CN101126755B - 多功能触探装置及其触探测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多功能触探装置及其触探测试方法。本发明多功能触探装置，它包括：组合触探头、触探杆，其特征在于：在组合触探头的端部设有呈锥形体的单桥探头；在所述的单桥探头的上端通过连接设备与多向检波装置、测力传感器以及冲剪器连接；并在冲剪器上设有驱动轴架及驱动电机。本发明具有静力触探、波速测试以及利用冲剪机理直接测试土的原位抗剪强度的功能，它用于野外原位测试，可在一个试验孔中，利用正向贯入和反向提升的力学机理，充分取得岩土的静、动态反应及参数，使波速原位测试具有随触探过程进行，测点间距小，测试数据“连续”，可实时观察、检验等特点，实现了岩土抗剪强度的原位实时连续测试，得到“一举多得”的测试结果。
Description
技术领域
本发明涉及一种勘察及探测装置，特别是指一种多功能触探装置及其触探测试方法。
背景技术
岩土工程创造性的测试技术，它涉及土木、建筑、港工、地矿、桥隧以及环保工程等有关地壳、地表岩土体的整治、改造、利用等工程问题。半个世纪以来，各项基建工程向高、大、精、深发展，迫切需要测求岩土体深处及内部的各项力学性质，以便进行设计和施工监督。
目前，我国岩土工程的探测，较普遍使用的仍然是我院于1964年研制的电测静力触探仪。通过该触探仪，可直接深入土层深部测求静力触探比贯入阻力(ps)指标，从而推断岩土体的埋藏情况和力学特性，实现了“深部岩土体原位测试”。它的贯入机理着眼于：(A)通过摩擦套筒将贯入力均匀传递到下部土层，使其受压，从而得到土的变形特性反应；(B)通过圆锥头贯入，在其周围土中形成塑性区，从而得到土的承载力反应。经实践证明，(ps)值与土的变形模量(E)、地基承载力(R)以及预制单桩承载力(Qu)等项有着可供实用的相关关系，并被一些勘察、设计规范采用。但是，(ps)并非直接实测的土的力学指标(如抗剪强度、压缩模量等)。所以，急待提升其直接测试土力学指标的功能。
荷兰FUGRO公司在1971年研制了“圆锥贯入实验仪”(ConePenetration Testing，简称CPT)技术。姑且不论该技术在其结构上存在的缺欠(欠防水密封性等)，就其测试指标而论，其锥尖阻力(qc)、摩阻力(fs)及孔隙压力(u)均不属于土力学的基本性质指标(抗剪强度、变形模量或刚度)。因此，它们都不能直接用于设计计算，且其功能实际上仅限于实测深部土层全断面的变化，这对于深基础工程设计虽甚重要，但实感信息不全。此外，其工程造价昂贵。所以，如：美国、加拿大陆上的岩土工程，很少使用FUGRO公司的这项CPT技术。
土的强度：是抗剪强度的简称，对其测试迄今主要是几种室内试验方法，但各种抗剪强度测试方法，目前都有自身不可克服的缺欠，故它迄今仍是土力学测试技术中最为突出的难题。
至于现场的抗剪强度试验，只能在土层表面进行大型直剪或三轴试验，极不经济，且效果欠佳。所以，通常很少应用。
在试验室进行的抗剪强度测试试验，通常应用下列方法：
1、压剪(全称三轴压缩剪力试验，简称三轴试验)：机理完全符合库伦——莫尔强度理论，甚为理想。但其标准方法至少需要完全相同的3个土样，实际上很难做到。而用一个土样反复剪切则难免失真。
2、直剪：用上下两半对开的剪力盒，向土样做水平推剪。其主要问题在于：土样左右两端自开始受力即行剪损，而其中间部位一直处于弹性状态，致使所得结果难以代表土的真实抗剪强度。
3、扭剪：将扰动土样在圆筒形的特制剪切容器中成型，并在空筒形土样的内外侧施加对开的扭力，以至扭剪破损。此法实施极为复杂与困难，且限于经扰动重塑并控制土样水分及密度的情况，故难以实用。
4、单剪：即指Simple Shear或Ring Shear。实际上是将直剪容器中土样的厚度尽量减小，或在土样周围用薄金属环作为侧限，以便在开始施加剪力时，土样的变形近于均匀的“角应变”。但在试验设备上迄今难以实现此目的。故迄未实用。
因此，现有的抗剪强度室内试验方法均不可能用于野外原位测试。
土的动态指标原位测试：土的动态指标最主要的是土的传递纵、横波速(vp、vs)，并由其实测可以推导其它的动力参数(如动刚度、波速比、阻尼等)。土的波速测定原位试验方法早在上世纪七十年代已有“跨孔法”和“下孔法”可供实用。但其不足之处在于需要钻探成孔及其孔内激振(跨孔法)与拾振的困难，尤其在水位以下较难实施，而且是“点测”不便连续测定全深度剖面上土层的动态指标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多功能触探装置，本发明多功能触探装置具有静力触探、波速测试以及利用冲剪机理直接测试土的原位抗剪强度的功能，它用于野外原位测试，可在一个试验孔中，利用正向贯入和反向提升的力学机理，充分取得岩土的静、动态反应及参数，实现“一举多得”的测试结果。
本发明的另一目的在于提供一种正、逆过程联合触探测试方法，它可在现场取得土的原位(无扰动的)信息，完全改变了原有的“钻探、取样、室内试验、成果整理”这一老工艺流程。本发明可真实描述直达土层深部的连续剖面；直接实时测试深层土的静、动力学指标；随时观察及检验或修正测试成果，为各项岩土工程设计提供所需的多项参数。
