CN103074880B - 一种有效识别土层界面的微型孔压静力触探探头 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种有效识别土层界面的微型孔压静力触探探头，该探头的上部外侧为螺纹接头（1），螺纹接头（1）的下方依次设置有探杆（2）、锥形探头（3）、微探头轴杆（4）、微型锥形探头（6）、孔压过滤环（7），在微探头轴杆（4）内部设有孔压传感器（5），该微型孔压静力触探探头为不锈钢材料，除螺纹接头（1）外，总长度为120mm。该微型孔压静力触探探头具有快捷、经济、易操作和分辨率高等优点，为土层界面识别、土体判定等提供强有力的检测工具。

Description

一种有效识别土层界面的微型孔压静力触探探头

技术领域

本发明涉及一种微型孔压静力触探探头，属于岩土工程领域中一种能够原位、准确、方便地识别土层界面、评价土体类型的孔压静力触探装置。

背景技术

天然沉积土体的地层特征反映了土体的沉积环境，影响着土体与工程建筑之间的响应关系。任何建设项目实施之前都需要进行相关的地质勘查，许多侵入与非侵入的测试技术已应用于地表下土体特性的勘察。非侵入测试技术（如地质雷达）的特点是测试面积大，分辨率低，侵入测试技术则具有更高的分辨率。现有综合分析土层特征的侵入测试技术通常具有较低的分辨率，土层厚度的分辨率局限于5~10cm，这主要是由于采样量少、以土体特性均值确定较大区域土体的特性，或两者兼有。虽然一般的测试技术对于均匀沉积的土体是适用的，但是土体沉积大多是不均匀的，导致许多土体的不均匀特性难以获得。自1975年Wissa等率先应用孔压静力触探技术原位测定大坝孔隙水压力以来，许多学者认为探头贯入密实或坚硬土体时，产生负的孔隙水压力，贯入松散或软弱土体时，产生正的孔隙水压力。孔隙水压力的突变表征土体特性发生改变，通过不同类型探头对孔隙水压力的量测，用以确定土体类型及土层特性已得到广泛应用。

本发明基于常规的孔压静力触探设备，提供了一种可以原位、准确、方便的原位测试装置，为土层界面识别、土体判定提供了准确有效的测试工具。

发明内容

技术问题：本发明要解决的技术问题是针对目前国内无法进行土层界面的原位准确识别，提供了一种有效识别土层界面的微型孔压静力触探探头，该微型孔压静力触探探头可用于岩土工程领域的原位准确识别土层界面、评价土体类型。

技术方案：本发明的有效识别土层界面的微型孔压静力触探探头的上部外侧为螺纹接头，螺纹接头的下方依次设置有探杆、锥形探头、微探头轴杆、微型锥形探头、孔压过滤环，在微探头轴杆内部设有孔压传感器。

锥形探头的锥角为30°，锥底截面积为15cm²，长度为55mm。

微型锥形探头的高度为10mm，锥角为60°，锥底截面直径为13.8mm，锥底截面积为1.5cm²。

该微型孔压静力触探探头为不锈钢材料，除螺纹接头外，总长度为120mm。

不同尺寸的锥形探头和不同位置的孔压量测对孔隙水压力变化的敏感度是不同的。对于锥尖位置量测的孔隙水压力，不同尺寸探头对应的孔压消散试验的时间因子T定义为：

$T=\frac{{\mathrm{\σ}}^{\′}\mathrm{kt}}{{\mathrm{\γ}}_w{R}^2}$

式中，σ'为平均有效应力，k为渗透系数，t为探头停止贯入后的孔压消散时间，γ_w为水的重度，R为探头锥底截面半径。

若其他条件相同时，时间因子T与探头半径R的平方成反比，即探头半径R越小，时间因子T越大。据此，微型孔压静力触探探头可有效放大孔隙水压力测试结果，提高对孔隙水压力变化的敏感度，增加土层界面识别的分辨率。

