CN101799442A - 电阻率静力触探探头 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种电阻率静力触探探头，在该探头上半段的外周包有两个环形电极(2)，在环形电极(2)的两侧为绝缘层(1)；在该探头下半段设有三分量地震检波器(3)，在三分量地震检波器(3)的下部设有测斜仪(4)，摩擦筒(5)位于测斜仪(4)的下方，在摩擦筒(5)的中部设有孔隙水压力传感器(6)，在摩擦筒(5)的下方连接有探头(7)，孔压过滤环(8)位于摩擦筒(5)与探头(7)的连接处。采用该探头，具有原位、快速、准确、经济等特点，为土木工程地基处理实践提供有力的检测工具。

Description

电阻率静力触探探头

技术领域

本发明涉及一种电阻率静力触探探头，属于岩土工程领域中一种能够连续地分析测试土层原位电阻率的静力触探装置。

背景技术

静力触探技术是指利用压力装置将带有触探头的触探杆压入试验土层，通过量测系统测试土的锥尖阻力、侧壁摩阻力等，可确定土的某些基本物理力学特性，如土的变形模量、土的容许承载力等。静力触探技术至今已有80多年的历史。国际上广泛应用静力触探，部分或全部代替了工程勘察中的钻探和取样。我国于1965年首先研制成功电测式静力触探并应用于勘察。近几年随着传感器技术的快速发展，出现了很多新的静力触探技术，这些技术能够快速、准确地获得土层的孔隙水压力、地震波、污染物性状、温度、甚至影像。国外已将之大量应用于环境岩土工程领域。我国在新型静力触探传感器的研究起步比较晚，目前国内广泛使用的单双桥静力触探仅能够测试的贯入阻力或比贯入阻力，侧壁摩阻力，可确定的土层基本物理力学特性非常有限。

发明内容

技术问题：本发明要解决的技术问题是针对国内现有单双桥静探技术存在的缺陷，提出一种用于地基处理效果检测的电阻率静力触探探头。

技术方案：本发明的电阻率静力触探探头上半段的外周包有两个环形电极，在环形电极的上下两侧为绝缘层；在该探头下半段设有三分量地震检波器，在三分量地震检波器的下部设有测斜仪，摩擦筒位于测斜仪的下方，在摩擦筒的中部设有孔隙水压力传感器，在摩擦筒的下方连接有探头，孔压过滤环位于摩擦筒与探头的连接处。

探头的锥角为60°，锥底截面积为10cm²，摩擦筒表面积150cm²。

孔压过滤环厚度5mm，位于锥肩位置，探头的有效面积比为0.8。

本发明的电阻率静力触探探头，其电阻率测试部分主要由两个铜质环形电极以及内部的电路系统等所组成。铜电极之间用绝缘塑料隔离开来，形成O形环状密封系统。通过其内部的电路系统与两个电极同步、连续地测量内部两电极间的电压变化，并计算电极周围土体的电阻率大小。

有益效果：因为电阻率静力触探探头所测土原位电阻率是土的基本参数之一，与土的结构、孔隙比、含水量及组成等密切相关，其变化可有效反映土体基本特性参数的变化。因此可以通过对比地基加固前后电阻率的不同来进行地基处理效果的评价，该项技术具有连续性、可靠性和可重复性的特点。

假设地基处理前后，土性参数a和胶结系数m保持不变，根据Archie模型定义地基处理前后孔隙率比n′/n为(式中表示地基处理后的值)：

n′/n＝((ρ′/ρ)·(ρ_w /ρ_w′))^-1/m

式中，n′为地基处理后土的孔隙率；n为地基处理前土的孔隙率。

用在电阻率静力触探现场测试中，地下水电阻率测试和假设的m值可以用来评价地基处理前后土的孔隙率比。例如地基处理后砂土的孔隙率减小了，地基变得密实了。在探头贯入过程中扰动影响大的区域，体积应变的大小和分布随着密实度和应力水平而改变，实测证明两者在地基处理后均得到了提高。在另外一个振动置换场地加固前后电阻率的改变已得到了证实。