冲剪(punching shear)是指楔形或圆锥形体贯入固态材料中所产生的剪切作用。显然，触探头(CPT probe)对土层的力学作用基本属于冲剪。单桩、柱基以及锚杆作用于土体中的极限状态也是冲剪控制。在结构工程上，柱与楼板间的稳定性是受冲剪控制设计。土工织物的强度也主要考虑冲剪强度(punching shear strength)。冲剪实质上是由不同角度的楔形、锥形体作用于土体中，在其接触面上产生的直剪作用。故在机理上较能反应土的实际抗剪强度。
在实测中，其测定值又取决于贯入体的几何条件。在固定贯入体的几何条件下，可以求得土的“归一化”的抗剪强度τ(c，φ)值。
本发明多功能触探装置具有实时测试土层波速的功能，通过将钻孔波速测试与触探结成一体，从而消除现有钻孔波速测试难以克服的困难和不经济性，使波速原位测试具有随触探过程进行，测点间距小，测试数据“连续”，可实时观察、检验等特点。
本发明多功能触探装置，是在现有的静力触探头的基础上增设了测定土的静态抗剪强度及动态波速的测试、传感单元，并可同时满足下列要求：
1)、各项测试可在同一个试验孔中完成，从而实现“一举多得”的原位测试；
2)、形成的测试单元，可根据工程需要进行分体或组合整体运作；
3)、各测试单元具有防潮、防锈及经久耐用的结构。
本发明的技术方案是：
一种多功能触探装置，它包括：组合触探头、触探杆及地面液压机械装置，其特征在于：在组合触探头的端部设有呈锥形体的单桥探头；在所述的单桥探头的上端通过连接设备与多向检波装置、测力传感器以及冲剪器连接；在冲剪器上设有驱动轴架及驱动电机。其中，所述的测力传感器是用来测量冲剪器的受力值；冲剪器的驱动是通过驱动电机及驱动轴架完成的。
其中，在所述的组合触探头内设有电缆，其一端与传感器、驱动电机的电信号连接设备连接；其另一端引出并分别与地面二次仪表、电控设备连接；用来产生探测岩土特性的振动波的振源设备也与二次仪表相连接。
所述的多向检波装置采用电磁式速度摆，输出电压传送到地面上的二次仪表。
所述的多向检波装置的管筒为脱磁金属管件。
所述的冲剪器具有楔型断面施力端，它以中心轴为轴心，与设在管筒内的量力点形成测力的杠杆；在驱动电机的驱动下，通过驱动轴架可控制冲剪器的收进或伸出；当冲剪器伸出并对土层进行冲剪时，量力点与测力传感器接触，以测得土的抗剪强度。
所述的冲剪器至少具有一个以上的楔型断面施力端。
所述的单桥探头，它包括：含空心柱应变传感器的单桥探头；或不含传感器的贯入圆锥头。
本发明触探测试方法，它包括：
A)、将在组合触探头端部设置的单桥探头通过连接设备与在其上设置的多向检波装置、测力传感器、冲剪器及驱动轴架、驱动电机相连接；并通过设置在触探头内的电缆将多功能的测试信号与二次仪表连接、将驱动电机与地面电控设备连接；用来产生探测岩土特性的振动波的振源设备也与二次仪表相连接；
B)、组合触探头贯入作业正过程：通过地面上的液压机械装置及触探杆，将本发明多功能触探装置等速贯入土层中；此时冲剪器施力端收进触探头管筒内；通过单桥探头内的空心柱应变传感器，将探头贯入作业时岩土的原位比贯入阻力特性转换为实时的电信号，通过电缆将该信号送到地面二次仪表进行检测、处理、记录，得到岩土原位的静力触探比贯入阻力指标ps；
同时，通过所述的多向检波装置与地面振源设备配合，在设定的深度处测量经岩土层传来的由地面振源发出的纵波、横波信号，实时地通过电缆将该信号送到地面二次仪表进行检测、处理、记录，得到岩土原位的波速vp、vs指标；
其中，组合触探头贯入作业正过程，其贯入速度为2±0.5厘米/秒。
C)、当组合触探头进行贯入作业达到设定深度后，进行触探提升作业逆过程：通过电缆接受地面电控设备的指令，驱动装置启动使冲剪器的楔型断面施力端打开，且伸出触探头管筒之外，并在触探头向上提升过程中对土层进行冲剪；通过测力传感器，将岩土的抗剪力转换为实时的电信号，通过电缆将该信号送到地面二次仪表进行检测、处理、记录；
其中，组合触探头进行提升作业逆过程，其提升速度为2±0.5厘米/秒。
D)、贯入正过程与提升逆过程均为等速实时测试，并在同一个试验孔中取得同相位的ps与sp两组测深曲线，相辅相成；
E)、根据由ps曲线确定的同一土层的不同深度(h1、h2)处所测得的两组对应的sp1、sp2值，可推求土的抗剪强度指标(c、φ)值；
F)、在贯入正过程时，可实时探测岩土原位的静力触探比贯入阻力指标ps及波速vp、vs指标；在提升逆过程时，可连续探测不同深度的岩土抗剪强度sp值。
本发明中所采用的多向检波装置、测力传感器、电信号连接设备以及二次仪表、电控设备、振动波振源设备等均为现有技术。
本发明的优点在于：
1、本发明具有五大功能：
A)、可真实描述直达土层深部的连续剖面(ContinuousProfiling)；
B)、可直接测试深层土的静、动力学指标(Sta-dynamic Indices)；
C)、可进行真正的“实时测记”(Real Time Testing & Recording)；
