В области геотехнических исследований и испытаний грунтов лопастной сдвиговой тест — это широко используемый метод полевых испытаний для определения недренированной прочности на сдвиг мягкой глины. В зависимости от различий в системах измерения и передачи данных, его обычно классифицируют на два типа: электронный лопастной сдвиговой тест и механический лопастной сдвиговой тест. Хотя оба метода основаны на одном и том же принципе испытаний, они существенно различаются по конструкции оборудования, процедурам работы и методам сбора данных.

Данная статья, подготовленная и опубликованная нашей компанией, представляет собой систематическое сравнение рабочих процедур этих двух методов тестирования, призванное помочь пользователям отрасли лучше понять их различия и выбрать наиболее подходящее решение.

I. Электронное испытание крыльчатым сдвигом

1. Установите анкеры в грунт с обеих сторон места проведения испытаний, ввинчив их в почву, и установите и закрепите основную раму для испытаний на проникновение. Выровняйте систему с помощью строительного уровня с делениями 1 мм и установите устройство для приложения крутящего момента.

2. Подсоедините лопастную головку к датчику крутящего момента и затяните ее. Вставьте буровой стержень с пропущенным через него кабелем в отверстие зажима бурового стержня устройства измерения крутящего момента. Подсоедините штекер кабеля датчика к разъему, проходящему через буровой стержень, и выполните гидроизоляционную обработку. Включите измерительный прибор, затем затяните буровые стержни. Буровые стержни должны оставаться прямыми, а все соединения должны быть надежно соединены. Рекомендуется установить расширительный развертку в месте соединения бурового стержня примерно на 1 м выше лопастной головки.

3. После вдавливания лопастной ножницы в грунт на заданную глубину испытания отрегулируйте раму так, чтобы буровой стержень совпадал с центром направляющего отверстия на панели рамы. Если на глубине испытания обнаружен относительно твердый межслойный участок, испытание следует проводить после прохождения через этот слой.

4. После того, как лопастная ножница будет прижата к испытательной глубине, ее следует оставить в покое на 2–3 минуты перед началом испытания.

5. Затяните зажим бурильной штанги на динамометрическом устройстве и установите измерительный прибор на ноль или запишите начальное показание.

6. Поверните рукоятку динамометрического прибора по часовой стрелке. Когда показания измерительного прибора начнут увеличиваться, запустите секундомер. Буровой стержень следует вращать со скоростью от 1°/10 с до 2°/10 с. Записывайте показания для каждого 1° вращения. После достижения пикового или стабильного значения продолжайте вращение и запись еще в течение 1 минуты. Пиковое или стабильное значение следует считать показанием, соответствующим сдвиговому разрушению ненарушенного грунта.

7. После завершения испытания на пиковое или стабильное значение поверните головку лопасти по часовой стрелке на шесть оборотов, чтобы полностью переформовать окружающий грунт. Затем определите недренированную прочность на сдвиг переформованного грунта в соответствии с пунктом 6 выше. Испытание на прочность на сдвиг переформованного грунта должно проводиться в соответствии с требованиями проекта.

8. Если требуется дополнительное тестирование, ослабьте зажим бурильной штанги и надавите на лопастную головку среза до следующей глубины тестирования, затем повторите описанную выше процедуру.

9. После завершения полного испытания скважины извлеките бурильные штанги и лопастную головку среза по секциям. Тщательно очистите все компоненты и осмотрите их, чтобы убедиться в их исправности.

10. При проведении испытаний на сдвиг лопаткой в скважинах скважину следует пробурить и установить обсадную трубу на глубину, в 3–5 раз превышающую диаметр обсадной трубы, или на 0,5 м выше целевой глубины испытания. Затем скважину следует очистить с помощью перфорированного шнека. Лопастную головку, вал и буровые штанги следует собрать по секциям и затянуть трубным ключом. Собранную конструкцию следует опустить в скважину до тех пор, пока лопастная головка не коснется дна скважины. Глубина проникновения лопастной головки в дно скважины должна быть не менее чем в 3–5 раз превышающей диаметр скважины или обсадной трубы, или 0,5 м.

