一种扁铲侧胀与静力触探联合动静力测试装置及方法

本发明属于土工原位测试，尤其涉及一种扁铲侧胀与静力触探联合动静力测试装置及方法。

背景技术：

1、岩土体由于其散体性、多相性、自然变异性的特点，具有复杂的物理力学性质。快速、精准地评估土体相关参数对于项目的规划设计以及安全施工有着重要的工程意义。与室内试验技术以及室内模型试验相比，土工原位测试技术在现场便能进行土体性质判定，不需取土并带回试验室分析，并且能对不同土层的土体进行连续的测试，因此在岩土工程中得到了广泛的应用与发展。

2、在诸多的土工原位测试技术中，静力触探试验(cpt)是最为经典的土工原位测试技术之一，这项技术在1932年由荷兰工程师pieter barentsen发明，被用于桩承载力的试验研究。经过近百年的发展，静力触探试验设备经过了以机械式、电测式、电子式以及数字式为特征的迭代创新。目前静力触探装置的探头中集成了更多的测试通道，除了能够测量锥尖阻力以及锥侧阻力外，还能测得孔隙水压力、电阻率、地下水ph值等其他参数。

3、扁铲侧胀试验(dmt)同样是土体原位试验的一种，它由意大利工程师marchetti在上世纪八十年代提出。经过十余年的发展，扁铲侧胀试验积累了一套属于自己的试验指标，如扁铲土性指数id、扁铲水平应力指数kd、扁铲侧胀模量ed以及扁铲侧胀孔压指数ud。这些中间指数虽然不能直接与土体参数相对应，但能够通过换算得到土体的相关性质。其中，扁铲水平应力指数kd是扁铲侧胀试验最关键的成果，是几个土体参数相关性的基础。例如土体抗液化强度crr，marchetti在2005年给出了二者的经验表达式：

4、crr＝0.107k3d-0.0741kd2+0.2169kd-0.1306

5、在实际使用中，扁铲侧胀试验与静力触探试验可以相互验证、互为补充，更加全面地反映待测区域土层深度方向的土体水平、竖向静力力学指标，但是无法得到土体的动态性质。事实上，土的动静力测试结果指标间的互相转换是很困难的，也缺乏定量转换的依据，因此有必要测量土体的动静力各自的指标。在现有技术中，波速测试是一种快速、准确的原位测试技术，它可以获得岩土体的纵波、横波速度，并根据波速计算动弹性模量、泊松比等动力学参数，之后对波速的测量结果进行整理和分析，得到土体的动力学性质。常用的波速测试方法为单孔检层法与跨孔平穿法，二种方式的测量结果均具有较好的可信度。

6、当前，通过更少次的把探头压入地下，获得更多的土体性质，是土工原位测试技术发展的主要趋势之一。静力触探试验以及扁铲侧胀试验均需要缓慢地将探头或扁铲压入土体当中，而对于双孔跨孔法波速检测，同样需要钻土成孔，并在两孔内分别放入激振器与三向检波器。波速测试中采用水平同步方式，即激发点和接收点一般位于相同高程，且两点之间的距离应根据钻孔测斜数据进行校正。

7、综上所述，在实际土工测试中，为获得静力触探试验、扁铲侧胀试验以及波速试验的三组土体参数，需要多次操作、分别进行检测。为了优化测试过程，减少探头贯入次数，目前已有安装了三向检波器的静力触探探头以及扁铲，其通过接收来自地面震源的压缩波与剪切波来测量土层内的波速。这一方法的实质是将静力触探或扁铲侧胀试验与单孔测波速法结合起来，其虽然能够减少探头贯入次数，但是随着检波器所处深度的增加，其将穿过不同的土层。因此测得的波速是各土层的“平均波速”，需要通过反演计算得到各个土层的实际波速。

8、对于上述问题，提出一种新的原位测试组合方式，将静力触探试验、扁铲侧胀试验以及双孔法波速测试试验相结合，以较少的探头贯入次数，获得更多的测量数据，尤其是实现各土层深度的土体在水平和竖向的静力力学指标以及动力力学指标。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对上述存在的技术问题，提供一种扁铲侧胀与静力触探联合动静力测试装置及方法，将静力触探试验、扁铲侧胀试验以及双孔法波速测试试验有机结合，以优化测试过程，减少探头贯入次数，获得更多的测量数据，尤其是实现各土层深度的土体在水平和竖向的静力力学指标以及动力力学指标。