D)、可随时观察及检验或修正测试成果；
E)、可在现场取得土的原位(无扰动的)信息，完全改变了原有的“钻探——取样——室内试验——成果整理”这一老工艺流程，其技术、经济效益是显而易见的。
2、本发明扩展了岩土工程原位测试技术的功能和服务范围。可为各项岩土工程设计提供所需的多项参数。
3、本发明将原有静力触探的单一功能创新为多功能，但在野外原位测试的工作流程上，基本上不增加工序和劳动强度，是利用正向贯入和反向提升的力学机理，充分取得静、动态反应及参数，实现“一举多得”的测试结果。
本发明“多功能触探仪”，即探测地表以下可深达数十米的连续剖面上土层的力学性质所需的测试探头，属一次元件类。其配套的二次仪表及贯入机械设备，拟尽量利用现有成品，进行改装配套。
附图说明
图1是本发明多功能触探装置实施例1的结构示意图。
图2-1是本发明多功能触探装置在贯入作业(正过程)时的工作状态示意图。
图2-2是本发明多功能触探装置在提升作业(逆过程)时的工作状态示意图。
图3是本发明多功能触探装置实施例2的结构示意图。
图4是本发明多功能触探装置实施例3的结构示意图。
图5是本发明多功能触探装置实施例4的结构示意图。
图6是本发明多功能触探装置实施例5的结构示意图。
图7是本发明多功能触探装置实施例6的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
如图1所示，本发明多功能触探装置，它包括：组合触探头10、触探杆8；在组合触探头10的端部设有呈锥形体的、且含空心柱应变传感器的单桥探头1；在所述的单桥探头1的上端为连接设备2、多向检波装置3、测力传感器4、冲剪器5，在冲剪器5上设有驱动轴架6及驱动电机7。其中，所述的测力传感器4是用来测量冲剪器5的受力值；冲剪器5的驱动是通过驱动电机7及驱动轴架6完成的。
在所述的组合触探头10内设有电缆，其一端与单桥探头1、多向检波装置3、测力传感器4及驱动电机7的电信号连接设备连接；其另一端引出并分别与地面二次仪表、电控设备连接；用来产生探测岩土特性的振动波的振源设备与二次仪表相连接。
所述的多向检波装置3采用电磁式速度摆，输出电压传送到地面上的二次仪表。
所述的多向检波装置3的管筒为脱磁金属管件。
所述的冲剪器5，为两个楔型断面施力端，它以中心轴为轴心，与设在管筒内的量力点形成测力的杠杆；在驱动电机7的驱动下，通过驱动轴架6控制冲剪器5的收进或伸出。当冲剪器5伸出并对土层进行冲剪时，量力点与测力传感器4接触，以测得土的抗剪强度。
如图2-1所示，为本发明贯入作业(正过程)的工作状态，它是通过地面上的液压机械装置9及触探杆8，将本发明多功能组合触探头10等速贯入土层中，连续测得土层的比贯入阻力ps值测深曲线及动态波速，测试达到预定深度(如50米)后停止贯入。
如图2-2所示，为本发明提升作业(逆过程)的工作状态，进行冲剪强度测试，从而实现了本发明一举多得的测试成果。
本发明实施例1的触探测试方法，它包括：
A)、将在组合触探头10端部设置的含空心柱应变传感器的单桥探头1通过连接设备2与在其上设置的多向检波装置3、测力传感器4、冲剪器5及驱动轴架6、驱动电机7相连接；并通过设置在组合触探头10内的电缆将多功能的测试信号与二次仪表连接；驱动电机与电控设备连接；用来产生探测岩土特性的振动波的振源设备与二次仪表相连接；
B)、组合触探头贯入作业正过程：通过地面上的液压机械装置9及触探杆8，将本发明多功能组合触探头10等速贯入土层中；此时冲剪器5的两个楔型断面施力端收入触探头管筒内；通过量测探头在贯入作业时的岩土原位比贯入阻力特性并转换为实时的电信号，通过电缆将该信号送到地面二次仪表进行检测、处理、记录，得到岩土原位的静力触探比贯入阻力指标ps；
通过所述的多向检波装置3与地面振源设备配合，在设定的深度处测量经岩土层传来的由地面振源发出的纵波、横波信号，实时地通过电缆将该信号送到地面二次仪表进行检测、处理、记录，得到岩土原位的波速vp、vs指标；
其中，组合触探头贯入作业正过程，其贯入速度为2±0.5厘米/秒；
C)、当组合触探头10进行贯入作业达到设定深度后，进行触探提升作业逆过程：通过电缆接受地面电控设备的指令，驱动装置(驱动电机7及驱动轴架6)启动，使冲剪器5的两个楔型断面施力端打开，且伸出触探头管筒之外，并在触探头向上提升作业逆过程中对土层进行冲剪；通过测力传感器4，将岩土的抗剪力转换为实时的电信号，通过电缆将该信号送到地面二次仪表进行检测、处理、记录；
其中，组合触探头进行提升作业逆过程，其提升速度为2±0.5厘米/秒；
D)、贯入正过程与提升逆过程均为等速实时测试，并在同一个试验孔中取得同相位的ps与sp两组测深曲线，相辅相成；
E)、根据由ps曲线确定的同一土层的不同深度(h1、h2)处所测得的两组对应的sp1、sp2值，可推求土的抗剪强度指标(c、φ)值；
F)、在贯入正过程时，可实时探测岩土原位的静力触探比贯入阻力指标ps及岩土原位的波速指标vp、vs；在提升逆过程时，可连续探测不同深度的岩土抗剪强度sp值。
实施例2：