11. Во время испытаний избегайте воздействия прямых солнечных лучей на головку лопасти или замерзания. Для лопастных сдвиговых испытательных стендов с открытым кольцом необходимо скорректировать влияние сопротивления трения между валом и грунтом.

12. До и после инженерных испытаний необходимо калибровать датчик крутящего момента лопастной сдвиговой головки. Срок действия каждой калибровки обычно составляет от 1 до 3 месяцев. При обнаружении каких-либо отклонений во время эксплуатации необходимо выполнить повторную калибровку. Датчик, кабели и измерительные приборы, используемые во время калибровки, должны быть такими же, как и во время испытаний.

13. При проведении лопастных испытаний на воде, если грунт на дне скважины мягкий, следует использовать контроллер обсадной трубы, чтобы предотвратить ее проседание во время испытания.

II. Механическое испытание крыльчатым сдвигом

1. На месте проведения испытаний опустите обсадную трубу на глубину, в 3-5 раз превышающую диаметр обсадной трубы, или на 0,5 м выше требуемой глубины испытаний, в зависимости от глубины бурения.

2. Закрепите обсадную трубу деревянными или цепными зажимами, чтобы предотвратить ее проседание или вращение в противоположном направлении из-за чрезмерного крутящего момента.

3. Удалите остатки грунта из скважины. Чтобы избежать нарушения целостности исследуемого слоя грунта, для очистки обычно используется перфорированный шнек.

4. Соберите лопастную режущую головку, вал и буровые штанги по секциям и затяните их трубным ключом. Затем опустите собранную конструкцию в скважину до тех пор, пока лопастная режущая головка не коснется дна скважины.

5. Подсоедините направляющий стержень, пропустите основание через направляющий стержень и закрепите его на корпусе. Затяните его стопорными винтами, затем медленно прижмите лопастную ножницу к испытательной глубине. Если на испытательной глубине обнаружен относительно твердый промежуточный слой, испытание следует проводить после прохождения этого слоя.

6. После того, как лопастная головка ножниц будет прижата к испытательной глубине, она должна оставаться в покое в течение 2–3 минут, прежде чем начнется испытание.

7. Установите компоненты трансмиссии и поверните опорную плиту, чтобы совместить шпоночный паз направляющего стержня со шпоночным пазом неподвижного зажима стального кольца. Зафиксируйте неподвижную втулку на основании стопорными винтами. Затем поверните рукоятку так, чтобы специальный шпоночный паз свободно вошел в шпоночный паз. Совместите указатель с любой целочисленной шкалой, установите индикатор часового типа и обнулите его.

8. Начните испытание, вращая рукоятку со скоростью от 1°/10 с до 2°/10 с, одновременно запуская секундомер. Записывайте показания циферблатного датчика один раз за каждый 1° вращения. После достижения пикового или стабильного значения продолжайте вращение и запись еще в течение 1 минуты. Пиковое или стабильное значение следует принимать за максимальное значение циферблатного датчика Ry, соответствующее сдвиговому разрушению ненарушенного грунта.

9. Снимите специальный ключ, установите вращающуюся рукоятку в верхней части направляющего стержня и поверните ее по часовой стрелке на шесть оборотов, чтобы полностью перемешать грунт вокруг лопастной срезной головки. Затем снимите вращающуюся рукоятку и вставьте специальный ключ обратно. В соответствии с пунктом 8 измерьте и запишите максимальное значение индикатора Ry при разрушении переформованного грунта от сдвига. Испытание на прочность на сдвиг переформованного грунта должно проводиться в соответствии с инженерными требованиями.

