CN102900063B - 用于探测淤泥的动力孔压静力触探探头 - Google Patents

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本发明公布了一种用于探测淤泥的动力孔压静力触探探头，该探头采用同轴电缆（1）传递信号和数据，在探头的上半段设有模数转换器（2）、加速度传感器（3）以及测斜仪（4），在探头的下半段设有侧壁摩擦筒（5），侧壁摩擦筒（5）内设有侧壁摩阻力传感器（6）、孔隙水压力传感器（7）、圆盘阻力传感器（8）以及温度传感器（9），圆盘（10）连接在侧壁摩擦筒（5）的下方，圆盘（10）的中心设有过滤网（11），过滤网（11）同时也位于侧壁摩擦筒（5）的中心，且过滤网（11）与孔隙水压力传感器（7）之间形成进水通道。采用该探头，具有原位、直接、快速、准确、经济等特点，为岩土工程实践提供有力的检测工具。

Description

用于探测淤泥的动力孔压静力触探探头
技术领域
本发明涉及一种可用于探测淤泥的动力孔压静力触探探头，属于岩土工程领域中一种能够直接、连续地分析测试河底或海底淤泥的静力触探装置。
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。随着我国经济的快速发展，我国港口、航道和水利建设事业也随之蓬勃发展，各种航道、河道、湖泊的疏浚和拓宽以及港口的新建、扩建等工程项目都不可避免地需要处理大量的淤泥。这些淤泥通常埋置于深水之下，且具有非常高的粘滞性和触变性，强度低，灵敏度高。现有的取样技术无法获得无扰动试样，且在运输过程中同样会产生水分丧失，使得室内试验结果严重偏离其真实值。而现有的静力触探技术虽然可以用于评价淤泥的原位特性，然而由于淤泥的强度过低、部分呈悬浮物状态，因此现有的静力触探设备所产生的贯入阻力低于其本身的分辨率，故而测量精度难以满足高质量数据的要求。本发明基于常规的静力触探探头，提出了一种方便、快捷、测试成本低廉的原位测试仪器，为岩土工程实践提供有力的检测工具。
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，提出一种可以直接评价河底或海底淤泥特性的动力孔压静力触探探头。
技术方案：本发明的可用于探测淤泥的动力孔压静力触探探头，在探头的上半段设有模数转换器、加速度传感器以及测斜仪，并通过同轴电缆向外传递信号和数据；在探头的下半段设有侧壁摩擦筒，侧壁摩擦筒内设有侧壁摩阻力传感器、孔隙水压力传感器、圆盘阻力传感器以及温度传感器，并通过同轴电缆向外传递信号和数据；圆盘连接在侧壁摩擦筒的下方，圆盘的中心设有过滤网，且过滤网与孔隙水压力传感器之间形成进水通道。
圆盘的直径为20~25cm。
侧壁摩擦筒外径为3.6~4.0cm。
过滤网直径为1.5~2.0cm，位于侧壁摩擦筒和圆盘的中心。
本发明的可探测淤泥的动力孔压静力触探探头，其探测部分主要由同轴电缆、模数转换器、加速度传感器、测斜仪、侧壁摩擦筒、侧壁摩阻力传感器、孔隙水压力传感器、圆盘阻力传感器、温度传感器、圆盘、过滤网及其内部的电路系统组成。试验前，将探头置于水面5m以下停留5分钟，使得探头得到足够的饱和。地表贯入系统给探头施加动力，使得探头穿过水体进入淤泥层中。探头在水体中基本保持匀速运动，进入淤泥时受到阻力而开始减速。加速度传感器记录贯入过程中的加速度变化特征，通过一次积分得到贯入过程中各时刻的速度，通过二次积分得到贯入的深度。侧壁摩阻力传感器测量侧壁摩擦筒所受到的摩阻力，圆盘阻力传感器测量圆盘所受到的贯入阻力。圆盘将所受到的贯入阻力放大，解决常规静力触探技术分辨率不足的问题。孔隙水压力传感器测量过滤网进水通道内的孔隙水压力，而过滤网则阻止淤泥中的土颗粒进入探头内部，以免产生误差。温度传感器提供测试过程中探头内部的温度，对测量值进行补偿和修正。测斜仪提供探头的倾斜角度，对贯入深度进行修正。所有测量和记录的数据经过模数转换器转换为数字信号后，经同轴电缆传输至地表的微机采集和存储系统中保存，绘出实时连续的剖面图。通过圆盘贯入阻力、侧壁摩阻力以及孔隙水压力，可评价河底或海底淤泥的原位特性。