如图3所示，本发明多功能触探装置，它包括：组合触探头10、触探杆8；在组合触探头10的端部设有呈锥形体的、且含空心柱应变传感器的单桥探头1；在所述的单桥探头1的上端为连接设备2、多向检波装置3。
在所述的组合触探头内设有电缆，其一端与单桥探头1、多向检波装置3连接；其另一端引出与地面二次仪表连接；用来产生探测岩土特性的振动波的振源设备与二次仪表相连接。
所述的多向检波装置3采用电磁式速度摆，输出电压传送到地面上的二次仪表。
所述的多向检波装置3的管筒为脱磁金属管件。
本发明实施例2的触探测试方法，它包括：
A)、将在组合触探头10端部设置的含空心柱应变传感器的单桥探头1通过连接设备2与在其上设置的多向检波装置3相连接；并通过设置在组合触探头10内的电缆将多功能的测试信号与二次仪表连接；用来产生探测岩土特性的振动波的振源设备也与二次仪表相连接；
B)、组合触探头贯入作业正过程：通过地面上的液压机械装置9及触探杆8，将本发明多功能组合触探头10等速贯入土层中；通过量测探头在贯入作业时的岩土原位比贯入阻力特性并转换为实时的电信号，通过电缆将该信号送到地面二次仪表进行检测、处理、记录，得到岩土原位的静力触探比贯入阻力指标ps；
通过所述的多向检波装置3与地面振源设备配合，在设定的深度处测量经岩土层传来的由地面振源发出的纵波、横波信号，实时地通过电缆将该信号送到地面二次仪表进行检测、处理、记录，得到岩土原位的波速vp、vs指标；
其中，组合触探头贯入作业正过程，其贯入速度为2±0.5厘米/秒；
C)、在贯入正过程时，可实时探测岩土原位的静力触探比贯入阻力指标ps及岩土原位的波速指标vp、vs。
实施例2与实施例1的区别在于：实施例2的组合触探头中不含冲剪器及与其相关的测力传感器4、驱动电机7、驱动轴架6；在该触探测试方法中，不进行岩土原位的抗剪强度指标测试。
实施例3：
如图4所示，本发明多功能触探装置，它包括：组合触探头10、触探杆8；在组合触探头10的端部设有呈锥形体的、且含空心柱应变传感器的单桥探头1；在所述的单桥探头1的上端为连接设备2、测力传感器4、冲剪器5，在冲剪器5上设有驱动轴架6及驱动电机7。其中，所述的测力传感器4是用来测量冲剪器5的受力值；冲剪器5的驱动是通过驱动电机7及驱动轴架6完成的。
在所述的组合触探头内设有电缆，其一端与单桥探头1、测力传感器4及驱动电机7的电信号连接设备连接；其另一端引出并分别与地面二次仪表、电控设备连接。
所述的冲剪器5，为两个楔型断面施力端，它以中心轴为轴心，与设在管筒内的量力点形成测力的杠杆；在驱动电机7的驱动下，通过驱动轴架6控制冲剪器5的收进或伸出。当冲剪器5伸出并对土层进行冲剪时，量力点与测力传感器4接触，以测得土的抗剪强度。
本发明实施例3的触探测试方法，它包括：
A)、将在组合触探头10端部设置的含空心柱应变传感器的单桥探头1通过连接设备2与在其上设置的测力传感器4、冲剪器5及驱动轴架6、驱动电机7相连接；并通过设置在组合触探头10内的电缆将多功能的测试信号与二次仪表连接，驱动电机与电控设备连接；
B)、组合触探头贯入作业正过程：通过地面上的液压机械装置9及触探杆8，将本发明多功能组合触探头10等速贯入土层中；此时冲剪器5的两个楔型断面施力端收入触探头管筒内；通过量测探头在贯入作业时的岩土原位比贯入阻力特性并转换为实时的电信号，通过电缆将该信号送到地面二次仪表进行检测、处理、记录，得到岩土原位的静力触探比贯入阻力指标ps；
其中，组合触探头贯入作业正过程，其贯入速度为2±0.5厘米/秒；
C)、当组合触探头10进行贯入作业达到设定深度后，进行触探提升作业逆过程：通过电缆接受地面电控设备的指令，驱动装置启动使冲剪器5的两个楔型断面施力端打开，且伸出触探头管筒之外，并在触探头向上提升作业逆过程中对土层进行冲剪；通过测力传感器4，将岩土的抗剪力转换为实时的电信号，通过电缆将该信号送到地面二次仪表进行检测、处理、记录；
其中，组合触探头进行提升作业逆过程，其提升速度为2±0.5厘米/秒；
D)、贯入正过程与提升逆过程均为等速实时测试，并在同一个试验孔中取得同相位的ps与sp两组测深曲线，相辅相成；
E)、根据由ps曲线确定的同一土层的不同深度(h1、h2)处所测得的两组对应的sp1、sp2值，可推求土的抗剪强度指标(c、φ)值；
F)、在贯入正过程时，可实时探测岩土原位的静力触探比贯入阻力指标ps；在提升逆过程时，可连续探测不同深度的岩土抗剪强度sp值。
实施例3与实施例1的区别在于：实施例3的组合触探头中不含多向检波装置3；在该触探测试方法中，不进行岩土原位的波速指标测试。
实施例4：
如图5所示，本发明多功能触探装置，它包括：组合触探头10、触探杆8；在组合触探头10的端部设有贯入圆锥头11，其上端为连接设备2、多向检波装置3。
在所述的组合触探头10内设有电缆，其一端与多向检波装置3连接；其另一端引出与地面二次仪表连接；用来产生探测岩土特性的振动波的振源设备与二次仪表相连接。
所述的多向检波装置3采用电磁式速度摆，输出电压传送到地面上的二次仪表。
所述的多向检波装置3的管筒为脱磁金属管件。
本发明实施例4的触探测试方法，它包括：