10. Для крестовины с муфтой снимите специальный ключ, поднимите направляющий стержень на 2–3 см для разъединения зубьев муфты, затем снова вставьте специальный ключ, вращайте рукоятку с постоянной скоростью и запишите стабильное показание Ry прибора, соответствующее трению между валом и грунтом;

11. Для зубчатой крестовины быстро поверните рукоятку против часовой стрелки более десяти раз, чтобы отсоединить вал от крестовины, затем поверните рукоятку по часовой стрелке с постоянной скоростью и запишите показания манометра Ry, когда вал будет тереться о почву.

12. После проверки снимите вращающиеся части и основание. Вставьте крюк в отверстие направляющей штанги и поочередно извлеките буровую штангу и поперечную головку. Очистите поперечную головку и проверьте наличие ослабленных винтов и изогнутого вала.

13. При проведении испытаний кросс-головки на воде, если грунт на дне скважины мягкий, следует использовать контроллер обсадной трубы, чтобы предотвратить ее проседание во время испытания.

14. Для открытых стальных кольцевых лопастных сдвиговых приборов необходимо скорректировать влияние трения между валом и грунтом.

15. До и после инженерных испытаний необходимо калибровать датчик крутящего момента лопастной сдвиговой головки. При обнаружении каких-либо отклонений во время эксплуатации необходимо выполнить повторную калибровку. Датчик, кабели и измерительные приборы, используемые для калибровки, должны быть такими же, как и те, которые использовались во время испытания.

III. Сравнительный анализ двух методов тестирования

1. Принцип измерения

Электронный метод: Использует датчик крутящего момента для непосредственного преобразования сопротивления сдвигу в электрические сигналы.

Механический метод: Основан на механической передаче и показаниях индикатора (или стрелки).

2. Режим сбора данных

Электронный метод: Автоматический цифровой сбор и запись данных.

Механический метод: Ручное считывание и запись данных операторами.

3. Точность измерения

Электронный метод: Более высокая точность при снижении погрешности считывания вручную.

Механический метод: Относительно более низкая точность, зависит от ручного управления.

4. Сложность эксплуатации

Электронный метод: Требует электрического соединения, калибровки и настройки системы.

Механический метод: Больше механических этапов, но более простая структура системы.

5. Стабильность данных

Электронный метод: Высокая помехоустойчивость и стабильный выходной сигнал.

Механический метод: Данные могут колебаться из-за различий в показаниях оператора.

6. Конструкция оборудования

Электронный метод: Интегрированная система, включающая датчики, кабели и цифровые приборы.

Механический метод: В основном механические компоненты, такие как шатуны, кривошип и индикатор часового типа.

7. Требования к техническому обслуживанию

Электронный метод: Требуется периодическая калибровка датчиков и техническое обслуживание электроники.

Механический метод: В основном механический осмотр и смазка.

8. Стоимость и область применения

Электронный метод: более высокая стоимость, подходит для сложных инженерных и исследовательских проектов.

Механический метод: более низкая стоимость, широко используется в рутинных геотехнических исследованиях.

9. Адаптируемость к полевым условиям

Электронный метод: подходит для сложных условий непрерывного мониторинга.

Механический метод: более адаптируем в простых полевых условиях с ограниченным электропитанием.

10. Общая тенденция развития

Электронный метод: Представляет собой современное, цифровое и автоматизированное направление развития.

Механический метод: Традиционный, но по-прежнему широко используемый благодаря простоте и надежности.

IV. Заключение

Как электрические, так и механические лопастные испытания на сдвиг в основном используются для определения прочности на сдвиг мягкой глины, но они существенно различаются по методам сбора данных и применимости в инженерной практике.

В связи с растущими требованиями к точности данных и автоматизации в геотехнической инженерии, электроизмерительное оборудование постепенно становится основным направлением развития; в то время как механическое оборудование продолжает сохранять важную практическую ценность в фундаментальных инженерных работах и традиционной геодезии.