有益效果：由于高粘滞性与触变性，目前无法依赖现有的钻孔技术获得河底或海底淤泥的原状试样。钻孔取样的扰动和运输土样过程中水分的丧失，使得室内试验的结果严重偏离其真实值。受到传感器精度与分辨率的影响，现有的静力触探技术同样难以服务于河流或海底淤泥的原位特性评价。
本发明解决了国内现有的单双桥静探技术不能直接评价河底或海底淤泥原位特性的缺陷，通过贯入过程中产生的圆盘贯入阻力、侧壁摩阻力以及孔隙水压力，能方便、快捷、连续的评价河底或海底淤泥的原位特性，使得静力触探技术能更准确、全面地服务于岩土工程领域。该项技术具有连续性、可靠性和可重复性的特点。
附图说明
图1是本发明的元件装置图；
其中有：同轴电缆1，模数转换器2，加速度传感器3，测斜仪4，侧壁摩擦筒5，侧壁摩阻力传感器6，孔隙水压力传感器7，圆盘阻力传感器8，温度传感器9，圆盘10，过滤网11。
具体实施方式
本发明的可用于探测淤泥的动力孔压静力触探探头采用同轴电缆1传递信号和数据，在探头的上半段设有模数转换器2、加速度传感器3以及测斜仪4，在探头的下半段设有侧壁摩擦筒5，侧壁摩擦筒5内设有侧壁摩阻力传感器6、孔隙水压力传感器7、圆盘阻力传感器8以及温度传感器9，圆盘10连接在侧壁摩擦筒5的下方，圆盘10的中心设有过滤网11，且过滤网11与孔隙水压力传感器7之间形成进水通道。
圆盘直径为20~25cm。。
侧壁摩擦筒外径为3.6~4.0cm。
过滤网直径为1.5~2.0cm，位于侧壁摩擦筒和圆盘的中心。
该探头集成了常规静力触探的功能（可测端阻、摩阻）和孔隙水压力的功能，解决了淤泥中贯入阻力的分辨率低问题，进一步发展了静力触探技术的内容。
试验前，将探头置于水面5m以下停留5分钟，使得探头得到足够的饱和。地表贯入系统给探头施加动力，使得探头穿过水体进入淤泥层中。探头在水体中基本保持匀速运动，进入淤泥时受到阻力而开始减速。加速度传感器记录贯入过程中的加速度变化特征，通过一次积分得到贯入过程中各时刻的速度，通过二次积分得到贯入的深度。侧壁摩阻力传感器测量侧壁摩擦筒所受到的摩阻力，圆盘阻力传感器测量圆盘所受到的贯入阻力。圆盘将所受到的贯入阻力放大，解决常规静力触探技术分辨率不足的问题。孔隙水压力传感器测量过滤网进水通道内的孔隙水压力，而过滤网则阻止淤泥中的土颗粒进入探头内部，以免产生误差。温度传感器提供测试过程中探头内部的温度，对测量值进行补偿和修正。测斜仪提供探头的倾斜角度，对贯入深度进行修正。所有测量和记录的数据经过模数转换器转换为数字信号后，经同轴电缆传输至地表的微机采集和存储系统中保存，绘出实时连续的剖面图。通过圆盘贯入阻力、侧壁摩阻力以及孔隙水压力，可评价河底或海底淤泥的原位特性。

Claims (1)

1.一种用于探测淤泥的动力孔压静力触探探头，其特征在于，在探头的上半段设有模数转换器(2)、加速度传感器(3)以及测斜仪(4)，并通过同轴电缆(1)向外传递信号和数据；在探头的下半段设有侧壁摩擦筒(5)，侧壁摩擦筒(5)内设有侧壁摩阻力传感器(6)、孔隙水压力传感器(7)、圆盘阻力传感器(8)以及温度传感器(9)，并通过同轴电缆(1)向外传递信号和数据；圆盘(10)连接在侧壁摩擦筒(5)的下方，圆盘(10)的中心设有过滤网(11)，且过滤网(11)与孔隙水压力传感器(7)之间形成进水通道；
圆盘(10)的直径为20～25cm；
侧壁摩擦筒(5)外径为3.6～4.0cm；
过滤网(11)直径为1.5～2.0cm，位于侧壁摩擦筒(5)和圆盘(10)的中心。
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