CN105002879B - 拆装式可视化静力触探探头 - Google Patents

Abstract

本发明为一种拆装式可视化静力触探探头，解决了目前岩土工程勘察存在的不足的问题。该探头由可拆装的锥头、锥尖阻力测量单元、可视化成像单元、侧壁阻力测量单元、模‑数转换单元和探杆连接单元共六部分通过高强丝扣旋紧组成。本发明的可视化成像功能可以动态拍摄探测土层土体的图像，快速、直接、准确定名土体类型和鉴定土体污染程度；多单元组件构成的可拆装探头，方便更换损坏部件，避免探头的部分损坏而导致全部报废。该探头结构简单、设计新颖，可为岩土工程勘察提供可视化图像和准确的测试参数。

Description

拆装式可视化静力触探探头

技术领域

本发明涉及岩土工程领域，特别涉及一种能够提供可视化图像和准确测试参数的静力触探装置，具体是一种拆装式可视化静力触探探头。

背景技术

静力触探是利用液压或机械传动装置，将圆锥形金属探头压入地基土中，探头受到压入阻力，探头中所贴的电阻应变片发生相应变形而改变电阻，通过电阻应变仪量测电阻应变片的微应变数值，计算贯入阻力的大小，判定地基土的工程性质。静力触探的作为岩土工程原位勘察的常用手段，可以用来确定土的变形模量、容许承载力等。

但是传统的静力触探作为一种获得土层物理力学性质的方法，不能取土，不能直观地对土层土体进行描述，必须通过曲线特点来推断土性或与钻探法相结合才能完成地基土的定名和地质剖面图的绘制。当需要快速获得地基土名称、类型、承载力及地质剖面图时，传统静力触探与钻探法相结合的方法就显得效率低下、成本偏高或准确性差。此外，对于难以直接获取原状土的饱和砂土、软土等类型土质，也必须采用工程钻探来为其定名，这也增加了这类土勘察的时间和经济成本。

另外，随着社会工业化发展，土体污染情况屡见不鲜。土体受污染后的污染程度及分布情况的判定显得尤为重要。单纯依赖室内试验方法及常规原位检测进行土体污染判定，可能由于受到取样扰动的影响，给出可靠性较差的判定结果。这就要求能通过原位勘测技术判定土体的污染程度。在不扰动土体情况下，如果能够通过成像技术直接观测受污染土层土体的图像，以此来鉴别土体的变化及污染程度，这将会是一种高效的判定土体污染的方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前岩土工程勘察存在的不足，提供一种由多单元组件构成具有可拆装功能和可视化成像功能的拆装式可视化静力触探探头。该探头可以原位动态拍摄探测土层土体的图像，快速、直观、准确定名土体类型和鉴定土体污染程度，可以方便地更换损坏部件，避免探头的部分损坏而导致全部报废，为岩土工程勘察提供可视化图像和准确的测试参数。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种拆装式可视化静力触探探头，该探头为圆柱状，其由下至上依次为可拆装的锥头、锥尖阻力测量单元、可视化成像单元、侧壁阻力测量单元、模-数转换单元和探杆连接单元，且上述各部件之间通过高强丝扣旋紧连接；

所述锥头的底面中心处向上延设有连接堵头；

所述锥尖阻力测量单元包括第一防护筒，第一防护筒的顶部向上延设有带通孔的连接凸台，第一防护筒内插装有第一变形筒（承受锥尖阻力），第一变形筒内插装有第一加强筒（防止单元结构强度不足造成的结构性损坏），第一变形筒外壁的中部部分内凹，与第一防护筒的内壁之间形成空腔，第一变形筒外壁的中部位置沿周边均匀设置数片第一电阻应变片（测量第一变形筒变形），第一变形筒及第一加强筒的筒壁上开设有穿线孔（方便连接第一电阻应变片的应变量测线穿出）；第一加强筒的底部筒口与锥头的连接堵头之间通过高强丝扣旋紧连接，且连接部位之间设有密封圈；