有益效果：岩土工程实践中，地表下土层特性对于工程建设是非常重要的，其影响土体与工程建筑物之间的相互关系。传统的孔压静力触探技术具有较低的土层分辨率，一般能准确判定的土层厚度在5~10cm，这就使得土层中纹泥层的许多特性难以获得，降低土层识别、土体判定的精确度和有效性，对于工程建设是不利的。微型孔压静力触探探头和锥尖孔隙水压力的量测大大提高了测试结果对孔隙水压力的敏感度，有利于纹泥层等薄土层界面的识别和特征相近土体的判定。本发明提出了一种微型孔压静力触探探头，解决了国内现有孔压静力触探探头在土体判定、土层界面识别方面分辨率低的缺陷，使得孔压静力触探测试技术能够更好、更全面的服务于岩土工程实践。

附图说明

图1是本发明的元件装置图；

其中有：螺纹接头1、探杆2、锥形探头3、微探头轴杆4、孔压传感器5、微型锥形探头6、孔压过滤环7。

具体实施方式

本发明的一种有效识别土层界面的微型孔压静力触探探头，该探头的顶部为螺纹接头1，螺纹接头1的下方依次设置有探杆2和锥形探头3，锥形探头3的下方为微探头轴杆4，微探头轴杆4内部设有孔压传感器5，探头底部为微型锥形探头6，微型锥形探头6的锥尖设有孔压过滤环7。

探杆直径为43.7mm，长度为15mm。

锥形探头的锥角为30°，锥底截面积为15cm²，长度为55mm。

微探头轴杆的直径为13.8mm，长度为40mm。

微型锥形探头的高度为10mm，锥角为60°，锥底截面直径为13.8mm，锥底截面积为1.5cm²。

孔压过滤环的高度为3.3mm，过滤孔直径为30μm。

该微型孔压静力触探探头为不锈钢材料，除螺纹接头外总长度为120mm。

对于锥尖位置的孔隙水压力对应的时间因子T定义为：

$T=\frac{{\mathrm{\σ}}^{\′}\mathrm{kt}}{{\mathrm{\γ}}_w{R}^2}$

式中，σ'为平均有效应力，k为渗透系数，t为探头停止贯入后的孔压消散时间，γ_w为水的重度，R为探头锥底截面半径。

探头尺寸R越小，时间因子T越大，识别土层界面的分辨率越高。探头在贯入不同性质的土体时，孔隙水压力的变化是不同的。以粘土—淤泥层为例，当探头贯入粘土层时，孔隙水压力增加；当探头贯入淤泥层时，孔隙水压力减小。在孔隙水压力随土层深度变化图中，从粘土层进入淤泥层，孔隙水压力变化表现为“波峰”；从淤泥层进入粘土层，孔隙水压力变化表现为“波谷”。根据微型孔压静力触探探头量测的孔隙水压力随深度的变化曲线，可准确、有效、方便的识别不同土层的界面及评价土体类型。

现场原位测试按照美国试验与材料学会（ASTM）D5778-12标准，探头贯入速率为20mm/s，每0.31mm采集一次测试数据。

Claims (2)

1.一种有效识别土层界面的微型孔压静力触探探头，其特征在于该探头的上部外侧为螺纹接头(1)，螺纹接头(1)的下方依次设置有探杆(2)、锥形探头(3)、微探头轴杆(4)、微型锥形探头(6)、孔压过滤环(7)，在微探头轴杆(4)内部设有孔压传感器(5)；

锥形探头(3)的锥角为30°，锥底截面积为15cm²，长度为55mm；

微型锥形探头(6)的高度为10mm，锥角为60°，锥底截面直径为13.8mm，锥底截面积为1.5cm²。

2.根据权利要求1所述的一种有效识别土层界面的微型孔压静力触探探头，其特征在于该微型孔压静力触探探头为不锈钢材料，除螺纹接头(1)外，总长度为120mm。