A)、将在组合触探头10端部设置的贯入圆锥头11通过连接设备2与在其上设置的多向检波装置3相连接；并通过设置在组合触探头10内的电缆将波速测试信号与二次仪表连接；用来产生探测岩土特性的振动波的振源设备也与二次仪表相连接；
B)、组合触探头贯入作业正过程：通过地面上的液压机械装置9及触探杆8，将本发明多功能组合触探头10等速贯入土层中；通过所述的多向检波装置3与地面振源设备配合，在设定的深度处测量经岩土层传来的由地面振源发出的纵波、横波信号，实时地通过电缆将该信号送到地面二次仪表进行检测、处理、记录，得到岩土原位的波速vp、vs指标。
实施例4与实施例2的区别在于：实施例4中组合触探头10端部采用不含传感器的贯入圆锥头11代替实施例2中含空心柱应变传感器的单桥探头1；在该触探测试方法中，不进行岩土原位的静力触探比贯入阻力指标测试。
实施例5：
如图6所示，本发明多功能触探装置，它包括：组合触探头10、触探杆8；在组合触探头10的端部设有贯入圆锥头11；在所述的贯入圆锥头11的上端为连接设备2、测力传感器4、冲剪器5，在冲剪器5上设有驱动轴架6及驱动电机7。其中，所述的测力传感器4是用来测量冲剪器5的受力值；冲剪器5的驱动是通过驱动电机7及驱动轴架6完成的。
在所述的组合触探头内设有电缆，其一端与测力传感器4及驱动电机7的电信号连接设备连接；其另一端引出并分别与地面二次仪表、电控设备连接。
所述的冲剪器5，为两个楔型断面施力端，它以中心轴为轴心，与设在管筒内的量力点形成测力的杠杆；在驱动电机7的驱动下，通过驱动轴架6控制冲剪器5的收进或伸出。当冲剪器5伸出并对土层进行冲剪时，量力点与测力传感器4接触，以测得土的抗剪强度。
本发明实施例5的触探测试方法，它包括：
A)、将在组合触探头10端部设置的贯入圆锥头11通过连接设备2与在其上设置的测力传感器4、冲剪器5及驱动轴架6、驱动电机7相连接；并通过设置在组合触探头10内的电缆将测试信号与二次仪表连接，驱动电机与电控设备连接；
B)、组合触探头贯入作业正过程：通过地面上的液压机械装置9及触探杆8，将本发明多功能组合触探头10等速贯入土层中；此时冲剪器5的两个楔型断面施力端收入触探头管筒内；
C)、当组合触探头10进行贯入作业达到设定深度后，进行触探提升作业逆过程：通过电缆接受地面电控设备的指令，驱动装置启动使冲剪器5的两个楔型断面施力端打开，且伸出触探头管筒之外，并在触探头向上提升作业逆过程中对土层进行冲剪；通过测力传感器4，将岩土的抗剪力转换为实时的电信号，通过电缆将该信号送到地面二次仪表进行检测、处理、记录；
其中，组合触探头10进行提升作业逆过程，其提升速度为2±0.5厘米/秒；
D)、根据勘探资料确定的同一土层的不同深度(h1、h2)处所测得的两组对应的sp1、sp2值，可推求土的抗剪强度指标(c、φ)值。
实施例5与实施例3的区别在于：实施例5中组合触探头10端部采用不含传感器的贯入圆锥头11代替实施例3中含空心柱应变传感器的单桥探头1；在该触探测试方法中，不进行岩土原位的静力触探比贯入阻力指标测试。
实施例6：
如图7所示，本发明多功能触探装置，它包括：组合触探头10、触探杆8；在组合触探头10的端部设有贯入圆锥头11；在所述的贯入圆锥头11的上端为连接设备2、多向检波装置3、测力传感器4、冲剪器5，在冲剪器5上设有驱动轴架6及驱动电机7。其中，所述的测力传感器4是用来测量冲剪器5的受力值；冲剪器5的驱动是通过驱动电机7及驱动轴架6完成的。
在所述的组合触探头内设有电缆，其一端与多向检波装置3、测力传感器4及驱动电机7的电信号连接设备连接；其另一端引出并分别与地面二次仪表、电控设备连接；用来产生探测岩土特性的振动波的振源设备与二次仪表相连接。
所述的多向检波装置3采用电磁式速度摆，输出电压传送到地面上的二次仪表。
所述的多向检波装置3的管筒为脱磁金属管件。
所述的冲剪器5，为两个楔型断面施力端，它以中心轴为轴心，与设在管筒内的量力点形成测力的杠杆；在驱动电机7的驱动下，通过驱动轴架6控制冲剪器5的收进或伸出。当冲剪器5伸出并对土层进行冲剪时，量力点与测力传感器4接触，以测得土的抗剪强度。
本发明实施例6的触探测试方法，它包括：
A)、将在组合触探头10端部设置的贯入圆锥头11通过连接设备2与在其上设置的多向检波装置3、测力传感器4、冲剪器5及驱动轴架6、驱动电机7相连接；并通过设置在组合触探头10内的电缆将多功能的测试信号与二次仪表连接，驱动电机与电控设备连接；用来产生探测岩土特性的振动波的振源设备也与二次仪表相连接；
B)、组合触探头贯入作业正过程：通过地面上的液压机械装置9及触探杆8，将本发明多功能组合触探头10等速贯入土层中；此时冲剪器5的两个楔型断面施力端收入触探头管筒内；
通过所述的多向检波装置3与地面振源设备配合，在设定的深度处测量经岩土层传来的由地面振源发出的纵波、横波信号，实时地通过电缆将该信号送到地面二次仪表进行检测、处理、记录，得到岩土原位的波速vp、vs指标；
