CN102493423A - 离心机机载三要素静力触探仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离心机机载三要素静力触探仪。底座沿长度方向设有滑轨和水平传动丝杆，水平传动丝杆与水平移动电机连接，滑轨和水平传动丝杆上设置机身平台；机身平台上安装有水平、垂直移动距离测量仪；机身平台上设有立柱和垂直移动传动丝杆，立柱上端安装顶板，两根垂直传动丝杆与横梁构成螺旋副后安装在机身平台，任意一对角的两根立柱之间装有探杆夹持板；探杆一端安装在横梁上后与探头连接；顶板上安装有垂直移动用电机和传动轴，且电机一侧的带轮与固定在传动轴上的带轮通过传动带连接，传动轴的两端分别通过蜗轮副与两根垂直传动丝杆连接。本发明能运用于离心机超重力环境下测量模型土体的锥尖阻力、侧壁摩阻力和孔隙水压力。

Description

离心机机载三要素静力触探仪

技术领域

本发明涉及岩土工程静力触探仪器，尤其是涉及一种离心机机载三要素静力触探仪。

背景技术

近年来，静力触探受到很多岩土工作者的关注，其原理是利用机械静压力将带有传感器的探头由中空探杆以规定的速率贯入地层，传感器测试到的信息通过中空探杆传输到地面记录器上，目前，静力触探测试成果已在岩土工程中广泛应用，其中主要包括四个方面: 修正锥尖阻力, 使锥尖阻力真正反映土的性质; 评价渗流, 固结特性；区分排水、部分排水、不排水贯入方式，以满足不同需要；提高土分层与土质分类的可靠性。

但是，上述成果均来自于静力触探原位试验，而静力触探原位试验存在的不确定因为很多，其数据的利用受到很大的限制，且很多情况下只能用于初步估算。另外，原位静力触探设备体积较大，运输不方便，当需要探入的深度较深或土层较硬时，设备能提供的反力较小。此外，由于场地条件限制，使得部分地区难以实施静力触探。诸如上述原因使得利用不来就受到限制的静力静力触探仪数据十分有限，从而在很大程度上限制了静力触探技术在岩土工程中的发展。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明的目的在于提供一种离心机机载三要素静力触探仪，结合离心机超重力条件下场地缩尺效应，为静力触探技术的发展提供丰富、有效的数据。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明的底座上面沿长度方向两侧分别设有滑轨，在两条滑轨间的底座上沿长度方向设有水平传动丝杆，水平传动丝杆一侧的带轮与安装在底座上的水平移动电机轴上的带轮通过水平移动传动带连接，两条滑轨和水平传动丝杆上方设置安装静力触探仪用的机身平台，机身平台侧面通过螺母与水平传动丝杆连接；机身平台上安装有测量移动距离的水平移动距离测量仪和垂直移动距离测量仪，其中水平移动距离测量仪的标尺与固定在底座上的垂直杆连接；机身平台四角上分别设有对称分布的立柱，四根立柱上端安装顶板，沿机身平台宽度方向的两根立柱中间对称设有垂直移动传动丝杆，两根垂直传动丝杆的一端穿过顶板，两根垂直传动丝杆与横梁构成螺旋副，两根垂直传动丝杆的另一端安装在机身平台，位于顶板与机身平台间的任意一对角的两根立柱之间装有探杆夹持板，横梁与探杆夹持板中间通过矩形钢丝圈滑动连接；探杆一端安装在横梁上，且探杆穿过探杆夹持板和机身平台后与探头连接；垂直移动距离测量仪的标尺与固定在横梁上的水平杆连接；顶板上安装有垂直移动用电机和传动轴，且垂直移动用电机一侧的带轮与固定在传动轴上的带轮通过垂直移动传动带连接，传动轴的两端分别通过蜗轮副与两根垂直传动丝杆连接。

所述的探头为拆卸式的能测量锥尖阻力q_c、侧摩阻力f_s和孔压u三要素的探头；探头锥角为60°、45°或30°。

本发明具有的有益效果是：

1、离心机机载三要素静力触探仪设计理念为超重力条件下使用，质轻，强度高，操作简便，结合离心机场地缩尺效应，在室内能够模拟原位静力触探实验，为丰富静力触探试验数据提供有效手段及发展静力触探试验理论提供基础。