2、有鉴于此，本发明提供一种扁铲侧胀与静力触探联合动静力测试装置，包括：

3、扁铲侧胀装置，其上设置激振装置；

4、静力触探装置，其上设置三向检波器；

5、测试时，所述激振装置和三向检波器位于同一高度。

6、进一步的，所述扁铲侧胀装置包括自上而下依次设置的：

7、激振装置、连接螺母和扁铲侧胀探头，所述激振装置和扁铲侧胀探头通过所述连接螺母连接在一起。

8、进一步的，所述激振装置和扁铲侧胀探头分别与所述连接螺母可拆卸地连接在一起。

9、进一步的，所述扁铲侧胀装置还包括斜支撑，其倾斜设置在所述激振装置的一侧，所述斜支撑的一端与所述激振装置可旋转连接，使得所述斜支撑和激振装置之间的夹角大小可调。

10、进一步的，所述静力触探装置还包括：

11、触探探杆和位于其下端的静力触探探头，所述三向检波器设置在所述触探探杆的上端。

12、进一步的，所述扁铲侧胀与静力触探联合动静力测试装置还包括：

13、驱动架、滑动伸缩架和检测车，其中：

14、在所述检测车的左右两侧分别设置滑动伸缩架和驱动架，所述滑动伸缩架的一侧与检测车可滑动连接，另一侧与所述驱动架连接，所述滑动伸缩架和驱动架均为可伸缩的结构，所述扁铲侧胀装置和静力触探装置分别设置在所述检测车两侧的驱动架内，所述扁铲侧胀装置和静力触探装置可通过驱动架的伸缩被压入土体内的不同深度。

15、进一步的，所述滑动伸缩架包括：

16、伸缩装置，其沿水平方向设置，所述伸缩装置能够沿水平方向、向靠近或远离检测车的方向伸缩；

17、滑杆，其与所述伸缩装置的一端连接；

18、滑道，其沿水平方向安装在所述检测车上，所述滑杆能够沿所述滑道进行滑动。

19、进一步的，所述驱动架包括：

20、上部连杆，其沿水平方向设置，所述上部连杆与所述伸缩装置连接；

21、伸缩杆，其沿竖直方向设置，在所述上部连杆的两端分别设置伸缩杆，所述伸缩杆的上端与上部连杆连接；

22、以及，下支撑柱，其设置在所述伸缩杆的下端，用于对所述伸缩杆进行支撑和固定。

23、一种扁铲侧胀与静力触探联合动静力测试方法，所述测试方法采用上述的扁铲侧胀与静力触探联合动静力测试装置进行动测试，所述测试方法包括步骤：

24、s1，测试前准备：取集成了三向检波器的静力触探装置，测量并记录三向检波器和静力触探探头底部之间的距离h1；取集成了激振装置的扁铲侧胀装置，测量并记录激振装置和扁铲侧胀探头底部之间的距离h2；

25、s2，测试点调整：根据h1和h2的值、以及测量需要，通过滑动伸缩架和驱动架对扁铲侧胀装置和静力触探装置的位置进行调整，使得扁铲侧胀装置和静力触探装置到达选定的测量点上方，且三向检波器和集成激振装置处于同一高度；

26、s3，土体测量：在两个测量点上，根据土体的软硬以及密实程度，使扁铲侧胀装置和静力触探装置以相同的速度压入土体中，使得测量过程中，三向检波器和集成激振装置一直处于同一高度，此时，静力触探探头将持续记录不同深度处土体竖向静力学参数；在将测量装置压入土体的过程中，每隔设定深度进行一次扁铲侧胀试验，并记录此深度处土体水平向静力学参数；并在同一深度位置触发激振装置，测量弹性波在两测量点位之间的传播时间，并结合静力触探探头与扁铲侧胀探头中，经测斜数据矫正后的测点距离计算波速；

27、s4，逐层测量：对土体逐层进行检测直至达到预期深度，并对每个测试点的测量结果进行记录；

28、s5，将竖向和水平向静力学性质以及波速的测量结果分别整理和分析，得到不同深度处土体的静力学与动力学性质。

29、进一步的，根据土体的软硬以及密实程度，使扁铲侧胀装置和静力触探装置以20～25mm/s的速度压入土体中；在深度方向，每隔0.2m进行一次扁铲侧胀试验和波速测算。

30、本发明所述扁铲侧胀与静力触探联合动静力测试装置及方法将静力触探试验、扁铲侧胀试验以及双孔法波速测试试验结合，通过将激振装置连接到侧胀探杆上的方式，实现各土层深度的土体水平向与竖向静力力学指标以及动力力学指标的测定。

31、与以往技术相比，本发明所述扁铲侧胀与静力触探联合动静力测试装置及方法能够优化测试过程，减少探头贯入次数，且可以同时测得各层土体水平与垂直方向的静力学指标以及动力学指标。此外，由于波速测试时激振装置和三向检波器都贯入于土体内部，现场测试时受外界干扰较小，因此也可在已有的结构物下进行测试。同时测量出的波速并不需要向单孔法一样通过反演计算的得到，有效简化了计算难度。