C)、当组合触探头10进行贯入作业达到设定深度后，进行触探提升作业逆过程：通过电缆接受地面电控设备的指令，驱动装置启动使冲剪器5的两个楔型断面施力端打开，且伸出触探头管筒之外，并在触探头向上提升作业逆过程中对土层进行冲剪；通过测力传感器4，将岩土的抗剪力转换为实时的电信号，通过电缆将该信号送到地面二次仪表进行检测、处理、记录；
其中，组合触探头进行提升作业逆过程，其提升速度为2±0.5厘米/秒；
D)、根据勘探资料确定的同一土层的不同深度(h1、h2)处所测得的两组对应的sp1、sp2值，可推求土的抗剪强度指标(c、φ)值；
E)、在贯入正过程时，可实时探测岩土原位的波速指标vp、vs；在提升逆过程时，可连续探测不同深度的岩土抗剪强度sp值。
实施例6与实施例1的区别在于：实施例6中组合触探头10端部采用不含传感器的贯入圆锥头11代替实施例1中含空心柱应变传感器的单桥探头1；在该触探测试方法中，不进行岩土原位的静力触探比贯入阻力指标测试。
Claims (23)
1.一种多功能触探装置，它包括：组合触探头(10)、触探杆(8)，其特征在于：在组合触探头(10)的端部设有呈锥形体的、含空心柱应变传感器的单桥探头(1)；在所述的单桥探头(1)的上端为连接设备(2)、多向检波装置(3)、测力传感器(4)、冲剪器(5)，在冲剪器(5)上设有驱动轴架(6)及驱动电机(7)；其中，所述的测力传感器(4)是用来测量冲剪器(5)的受力值；冲剪器(5)的驱动是通过驱动电机(7)及驱动轴架(6)完成的；
在所述的组合触探头(10)内设有电缆，其一端与单桥探头(1)、多向检波装置(3)、测力传感器(4)及驱动电机(7)的电信号连接设备连接；其另一端引出并分别与地面二次仪表、电控设备连接；用来产生探测岩土特性的振动波的振源设备与二次仪表相连接；
所述的冲剪器(5)，至少具有一个以上的楔型断面施力端，它以中心轴为轴心，与设在管筒内的量力点形成测力的杠杆；在驱动电机(7)的驱动下，通过驱动轴架(6)控制冲剪器(5)的收进或伸出；当冲剪器(5)伸出并对土层进行冲剪时，量力点与测力传感器(4)接触，以测得土的抗剪强度。
2.根据权利要求1所述的多功能触探装置，其特征在于：所述的多向检波装置(3)采用电磁式速度摆，输出电压传送到地面上的二次仪表。
3.根据权利要求1所述的多功能触探装置，其特征在于：所述的多向检波装置(3)的管筒为脱磁金属管件。
4.一种触探测试方法，其特征在于：它包括：
A)、将在组合触探头(10)端部设置的含空心柱应变传感器的单桥探头(1)通过连接设备(2)与在其上设置的多向检波装置(3)、测力传感器(4)、冲剪器(5)及驱动轴架(6)、驱动电机(7)相连接；并通过设置在组合触探头(10)内的电缆将多功能的测试信号与二次仪表连接；驱动电机与电控设备连接；用来产生探测岩土特性的振动波的振源设备与二次仪表相连接；
B)、组合触探头(10)贯入作业正过程：通过地面上的液压机械装置(9)及触探杆(8)，将组合触探头(10)等速贯入土层中；此时冲剪器(5)的两个楔型断面施力端收入触探头管筒内；通过量测探头在贯入作业时的岩土原位比贯入阻力特性并转换为实时的电信号，通过电缆将该信号送到地面二次仪表进行检测、处理、记录，得到岩土原位的静力触探比贯入阻力指标ps；
通过所述的多向检波装置(3)与地面振源设备配合，在设定的深度处测量经岩土层传来的由地面振源发出的纵波、横波信号，实时地通过电缆将该信号送到地面二次仪表进行检测、处理、记录，得到岩土原位的波速vp、vs指标；
C)、当组合触探头(10)进行贯入作业达到设定深度后，进行触探提升作业逆过程：通过电缆接受地面电控设备的指令，驱动电机(7)及驱动轴架(6)启动，使冲剪器(5)的两个楔型断面施力端打开，且伸出触探头管筒之外，并在触探头向上提升作业逆过程中对土层进行冲剪；通过测力传感器(4)，将岩土的抗剪力转换为实时的电信号，通过电缆将该信号送到地面二次仪表进行检测、处理、记录；
D)、贯入正过程与提升逆过程均为等速实时测试，并在同一个试验孔中取得同相位的ps与sp两组测深曲线，相辅相成；
E)、根据由ps曲线确定的同一土层的不同深度(h1、h2)处所测得的两组对应的sp1、sp2值，可推求土的抗剪强度指标(c、
)值；
F)、在贯入正过程时，可实时探测岩土原位的静力触探比贯入阻力指标ps及岩土原位的波速指标vp、vs；在提升逆过程时，可连续探测不同深度的岩土抗剪强度sp值。
5.根据权利要求4所述的触探测试方法，其特征在于：组合触探头(10)贯入作业正过程，其贯入速度为2±0.5厘米/秒。
6.根据权利要求4所述的触探测试方法，其特征在于：组合触探头(10)进行提升作业逆过程，其提升速度为2±0.5厘米/秒。
7.一种多功能触探装置，它包括：组合触探头(10)、触探杆(8)，其特征在于：在组合触探头(10)的端部设有呈锥形体的、且含空心柱应变传感器的单桥探头(1)；在所述的单桥探头(1)的上端为连接设备(2)、多向检波装置(3)；
在所述的组合触探头(10)内设有电缆，其一端与单桥探头(1)、多向检波装置(3)连接；其另一端引出与地面二次仪表连接；用来产生探测岩土特性的振动波的振源设备与二次仪表相连接。