2、离心机机载三要素静力触探仪能够沿底座长度方向水平运动，1g情况下其运行最大距离为500mm，运行速度为100mm/min，在50g超重力场条件下能够对平面25m范围内的土体进行探测。

3、离心机机载三要素静力触探仪的探杆能够沿垂直方向运动，1g下其运行最大距离为500mm，运行最大速度为120mm/min，在50g超重力场条件下能够对深度25m范围内的土体进行探测，探杆下端内部设置有螺纹，探头的安装于拆卸方便，同时该探杆可连接不同类型的探头。

4、离心机机载三要素静力触探仪配备探头内部配置有锥尖阻力测量应变片、侧摩阻力应变片和孔压计，能够测量锥尖阻力qc、侧摩阻力fs和孔压u三要素的触探头，其锥角有60°、45°和30°三种，同时，该仪器的触探头为可拆卸式的，并不仅限于上述几种，可根据不同试验的需求，运用相应尺寸的触探头进行试验。

5、离心机机载三要素静力触探仪的探杆夹持板能够防止探杆在贯入过程中发生倾斜，能够提高实验数据精度；

6、离心机机载三要素静力触探仪固定在离心机吊篮上，能够提供试验需要的支反力。

附图说明

图1是本发明的俯视图。

图2是本发明的正视图。

图3是本发明的右视图。

图中，1、底座，2、滑轨，3、水平传动丝杆，4、水平移动电机，5、机身平台，6、立柱，7、垂直传动丝杆，8、水平移动距离测量仪，9、垂直移动距离测量仪，10、垂直杆， 11、顶板，12、垂直移动电机，13、螺母，14，横梁，15、水平杆，16、探杆，17、探杆夹持板，18、探头，19、矩形钢丝圈，20、水平移动传动带，21、垂直移动传动带。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

如图1、图2、图3、所示，本发明的底座1下侧翼缘在四个方向均留有固定螺栓孔，底座1上面沿长度方向两侧分别设有滑轨2，在两条滑轨间的底座1上沿长度方向设有水平传动丝杆3，水平传动丝杆3一侧的带轮与安装在底座1上的水平移动电机4轴上的带轮通过水平移动传动带20连接，两条滑轨2和水平传动丝杆3上方设置安装静力触探仪用的机身平台5，机身平台5侧面通过螺母13与水平传动丝杆3连接；机身平台5上安装有测量移动距离的水平移动距离测量仪8和垂直移动距离测量仪9，其中水平移动距离测量仪8的标尺与固定在底座1上的垂直杆10连接；机身平台5四角上分别设有对称分布的立柱6，四根立柱上端安装顶板11，沿机身平台5宽度方向的两根立柱中间对称设有垂直移动传动丝杆7，两根垂直传动丝杆7的一端穿过顶板11，两根垂直传动丝杆7与横梁14构成螺旋副，两根垂直传动丝杆7的另一端安装在机身平台5，位于顶板11与机身平台5间的任意一对角的两根立柱之间装有探杆夹持板17，横梁14与探杆夹持板17中间通过矩形钢丝圈19滑动连接；探杆16一端安装在横梁14上，且探杆16穿过探杆夹持板17和机身平台5后与探头18连接；垂直移动距离测量仪9的标尺与固定在横梁上的水平杆连接；顶板11上安装有垂直移动用电机12和传动轴，且垂直移动用电机12一侧的带轮与固定在传动轴上的带轮通过垂直移动传动带21连接，传动轴的两端分别通过蜗轮副与两根垂直传动丝杆7连接。

所述的探杆16上端固定于横梁14中心处，探杆16为外部直径为Φ12的中空直管，内部设置有信号传输线，下端内径表面设置有螺纹。

所述的探头18外径与探杆16相同，内部配置有锥尖阻力测量应变片、侧摩阻力应变片和孔压计，能测量锥尖阻力q_c、侧摩阻力f_s和孔压u三要素的探头；探头18锥角为60°、45°或30°。

