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歐美大地聯(lián)合廣東省內(nèi)的勘察企業(yè)、科研單位、高校在廣州南沙工地進(jìn)行了一次鉆孔剪切試驗(yàn)。采用法國(guó)Apageo公司研發(fā)的Phicometer型原位鉆孔剪切儀。

當(dāng)天進(jìn)行了兩次鉆孔剪切試驗(yàn)，試驗(yàn)流程均正確無(wú)誤。從試驗(yàn)取得的數(shù)據(jù)來(lái)看，成功測(cè)得了土體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)，試驗(yàn)圓滿成功。

1 試驗(yàn)原理

鉆孔剪切試驗(yàn)是將一個(gè)帶有水平環(huán)形鋼齒的探頭，放置在一個(gè)直徑63mm的鉆孔中。通過(guò)膨脹探頭，施加徑向的壓力σ，水平鋼齒就會(huì)插入到孔壁的巖土體中。鉆孔剪切試驗(yàn)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(zhǎng)度。

保持徑向壓力不變，向上拉起探頭，對(duì)孔壁巖土體進(jìn)行剪切，拉力為T，從而可以計(jì)算出土體的抗剪強(qiáng)度：

2 試驗(yàn)裝置

鉆孔剪切儀包含以下四個(gè)部分：探頭、鉆具、地面設(shè)備、輔助工具(如圖3所示)。

圖3 鉆孔剪切儀試驗(yàn)裝置

探頭

頭由一個(gè)單一的可膨脹的元件組成，內(nèi)部有一個(gè)特殊的開縫的管，這個(gè)特殊的開縫管由以下幾部分組成：

①中心區(qū)域由1個(gè)堅(jiān)硬的殼組成，這個(gè)硬殼上裝有水平的齒，這個(gè)是主要的測(cè)量裝置。

②兩個(gè)外部區(qū)域由幾個(gè)薄的長(zhǎng)條組成，薄條像彈簧一樣工作。

鉆具

鉆具是由直徑32mm的鉆機(jī)桿組成的，最頂端的那根鉆孔調(diào)節(jié)桿必須整個(gè)長(zhǎng)度布滿螺紋。一套標(biāo)準(zhǔn)的頂端鉆孔調(diào)節(jié)桿至少由以下3種規(guī)格組成：

①1×0.4m長(zhǎng)桿；

②1×0.8m長(zhǎng)桿；

③1×1.2m長(zhǎng)桿。

地面設(shè)備

地面設(shè)備包括：

①拉力系統(tǒng)。由千斤頂提供拉力，通過(guò)拉力表測(cè)得拉力值。

②壓力-體積控制單元。通過(guò)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(cè)量系統(tǒng)。通過(guò)千分表測(cè)量垂直位移。

輔助工具

輔助工具包含游標(biāo)卡尺、手動(dòng)真空泵等。

3 試驗(yàn)過(guò)程

鉆孔

直徑為63mm，鉆孔深度約2米。

探頭標(biāo)定

連接好儀器后，在空氣中對(duì)探頭逐級(jí)加壓，使探頭膨脹，用游標(biāo)卡尺記錄每一級(jí)體積下，探頭的直徑和壓力，記錄標(biāo)定數(shù)據(jù)。

放入孔中

將探頭放入孔中，拉力測(cè)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(shù)據(jù)。最大壓力不超過(guò)6bar。

減小壓力

減小壓力。將壓力減小到2bar，作為第一級(jí)壓力。

開始剪切

開始剪切。操作者1負(fù)責(zé)緩慢提升千斤頂進(jìn)行剪切，操作者2負(fù)責(zé)控制壓力，并且讀取拉力，記錄數(shù)據(jù)。

4 數(shù)據(jù)處理

修正探頭標(biāo)定數(shù)據(jù)、繪制標(biāo)定曲線，處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)并繪制正應(yīng)力剪應(yīng)力關(guān)系曲線。

修正探頭標(biāo)定數(shù)據(jù)并繪制標(biāo)定曲線

根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)擬合的直線，可知：

Tan（φ）=0.1546，φ=8.8°；c=26.678kPa。即內(nèi)摩擦角8.8°，粘聚力26.678kPa。