8.根据权利要求7所述的多功能触探装置，其特征在于：在所述的多向检波装置(3)采用电磁式速度摆，输出电压传送到地面上的二次仪表。
9.根据权利要求7所述的多功能触探装置，其特征在于：所述的多向检波装置(3)的管筒为脱磁金属管件。
10.一种触探测试方法，其特征在于：它包括：
A)、将在组合触探头(10)端部设置的含空心柱应变传感器的单桥探头(1)通过连接设备(2)与在其上设置的多向检波装置(3)相连接；并通过设置在组合触探头(10)内的电缆将多功能的测试信号与二次仪表连接；用来产生探测岩土特性的振动波的振源设备与二次仪表相连接；
B)、组合触探头(10)贯入作业正过程：通过地面上的液压机械装置(9)及触探杆(8)，将组合触探头(10)等速贯入土层中；通过量测探头在贯入作业时的岩土原位比贯入阻力特性并转换为实时的电信号，通过电缆将该信号送到地面二次仪表进行检测、处理、记录，得到岩土原位的静力触探比贯入阻力指标ps；
通过所述的多向检波装置(3)与地面振源设备配合，在设定的深度处测量经岩土层传来的由地面振源发出的纵波、横波信号，实时地通过电缆将该信号送到地面二次仪表进行检测、处理、记录，得到岩土原位的波速vp、vs指标；
C)、在贯入正过程时，可实时探测岩土原位的静力触探比贯入阻力指标ps及岩土原位的波速指标vp、vs。
11.根据权利要求10所述的触探测试方法，其特征在于：组合触探头(10)贯入作业正过程，其贯入速度为2±0.5厘米/秒。
12.一种多功能触探装置，它包括：组合触探头(10)、触探杆(8)，其特征在于：在组合触探头(10)的端部设有呈锥形体的、且含空心柱应变传感器的单桥探头(1)；在所述的单桥探头(1)的上端为连接设备(2)、测力传感器(4)、冲剪器(5)，在冲剪器(5)上设有驱动轴架(6)及驱动电机(7)；其中，所述的测力传感器(4)是用来测量冲剪器(5)的受力值；冲剪器(5)的驱动是通过驱动电机(7)及驱动轴架(6)完成的；
在所述的组合触探头(10)内设有电缆，其一端与单桥探头(1)、测力传感器(4)及驱动电机(7)的电信号连接设备连接；其另一端引出并分别与地面二次仪表、电控设备连接；
所述的冲剪器(5)，至少具有一个以上的楔型断面施力端，它以中心轴为轴心，与设在管筒内的量力点形成测力的杠杆；在驱动电机(7)的驱动下，通过驱动轴架(6)控制冲剪器(5)的收进或伸出；当冲剪器(5)伸出并对土层进行冲剪时，量力点与测力传感器(4)接触，以测得土的抗剪强度。
13.一种触探测试方法，其特征在于：它包括：
A)、将在组合触探头(10)端部设置的含空心柱应变传感器的单桥探头(1)通过连接设备(2)与在其上设置的测力传感器(4)、冲剪器(5)及驱动轴架(6)、驱动电机(7)相连接；并通过设置在组合触探头(10)内的电缆将多功能的测试信号与二次仪表连接，驱动电机与电控设备连接；
B)、组合触探头(10)贯入作业正过程：通过地面上的液压机械装置(9)及触探杆(8)，将组合触探头(10)等速贯入土层中；此时冲剪器(5)的两个楔型断面施力端收入触探头管筒内；通过量测探头在贯入作业时的岩土原位比贯入阻力特性并转换为实时的电信号，通过电缆将该信号送到地面二次仪表进行检测、处理、记录，得到岩土原位的静力触探比贯入阻力指标ps；
C)、当组合触探头(10)进行贯入作业达到设定深度后，进行触探提升作业逆过程：通过电缆接受地面电控设备的指令，驱动装置启动使冲剪器(5)的两个楔型断面施力端打开，且伸出触探头管筒之外，并在组合触探头(10)向上提升作业逆过程中对土层进行冲剪；通过测力传感器(4)，将岩土的抗剪力转换为实时的电信号，通过电缆将该信号送到地面二次仪表进行检测、处理、记录；
D)、贯入正过程与提升逆过程均为等速实时测试，并在同一个试验孔中取得同相位的ps与sp两组测深曲线，相辅相成；
E)、根据由ps曲线确定的同一土层的不同深度(h1、h2)处所测得的两组对应的sp1、sp2值，可推求土的抗剪强度指标(c、
)值；
F)、在贯入正过程时，可实时探测岩土原位的静力触探比贯入阻力指标ps；在提升逆过程时，可连续探测不同深度的岩土抗剪强度sp值。
14.根据权利要求13所述的触探测试方法，其特征在于：组合触探头(10)贯入作业正过程，其贯入速度为2±0.5厘米/秒。
15.根据权利要求13所述的触探测试方法，其特征在于：组合触探头(10)进行提升作业逆过程，其提升速度为2±0.5厘米/秒。
16.一种多功能触探装置，它包括：组合触探头(10)、触探杆(8)，其特征在于：在组合触探头(10)的端部设有贯入圆锥头(11)；在所述的贯入圆锥头(11)的上端为连接设备(2)、测力传感器(4)、冲剪器(5)，在冲剪器(5)上设有驱动轴架(6)及驱动电机(7)；其中，所述的测力传感器(4)是用来测量冲剪器(5)的受力值；冲剪器(5)的驱动是通过驱动电机(7)及驱动轴架(6)完成的；
在所述的组合触探头(10)内设有电缆，其一端与测力传感器(4)及驱动电机(7)的电信号连接设备连接；其另一端引出并分别与地面二次仪表、电控设备连接；
