(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210508862.X (22)申请日 2022.05.11 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114624126 A (43)申请公布日 2022.06.14 (73)专利权人 四川中铁二院环保科技有限公司 地址 610000 四川省成 都市金牛区高新 技 术产业园区金凤凰大道666号7栋3层 303号 (72)发明人 谢毅　邹远华　刘毅　常兴旺　 张广泽　王栋　张夏临　李嘉雨　 陈明浩　张营旭　侯锦　杨红兵　 郭周富　林之恒　欧阳吉　(74)专利代理 机构 成都精点专利代理事务所 (普通合伙) 51338 专利代理师 王记明 (51)Int.Cl. G01N 3/24(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (56)对比文件 WO 2014149131 A 2,2014.09.25 WO 9733065 A1,1997.09.12 CN 20820 3118 U,2018.12.07 CN 106894822 A,2017.0 6.27 CN 108444815 A,2018.08.24 CN 113833487 A,2021.12.24 审查员 胡议文 (54)发明名称 一种岩土原位剪切 测试设备及方法 (57)摘要 本发明公开了一种岩土原位剪切测试设备 及方法， 包括机架、 钻孔驱动装置、 剪切力测试单 元以及钻探杆； 机架设置在地面； 钻孔驱动装置 通过升降机构安装在机架上； 剪切力测试单元设 置在钻孔 驱动装置的一侧； 钻探杆安装在钻孔驱 动装置的输出端上； 钻探杆包括内部中空、 顶端 封闭、 底端 开口的套筒， 设置在套筒底端的钻头， 位于套筒内部、 顶端通过动力机构与套筒相连 接、 底端贯穿钻头的十字板剪切仪； 本方案可直 接推动十字板剪切仪从套筒的内部移出并插入 至孔洞底部的岩土层中进行测试， 以避免使用者 在进行剪切测试时需要取出钻探杆， 而对孔洞造 成破坏， 使使用者在进行剪切测试时更为方便， 确保剪切测试的结果准确性， 提升使用者的剪切 测试效率。 权利要求书2页 说明书7页 附图5页 CN 114624126 B 2022.07.29 CN 114624126 B 1.一种岩土原位剪切测试设备， 其特征在于， 包括机架 （1） 、 钻孔驱动装置 （2） 、 剪切力 测试单元 （3） 以及钻探杆 （4） ； 所述机架 （1） 设置在地 面， 用于支撑固定 机构； 所述钻孔驱动装置 （2） 通过升降机构安装在机架 （1） 上， 用于为钻探杆 （4） 提供动力； 所述剪切力测试 单元 （3） 设置在钻孔驱动装置 （2） 的一侧， 用于测试剪切数据； 所述钻探杆 （4） 安装在钻孔驱动装置 （2） 的输出端上， 用于钻孔以及对岩土进行剪切测 试； 所述钻探杆 （4） 包括内部中空、 顶端封闭、 底端开口的套筒 （40） ， 设置在套筒 （40） 底端 的钻头 （41） ， 位于套筒 （40） 内部、 顶端通过动力机构 （42） 与套筒 （40） 相连接、 底端贯穿钻头 （41） 的十 字板剪切仪 （43） ； 所述十字板剪切仪 （43） 包括呈柱状结构、 且底端设有穿刺尖锥部的探头 （430） ， 开设在 探头 （430） 内部的空腔 （431） ， 沿探头 （430） 的轴向方向开设在探头 （430） 外表面、 且与空腔 （431） 相连通的收纳槽 （432） ， 嵌设在收纳槽 （432） 内、 其中一端端部与探头 （430） 外表面相 平齐的剪切板 （433） ， 设置在空腔 （431） 内部、 用于推动剪切板 （433） 通过收纳槽 （432） 滑动 的推动机构 （434） ， 以及位于探头 （430） 外表 面、 且与收纳槽 （432） 一一对应的岩块推离机构 （435） ； 任一所述岩块推离机构 （435） 包括两根沿探头 （430） 轴向方向设置、 且分别位于收纳 槽 （432） 两侧的推力杆 （4350） ， 分别 位于空腔 （431） 的顶部和底部、 且输出端穿过 收纳槽通 过U型支架与两根推力杆 （4350） 对应连接的液压油缸 （4351） ， 两根所述推力杆 （4350） 的间 隙与剪切板 （43 3） 的厚度尺寸相适配。 2.根据权利要求1所述的一种岩土原位剪切测试设备， 其特征在于， 所述推动机构 （434） 包括竖直设置在空腔 （431） 内部中间的导向杆 （4340） ， 套设在导向杆 （4340） 两端、 且 以导向杆 （4340） 长度中心线对称设置的滑 块 （4341） ， 一端分别铰接在两个所述滑 块 （4341） 上、 另一端均与剪切板 （433） 相铰接、 且形成等腰三角形或等腰梯形的连杆 （4342） ， 相对安 装在空腔 （431） 的顶部和底部、 用于推动两个所述滑块 （4341） 沿导向杆 （4340） 相对滑动的 液压伸缩杆 （4343） 。 3.根据权利要求1所述的一种岩土原位剪切测试设备， 其特征在于， 所述收纳槽 （432） 和剪切板 （43 3） 均设有四个， 且分别对应于 探头 （430） 外表面的四等分点。 4.根据权利要求1所述的一种岩土原位剪切测试设备， 其特征在于， 所述动力机构 （42） 用于推动所述十字板剪切仪 （43） 插入至土壤中并进 行旋转剪切测试， 且 所述动力机构 （42） 包括活塞气缸 （420） 和扭矩马达 （421） ， 所述活塞气缸 （420） 竖直设于套筒 （40） 内部、 顶端通 过支承座与套筒 （40） 内部相连接、 底端通过支撑板与扭矩马达 （421） 相连接， 所述扭矩马达 （421） 的输出端与探 头 （430） 顶端刚性连接 。 5.根据权利要求1所述的一种岩土原位剪切测试设备， 其特征在于， 所述剪切力测试单 元 （3） 包括与扭矩马达 （421） 电性连接的数据采集模块 （30） ， 以及与数据采集模块 （30） 电连 接的数据存 储模块 （31） 。 6.一种岩土原位剪切测试方法， 基于权利要求1 ‑5任一项所述的一种岩土原位剪切测 试设备， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 移动机架 （1） 至待测试点 位， 并放置平稳后固定； S2、 钻孔驱动装置 （2） 驱动钻探杆 （4） 工作， 使钻探杆 （4） 后通过钻头 （41） 进行钻孔作权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114624126 B 2业， 并钻深至测试深度； S3、 动力机构 （42） 中的活塞气缸 （420） 推动探头 （430） 插入至岩土层， 同时液压油缸 （4351） 开始工作并推动推力杆 （43 50） 移动以对岩土层中的岩块进行推离； S4、 推动机构 （434） 开始工作进而推动剪切板 （433） 沿着推力杆 （4350） 路径切入至岩土 层中， 同时液压油缸 （43 51） 收缩带动推力杆 （43 50） 复位； S5、 动力机构 （42） 中的扭矩马达 （421） 驱动探头 （430） 旋转， 使十字板剪切仪 （43） 转动 对岩土层进行剪切 测试； S6、 十字板剪切仪 （43） 旋转剪切测试过程中， 剪切力测试单元 （3） 对扭矩数据进行采集 并计算岩土层的抗剪切强度， 最终存 储下来。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114624126 B 3