所述可视化成像单元包括第二防护筒，第二防护筒的顶部向上延设有带通孔的连接凸台，第二防护筒的底部筒口沿其周缘向内延设有一圈筒边；第二防护筒内插装有第二加强筒，第二防护筒内壁与第二加强筒外壁之间留有空腔作为成像室，在成像室的顶部均布四个可视化集成模块，可视化集成模块底部的外侧设有摄像头、内侧设有成像用光源，第二加强筒的筒壁上开设有穿线孔（方便可视化集成块与可视化传输线连接）；在第二防护筒底部的筒边上正对每个可视化集成模块的位置开设有一个视窗，视窗内由上而下依次安装有光学凸透镜和高强度透镜，高强度透镜沿其外侧周圈设置一圈防水密封圈；第二加强筒的底部筒口与锥尖阻力测量单元中第一防护筒上的连接凸台之间通过高强丝扣旋紧连接，且连接部位之间设有密封圈；

所述侧壁阻力测量单元包括摩擦筒（检测侧壁阻力），摩擦筒的顶部向上延设有带通孔的连接凸台，摩擦筒内插装有第二变形筒（承受侧壁阻力），第二变形筒外壁的中部部分内凹，与摩擦筒的内壁之间形成空腔，第二变形筒外壁的中部位置沿周边均匀设置数片第二电阻应变片（用于测量第二变形筒变形），第二变形筒的筒壁上开设有穿线孔（方便连接第二电阻应变片的应变量测线穿出）；第二变形筒的底部筒口与可视化成像单元中第二防护筒上的连接凸台之间通过高强丝扣旋紧连接，且连接部位之间设有密封圈；

所述模-数转换单元包括第三防护筒，第三防护筒的顶部向上延设有带通孔的连接凸台，第三防护筒内安装有A/D模-数转换集成模块；第三防护筒的底部筒口与侧壁阻力测量单元中摩擦筒上的连接凸台之间通过高强丝扣旋紧连接，且连接部位之间设有密封圈；A/D模-数转换集成模块的顶部连接有传输总线、底部连接有应变量测线和可视化传输线，应变量测线与锥尖阻力测量单元中的第一电阻应变片及侧壁阻力测量单元中的第二电阻应变片连接，可视化传输线与可视化成像单元中的可视化集成模块连接；A/D模-数转换集成模块将第一、二电阻应变片量测的应变量的模拟信号转换为数字信号；

所述探杆连接单元包括第四防护筒，第四防护筒的底部筒口与模-数转换单元中第三防护筒上的连接凸台之间通过高强丝扣旋紧连接，且连接部位之间设有密封圈；第四防护筒的顶部筒口通过防水防土密封塞封口，传输总线由防水防土密封塞穿出，与量测仪器相连；

探杆连接单元的第四防护筒、模-数转换单元的第三防护筒、侧壁阻力测量单元的摩擦筒及可视化成像单元的第二防护筒的外径相同，且大于锥尖阻力测量单元的第一防护筒的外径。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1）本发明所具有的可视化成像功能，一是可以原位动态拍摄探测土层土体的图像，为岩土工程勘察快速、直观、准确定名勘察土层土体提供了方便；二是可以通过可视化图像直接观测勘察土层土体的组成和结构；三是对于污染土，可以通过该功能观测土体污染程度。2）本发明中各单元部件彼此独立，利用高强丝扣旋紧连接，具有的可拆装功能，可以方便更换由于探头长时间使用所造成的损坏部件，避免探头的部分损坏而导致全部报废。3）该探头结构简单、设计新颖，可为岩土工程勘察提供可视化图像和准确的测试参数。