所述的冲剪器(5)，至少具有一个以上的楔型断面施力端，它以中心轴为轴心，与设在管筒内的量力点形成测力的杠杆；在驱动电机(7)的驱动下，通过驱动轴架(6)控制冲剪器(5)的收进或伸出；当冲剪器(5)伸出并对土层进行冲剪时，量力点与测力传感器(4)接触，以测得土的抗剪强度。
17.一种触探测试方法，其特征在于：它包括：
A)、将在组合触探头(10)端部设置的贯入圆锥头(11)通过连接设备(2)与在其上设置的测力传感器(4)、冲剪器(5)及驱动轴架(6)、驱动电机(7)相连接；并通过设置在组合触探头(10)内的电缆将测试信号与二次仪表连接，驱动电机与电控设备连接；
B)、组合触探头(10)贯入作业正过程：通过地面上的液压机械装置(9)及触探杆(8)，将组合触探头(10)等速贯入土层中；此时冲剪器(5)的两个楔型断面施力端收入触探头管筒内；
C)、当组合触探头(10)进行贯入作业达到设定深度后，进行触探提升作业逆过程：通过电缆接受地面电控设备的指令，驱动装置启动使冲剪器(5)的两个楔型断面施力端打开，且伸出触探头管筒之外，并在触探头向上提升作业逆过程中对土层进行冲剪；通过测力传感器(4)，将岩土的抗剪力转换为实时的电信号，通过电缆将该信号送到地面二次仪表进行检测、处理、记录；
D)、根据勘探资料确定的同一土层的不同深度(h1、h2)处所测得的两组对应的sp1、sp2值，可推求土的抗剪强度指标(c、
)值。
18.根据权利要求17所述的触探测试方法，其特征在于：组合触探头(10)进行提升作业逆过程，其提升速度为2±0.5厘米/秒。
19.一种多功能触探装置，它包括：组合触探头(10)、触探杆(8)，其特征在于：在组合触探头(10)的端部设有贯入圆锥头(11)；在所述的贯入圆锥头(11)的上端为连接设备(2)、多向检波装置(3)、测力传感器(4)、冲剪器(5)，在冲剪器(5)上设有驱动轴架(6)及驱动电机(7)；其中，所述的测力传感器(4)是用来测量冲剪器(5)的受力值；冲剪器(5)的驱动是通过驱动电机(7)及驱动轴架(6)完成的；
在所述的组合触探头(10)内设有电缆，其一端与多向检波装置(3)、测力传感器(4)及驱动电机(7)的电信号连接设备连接；其另一端引出并分别与地面二次仪表、电控设备连接；用来产生探测岩土特性的振动波的振源设备与二次仪表相连接；
所述的冲剪器(5)，至少具有一个以上的楔型断面施力端，它以中心轴为轴心，与设在管筒内的量力点形成测力的杠杆；在驱动电机(7)的驱动下，通过驱动轴架(6)控制冲剪器(5)的收进或伸出；当冲剪器(5)伸出并对土层进行冲剪时，量力点与测力传感器(4)接触，以测得土的抗剪强度。
20.根据权利要求19所述的多功能触探装置，其特征在于：所述的多向检波装置(3)采用电磁式速度摆，输出电压传送到地面上的二次仪表。
21.根据权利要求19所述的多功能触探装置，其特征在于：所述的多向检波装置(3)的管筒为脱磁金属管件。
22.一种触探测试方法，其特征在于：它包括：
A)、将在组合触探头(10)端部设置的贯入圆锥头(11)通过连接设备(2)与在其上设置的多向检波装置(3)、测力传感器(4)、冲剪器(5)及驱动轴架(6)、驱动电机(7)相连接；并通过设置在组合触探头(10)内的电缆将多功能的测试信号与二次仪表连接，驱动电机与电控设备连接；用来产生探测岩土特性的振动波的振源设备与二次仪表相连接；
B)、组合触探头(10)贯入作业正过程：通过地面上的液压机械装置(9)及触探杆(8)，将组合触探头(10)等速贯入土层中；此时冲剪器(5)的两个楔型断面施力端收入触探头管筒内；
通过所述的多向检波装置(3)与地面振源设备配合，在设定的深度处测量经岩土层传来的由地面振源发出的纵波、横波信号，实时地通过电缆将该信号送到地面二次仪表进行检测、处理、记录，得到岩土原位的波速vp、vs指标；
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D)、根据勘探资料确定的同一土层的不同深度(h1、h2)处所测得的两组对应的sp1、sp2值，可推求土的抗剪强度指标(c、
)值；
E)、在贯入正过程时，可实时探测岩土原位的波速指标vp、vs；在提升逆过程时，可连续探测不同深度的岩土抗剪强度sp值。
23.根据权利要求22所述的触探测试方法，其特征在于：组合触探头(10)进行提升作业逆过程，其提升速度为2±0.5厘米/秒。
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| CN2625883Y (zh) * | 2003-06-25 | 2004-07-14 | 胜利石油管理局钻井工艺研究院 | 桩土作用室内试验装置 |
| CN2876707Y (zh) * | 2005-12-30 | 2007-03-07 | 中国神华能源股份有限公司 | 地下岩移的监测装置 |
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101126755A (zh) | 2008-02-20 |
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