水压力计13和两个摄像头5；将上述测量仪器与数据收集器15电连接，并将数据收集器15与深度发生器14电连接。上述各仪器安装后的结构见上面对岩土体原位测试设备的描述，在此不累述。0046在上述安装步骤之前，要先分别将第一压力传感器9、第二压力传感器1、6、第三压力传感器11标定，将孔隙水压力13标定；组装时要注意考虑防水，尤其是线的接口，线与铁等不同材料的结合部位。组装完成之后，在空载的情况下，接仪表进行测说明书CN102011389ACN102011393A5/6页7量，看各项指标是否灵敏。00472采用静压桩机做施压设备，其施压能力达到220吨，静载时达到280吨。

23、；当然在本发明其他的实施例中，可以根据实际情况选用其他型号的静压桩机。0048用吊机将组装好的岩土体原位测试设备吊入桩机夹具内，将其未设置传感器的一端即图1、2中的上端装入压桩机的夹具内部，接好各类仪表的电缆。利用压桩机将岩土体原位测试设备压入待测量土体中500MM，当然也可是视实际情况改变该压入的深度；然后停机、将该岩土体原位测试设备调直。0049然后开机继续均匀地施压，并且在施压的同时，每隔一定的深度本实施例中时100MM同步记载一次第一传感器9、第二传感器1、6、第三传感器11及孔隙水压力计13传出的数据，在上述优选实施例中，利用深度发生器14结合数据收集器15实现上述记载；利用摄像头5。

24、记录下土层的颜色和结构。注意夹具的上下运动，不要夹伤或刮伤岩土体原位测试设备的测试部位。00503当所述压桩机所施压力达到预设施工压力值，或者该岩土体原位测试设备被压到预设深度时，压桩机停止施压；然后再以压桩机停止施压时的荷载对上述岩土体原位测试设备复压3次，每两次复压之间间隔24小时；当然，在其他实施例中，也可以根据实际情况改变复压的次数和间隔时间。00514每次复压后，间隔一定的时间观测上述步骤2中的数据的变化，并记录；相邻两次观测的间隔时间逐渐增加。本实施例中，第一次复压后，间歇时间按10分钟、半小时、1小时、2小时、6小时、12小时观测各项参数时间为间隔时间，不是累计时间。第二、三次复。

25、压后，间隔时间为10分钟、半小时、1小时、2小时、6小时、12小时、24小时、2天、4天、8天、16天观测各项参数。00525利用所述压桩机和所述岩土体原位测试设备进行静载试验，在静载试验的过程中记录下所述第一、第二、第三传感器、孔隙水压力计的数据。静载试验按照现有竖向抗压静载试验的规范要求中的试验步骤进行，在本实施例中注意0053A静载的荷载总重为估计极限承载力的11倍以上。位移测量用大于50毫米的百分表，压力读数依据压力表。0054B提供夹桩的加压力要稍微大于压桩力，保证不打滑，另外压桩油缸要预先检查，保证油缸不内泄。否则高压时不能保持稳压。0055C位移测量表安装时，安装表的固定位置基准。

26、梁要远离桩身，防止桩的沉降振动影响测量表的固定。0056D依据单桩竖向抗压静载试验的规范要求，达到最大试验荷载或极限荷载时停止加载。0057E采用人工记录各项抗压数据。0058F静载时要记录岩土体原位测试设备测定的各项数据。端阻力、侧壁摩擦力、孔隙水压力、侧压力、测斜仪。0059由于该方法中使用的探头的形状与实际将压入的管桩形状相同，因此可以准确地模拟管桩的受力，测得与实际管桩的受力非常接近的数据。同时，由于模拟管桩形状的探头有足够大的空间能安装测量仪器，因此该方法能一次性地测得多个数据测得不同深度下设备的端部压力、侧壁摩擦力、侧向正压力，摄得土体的颜色和结构。再者，说明书CN10201138。

27、9ACN102011393A6/6页8由于该方法采用压桩机做施压设备，将探头装入压桩机的夹具内，以类似压桩的形式将夹具压入待测试的土体中，因而能进行现场测试，获得最接近实际压桩时管桩的受力的各项数据以及实际施工场地的土体特征。0060以上仅为本发明的优选实施例而已，当然不能因此来限定本发明的范围。对本发明的技术方案的等同变换，也在本发明的保护范围内。说明书CN102011389ACN102011393A1/3页9图1说明书附图CN102011389ACN102011393A2/3页10图2说明书附图CN102011389ACN102011393A3/3页11图3说明书附图CN102011389A。