附图说明

图1为本发明拆装式可视化静力触探探头的结构示意图。

图2为锥头的结构示意图。

图3为锥尖阻力测量单元的结构示意图。

图4为可视化成像单元的结构示意图。

图5为图4的仰视图。

图6为图4中的A-A剖视图。

图7为侧壁阻力测量单元的结构示意图。

图8为模-数转换单元的结构示意图。

图9为探杆连接单元的结构示意图。

图中：1-锥头、2-锥尖阻力测量单元、2-1-第一防护筒、2-2-第一变形筒、2-3-第一加强筒、2-4-第一电阻应变片、3-可视化成像单元、3-1-第二防护筒、3-2-筒边、3-3-第二加强筒、3-4-成像室、3-5-可视化集成模块、3-6-摄像头、3-7-成像用光源、3-8-视窗、3-9-光学凸透镜、3-10-高强度透镜、3-11-防水密封圈、4-侧壁阻力测量单元、4-1-摩擦筒、4-2-第二变形筒、4-3-第二电阻应变片、5-模-数转换单元、5-1-第三防护筒、5-2-A/D模-数转换集成模块、6-探杆连接单元、6-1-第四防护筒、7-连接凸台、8-穿线孔、9-密封圈、10-连接堵头、11-传输总线、12-应变量测线、13-可视化传输线、14-防水防土密封塞。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步的描述：

如图1至图9所示，一种拆装式可视化静力触探探头，该探头为圆柱状，其由下至上依次为可拆装的锥头1、锥尖阻力测量单元2、可视化成像单元3、侧壁阻力测量单元4、模-数转换单元5和探杆连接单元6，且上述各部件之间通过高强丝扣旋紧连接；

所述锥头1的底面中心处向上延设有连接堵头10；

所述锥尖阻力测量单元2包括第一防护筒2-1，第一防护筒2-1的顶部向上延设有带通孔的连接凸台7，第一防护筒2-1内插装有第一变形筒2-2，第一变形筒2-2内插装有第一加强筒2-3，第一变形筒2-2外壁的中部部分内凹，与第一防护筒2-1的内壁之间形成空腔，第一变形筒2-2外壁的中部位置设有第一电阻应变片2-4，第一变形筒2-2及第一加强筒2-3的筒壁上开设有穿线孔8；第一加强筒2-3的底部筒口与锥头1的连接堵头10之间通过高强丝扣旋紧连接，且连接部位之间设有密封圈9，防止土层中地下水及土颗粒进入探头内部而损坏探头；在探头压入土体时，锥尖阻力使得第一变形筒2-2变形，带动第一电阻应变片2-4变形，使第一电阻应变片2-4电阻发生变化，这种变化作为模拟信号通过应变量测线12传递到模-数转换单元5中部的A/D模-数转换集成模块5-2；另外，锥尖阻力测量单元2内部设置第一加强筒2-3防止单元结构在较大压入阻力下由于强度不足造成的结构性损坏；

所述可视化成像单元3包括第二防护筒3-1，以保护中间空腔成像室3-4，第二防护筒3-1的顶部向上延设有带通孔的连接凸台7，第二防护筒3-1的底部筒口沿其周缘向内延设有一圈筒边3-2；第二防护筒3-1内插装有第二加强筒3-3，防止单元结构在较大压入阻力下由于强度不足造成的结构性损坏，第二防护筒3-1内壁与第二加强筒3-3外壁之间留有空腔作为成像室3-4，在成像室3-4的顶部均布四个可视化集成模块3-5，可视化集成模块3-5底部的外侧设有摄像头3-6、内侧设有成像用光源3-7，第二加强筒3-3的筒壁上开设有穿线孔8；在第二防护筒3-1底部的筒边3-2上正对每个可视化集成模块3-5的位置开设有一个视窗3-8，视窗3-8内由上而下依次安装有光学凸透镜3-9和高强度透镜3-10，高强度透镜3-10沿其外侧周圈设置一圈防水密封圈3-11；当探头压入勘察土层时，土体通过视窗3-8中安装的高强度透镜3-10和光学凸透镜3-9成像，在可视化集成块3-5内侧安装的成像用光源3-7配合下，外侧安装的摄像头3-6观测土体类型与结构，并可通过摄像头3-6拍摄土体动静态图像，最后通过可视化传输线13传输图像信号；第二加强筒3-3的底部筒口与锥尖阻力测量单元2中第一防护筒2-1上的连接凸台7之间通过高强丝扣旋紧连接，且连接部位之间设有密封圈9，防止土层中地下水及土颗粒进入探头内部而损坏探头；