本发明的具体试验步骤：

1、如各图所示，试验前应检查离心机机载三要素静力触探仪各个装置是否安装好，检查各个部件的性能是否符合试验要求；

2、对触探头进行饱和、标定，试验前必须取得标定数值；

3、试验制模，将制作好的模型至离心机相应位置，然后再将离心机机载三要素静力触探仪安装在相应位置；

4、离心机机载三要素静力触探仪安装好后将其信号传输系统连接好，确认信号线路能准确及时的传输试验数据；

5、根据试验条件对模型进行相关试验，记录试验数据，试验过程中，静力触探仪的水平位置通过水平移动电机、水平传动丝杆和水平移动距离测量仪控制，静力触探仪的贯入深度通过垂直移动电机、垂直移动丝杆和垂直移动距离测量仪控制，且贯入过程中，在探杆夹持板接触机身平台前，探杆夹持板与横梁之间通过矩形钢丝圈连接，当探杆夹持板接触机身平台后，探杆夹持板停止运动，横梁继续下压，此时矩形钢丝圈与横梁间产生相对滑移直至贯入深度达到要求或达到贯入极限；

6、贯入结束后通过垂直移动电机、垂直移动丝杆和垂直移动距离测量仪控制探杆提升，提升过程中，横梁先上升，当横梁与探杆夹持板间距离达到矩形钢丝圈限定的距离后，钢丝圈带动探杆夹持板随横梁一起上升至探头漏出模型土面或液面；

7、探杆拔出后立即拆卸探头并清理探头，将其妥善保管；

8、试验数据提取与资料整理。

试验过程中应注意以下几点：

1、应对离心机机载三要素静力触探仪进行定期检查，检查量测仪器的性能是否符合规定要求，如在规定期限内出现故障，应随时检查。

2、触探头使用前必须取得标定数值，当出现异常时应重新标定。

3、触探头的贯入阻力超过其额定荷载值的20%应立即停止贯入。

4、贯入过程中应密切关注试验信号，如有异常信号出现应采取措施并做好记录。

5、试验完成终止贯入后，应及时拔起触探杆或触探头，探头拔出后应立即清洗，妥善保管，不应使触探头暴晒和受冻。

Claims (2)

1.一种离心机机载三要素静力触探仪，其特征在于：底座（1）上面沿长度方向两侧分别设有滑轨，在两条滑轨间的底座（1）上沿长度方向设有水平传动丝杆（3），水平传动丝杆（3）一侧的带轮与安装在底座（1）上的水平移动电机（4）轴上的带轮通过水平移动传动带（20）连接，两条滑轨和水平传动丝杆（3）上方设置安装静力触探仪用的机身平台（5），机身平台（5）侧面通过螺母（13）与水平传动丝杆（3）连接；机身平台（5）上安装有测量移动距离的水平移动距离测量仪（8）和垂直移动距离测量仪（9），其中水平移动距离测量仪（8）的标尺与固定在底座（1）上的垂直杆（10）连接；机身平台（5）四角上分别设有对称分布的立柱，四根立柱上端安装顶板（11），沿机身平台（5）宽度方向的两根立柱中间对称设有垂直移动用传动丝杆，两根垂直传动丝杆的一端穿过顶板（11），两根垂直传动丝杆与横梁（14）构成螺旋副，两根垂直传动丝杆的另一端安装在机身平台（5），位于顶板（11）与机身平台（5）间的任意一对角的两根立柱之间装有探杆夹持板（17），横梁（14）与探杆夹持板（17）中间通过矩形钢丝圈（19）滑动连接；探杆（16）一端安装在横梁（14）上，且探杆（16）穿过探杆夹持板（17）和机身平台（5）后与探头（18）连接；垂直移动距离测量仪（9）的标尺与固定在横梁上的水平杆连接；顶板（11）上安装有垂直移动用电机（12）和传动轴，且垂直移动用电机（12）一侧的带轮与固定在传动轴上的带轮通过垂直移动传动带（21）连接，传动轴的两端分别通过蜗轮副与两根垂直传动丝杆连接。

2.根据权利要求1所述的一种离心机机载三要素静力触探仪，其特征在于：所述的探头（18）为拆卸式的能测量锥尖阻力q_c、侧摩阻力f_s和孔压u三要素的探头；探头（18）锥角为60°、45°或30°。

Images