附图说明

图1是本发明的测量原理图；

其中有：绝缘塑料1，环形电极2，三分量地震检波器3，测斜仪4，摩擦筒5，孔隙水压力传感器6，探头7，孔压过滤环8。

具体实施方式

本发明的电阻率静力触探探头上半段的外周包有两个环形电极2，在环形电极2的两侧为绝缘层1；在该探头下半段设有三分量地震检波器3，在三分量地震检波器3的下部设有测斜仪4，摩擦筒5位于测斜仪4的下方，在摩擦筒5的中部设有孔隙水压力传感器6，在摩擦筒5的下方连接有探头7，孔压过滤环8位于摩擦筒5与探头7的连接处。探头7的锥角为60°，锥底截面积为10cm²。

该探头集成了常规静力触探的功能(可测端阻、摩阻、倾斜和孔压)及土电阻率测试功能。土的电阻率是表征土体导电性的基本参数，是土的固有物性参数之一，取决于土的孔隙率、孔隙形状、孔隙液电阻率、饱和度、固体颗粒成分、形状、定向性、胶结状态等。土电阻率及其相关指标的变化规律反映土体的物理力学性质指标的变化规律。因此，基于电阻率静力触探技术可用于地基处理效果的评估。电阻率静力触探探头设备的核心部分为电阻率传感器，探头采用四电极排列方式，以消除气体发生和电镀可能造成的误差。探头有一特制的电伺服系统，使用自动修正技术确保在0～10000ms/s范围内的测试精度。探头规格符合国际标准：锥角60°，锥底截面积为10cm²，侧壁摩擦筒面积150cm²。

三分量地震检波器3：型号为m317259，固有频率100HZ/60HZ，灵敏度104mV/kine，阻抗215Ω。

陀螺测斜仪4：顶角测量范围：0°～15°；精度：±0.1°；顶角分辨率：0.01°；

如图1所示为测量的原理图。由于探杆周围土中电场的复杂性，且边界条件难于控制，使得由探头所测得的土电学特征很复杂。通过欧姆定律得出了触探试验的理论方程，土电阻率是通过测试恒定电流下两电极间的电压降ΔV，并根据欧姆定律计算出土电阻R的大小而得出的。试样的竖向电阻率ρ可表示为：

$\mathrm{\ρ}=\frac{\mathrm{RS}}{L}=\frac{\mathrm{\ΔVS}}{\mathrm{IL}}$

式中，S为电极面积(m²)，L为电极间距(m)，I为电流强度(A)。

由于边界条件的复杂性，使得探头所得的土的电学特征很复杂。通过欧姆定律得出了触探试验的理论方程：

ρ＝π²ΔV/(CI)

式中，C＝1/(d+r_M)-1/(d+r-r_M)-1/(d+r_N)+1/(d+r-r_N)，ρ为土的电阻率，ΔV为电压差，I为电流。

Claims (3)

1.一种电阻率静力触探探头，其特征在于在该探头上半段的外周包有两个环形电极(2)，在环形电极(2)的上下两侧为绝缘层(1)；在该探头下半段设有三分量地震检波器(3)，在三分量地震检波器(3)的下部设有测斜仪(4)，摩擦筒(5)位于测斜仪(4)的下方，在摩擦筒(5)的中部设有孔隙水压力传感器(6)，在摩擦筒(5)的下方连接有探头(7)，孔压过滤环(8)位于摩擦筒(5)与探头(7)的连接处。

2.根据权利要求1所述的电阻率静力触探探头，其特征在于探头(7)的锥角为60°，锥底截面积为10cm²，摩擦筒表面积150cm²。

3.根据权利要求1所述的电阻率静力触探探头，其特征在于孔压过滤环(8)厚度5mm，位于锥肩位置，探头的有效面积比为0.8。

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