所述侧壁阻力测量单元4包括摩擦筒4-1，摩擦筒4-1的顶部向上延设有带通孔的连接凸台7，摩擦筒4-1内插装有第二变形筒4-2，第二变形筒4-2外壁的中部部分内凹，与摩擦筒4-1的内壁之间形成空腔，第二变形筒4-2外壁的中部位置设有第二电阻应变片4-3，第二变形筒4-2的筒壁上开设有穿线孔8；第二变形筒4-2的底部筒口与可视化成像单元3中第二防护筒3-1上的连接凸台7之间通过高强丝扣旋紧连接，且连接部位之间设有密封圈9，防止土层中地下水及土颗粒进入探头内部而损坏探头；在探头压入土体时，承受侧壁阻力的第二变形筒4-2变形，带动第二电阻应变片4-3变形，使第二电阻应变片4-3电阻发生变化，这种变化作为模拟信号通过应变量测线12传递到模-数转换单元5中部的A/D模-数转换集成模块5-2；

所述模-数转换单元5包括第三防护筒5-1，第三防护筒5-1的顶部向上延设有带通孔的连接凸台7，第三防护筒5-1内安装有A/D模-数转换集成模块5-2；第三防护筒5-1的底部筒口与侧壁阻力测量单元4中摩擦筒4-1上的连接凸台7之间通过高强丝扣旋紧连接，且连接部位之间设有密封圈9，防止土层中地下水及土颗粒进入探头内部而损坏探头；A/D模-数转换集成模块5-2的顶部连接有传输总线11、底部连接有应变量测线12和可视化传输线13，应变量测线12与锥尖阻力测量单元2中的第一电阻应变片2-4及侧壁阻力测量单元4中的第二电阻应变片4-3连接，可视化传输线13与可视化成像单元3中的可视化集成模块3-5连接；

所述探杆连接单元6包括第四防护筒6-1，第四防护筒6-1的底部筒口与模-数转换单元5中第三防护筒5-1上的连接凸台7之间通过高强丝扣旋紧连接，且连接部位之间设有密封圈9；第四防护筒6-1的顶部筒口通过防水防土密封塞14封口，防止土层中地下水及土颗粒进入探头内部而损坏探头，传输总线11由防水防土密封塞14穿出；

探杆连接单元6的第四防护筒6-1、模-数转换单元5的第三防护筒5-1、侧壁阻力测量单元4的摩擦筒4-1及可视化成像单元3的第二防护筒3-1的外径相同，且大于锥尖阻力测量单元2的第一防护筒2-1的外径。

Claims (1)

1.一种拆装式可视化静力触探探头，其特征在于：该探头为圆柱状，其由下至上依次为可拆装的锥头（1）、锥尖阻力测量单元（2）、可视化成像单元（3）、侧壁阻力测量单元（4）、模-数转换单元（5）和探杆连接单元（6），且上述各部件之间通过高强丝扣旋紧连接；

所述锥头（1）的底面中心处向上延设有连接堵头（10）；

所述锥尖阻力测量单元（2）包括第一防护筒（2-1），第一防护筒（2-1）的顶部向上延设有带通孔的连接凸台（7），第一防护筒（2-1）内插装有第一变形筒（2-2），第一变形筒（2-2）内插装有第一加强筒（2-3），第一变形筒（2-2）外壁的中部部分内凹，与第一防护筒（2-1）的内壁之间形成空腔，第一变形筒（2-2）外壁的中部位置设有第一电阻应变片（2-4），第一变形筒（2-2）及第一加强筒（2-3）的筒壁上开设有穿线孔（8）；第一加强筒（2-3）的底部筒口与锥头（1）的连接堵头（10）之间通过高强丝扣旋紧连接，且连接部位之间设有密封圈（9）；

所述可视化成像单元（3）包括第二防护筒（3-1），第二防护筒（3-1）的顶部向上延设有带通孔的连接凸台（7），第二防护筒（3-1）的底部筒口沿其周缘向内延设有一圈筒边（3-2）；第二防护筒（3-1）内插装有第二加强筒（3-3），第二防护筒（3-1）内壁与第二加强筒（3-3）外壁之间留有空腔作为成像室（3-4），在成像室（3-4）的顶部均布四个可视化集成模块（3-5），可视化集成模块（3-5）底部的外侧设有摄像头（3-6）、内侧设有成像用光源（3-7），第二加强筒（3-3）的筒壁上开设有穿线孔（8）；在第二防护筒（3-1）底部的筒边（3-2）上正对每个可视化集成模块（3-5）的位置开设有一个视窗（3-8），视窗（3-8）内由上而下依次安装有光学凸透镜（3-9）和高强度透镜（3-10），高强度透镜（3-10）沿其外侧周圈设置一圈防水密封圈（3-11）；第二加强筒（3-3）的底部筒口与锥尖阻力测量单元（2）中第一防护筒（2-1）上的连接凸台（7）之间通过高强丝扣旋紧连接，且连接部位之间设有密封圈（9）；

所述侧壁阻力测量单元（4）包括摩擦筒（4-1），摩擦筒（4-1）的顶部向上延设有带通孔的连接凸台（7），摩擦筒（4-1）内插装有第二变形筒（4-2），第二变形筒（4-2）外壁的中部部分内凹，与摩擦筒（4-1）的内壁之间形成空腔，第二变形筒（4-2）外壁的中部位置设有第二电阻应变片（4-3），第二变形筒（4-2）的筒壁上开设有穿线孔（8）；第二变形筒（4-2）的底部筒口与可视化成像单元（3）中第二防护筒（3-1）上的连接凸台（7）之间通过高强丝扣旋紧连接，且连接部位之间设有密封圈（9）；

所述模-数转换单元（5）包括第三防护筒（5-1），第三防护筒（5-1）的顶部向上延设有带通孔的连接凸台（7），第三防护筒（5-1）内安装有A/D模-数转换集成模块（5-2）；第三防护筒（5-1）的底部筒口与侧壁阻力测量单元（4）中摩擦筒（4-1）上的连接凸台（7）之间通过高强丝扣旋紧连接，且连接部位之间设有密封圈（9）；A/D模-数转换集成模块（5-2）的顶部连接有传输总线（11）、底部连接有应变量测线（12）和可视化传输线（13），应变量测线（12）与锥尖阻力测量单元（2）中的第一电阻应变片（2-4）及侧壁阻力测量单元（4）中的第二电阻应变片（4-3）连接，可视化传输线（13）与可视化成像单元（3）中的可视化集成模块（3-5）连接；

所述探杆连接单元（6）包括第四防护筒（6-1），第四防护筒（6-1）的底部筒口与模-数转换单元（5）中第三防护筒（5-1）上的连接凸台（7）之间通过高强丝扣旋紧连接，且连接部位之间设有密封圈（9）；第四防护筒（6-1）的顶部筒口通过防水防土密封塞（14）封口，传输总线（11）由防水防土密封塞（14）穿出；

探杆连接单元（6）的第四防护筒（6-1）、模-数转换单元（5）的第三防护筒（5-1）、侧壁阻力测量单元（4）的摩擦筒（4-1）及可视化成像单元（3）的第二防护筒（3-1）的外径相同，且大于锥尖阻力测量单元（2）的第一防护筒（2-1）的外径。