CN105568950A - 用于测试不排水抗剪强度的微型自落圆盘式动力触探装置 - Google Patents

Abstract

用于测试不排水抗剪强度的微型自落圆盘式动力触探装置，该装置中心为探杆(3)，探杆(3)的中部为同轴电缆(1)，探杆(3)的顶部为磁性夹具(2)，磁性夹具(2)的下部为四个对称的稳定尾翼(4)，稳定尾翼(4)用来保障该装置自由落体时的空间稳定性，稳定尾翼(4)的下部为第一重物(5.1)和第二重物(5.2)，探杆(3)中下部的外侧带有粗糙纹理(6)，探杆(3)的底端为圆盘式锥头(7)，圆盘式锥头(7)的内部为锥头阻力传感器(8)，同轴电缆(1)贯穿整个探杆(3)，并与锥头阻力传感器(8)相连。该微型自落圆盘式触探装置，尺寸小，使用简捷、方便、快速、准确及可重复性高，为岩土工程勘察实践提供有力的检测工具。

Description

用于测试不排水抗剪强度的微型自落圆盘式动力触探装置

技术领域

本发明涉及一种用于测试不排水抗剪强度的微型自落圆盘式动力触探装置，属于土木工程领域中一种新的不排水抗剪强度评价方法。

背景技术

静力触探技术(CPT)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，如土的不排水抗剪强度、土的容许承载力等。孔压静力触探技术(CPTU)在传统的静力触探装置上安装了孔压传感器，不仅测试土的锥尖阻力、侧壁摩阻力，还能测试孔隙水压力，实践表明，可通过测得的锥尖阻力、侧壁摩阻力和孔隙水压力等参数估算土体的不排水抗剪强度等指标。随着国民经济的发展，静力触探技术或孔压静力触探技术起到越来越重要的作用。除了原位测试技术，室内试验测试技术也有很大发展，三轴试验能有效测试土体不排水抗剪强度。但是由于室内测试所需要的土样应力产生了扰动，往往不能代表土层的原始状态指标，大大降低了土体参数的工程应用价值，这在土体是软粘土的情况下更为明显。当所测试土体为软粘土时，由于抗剪强度比较低，传统的静力触探技术以及室内测试技术不能有效、快速、精确地测量土特别是软粘土的不排水抗剪强度。针对软粘土(如在海洋土体中)这一特征，澳大利亚西澳大学提出全流型静力触探：T形或球形静力触探。全流型静力触探是一种准静态贯入方式，可现场有效测试海洋软土不排水抗剪强度。但这种静力触探是通过静压装备压载贯入的，存在耗时较长、费用较高，应用范围不广的缺陷。本发明基于常规的静力触探探头，提出了一种自落圆盘式动力触探装置，这一装置是一种更为方便、快速、测试成本低廉的测试土不排水抗剪强度原位测试仪器，为岩土工程勘察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静力触探存在的缺陷，提出一种可用于评价土的不排水抗剪强度的微型自落圆盘式动力触探装置。

技术方案：本发明是一种用于测试不排水抗剪强度的微型自落圆盘式动力触探装置，该装置以探杆为主体，探杆的中部贯穿同轴电缆，探杆的顶部设置磁性夹具，磁性夹具的下部设有四个对称探杆的稳定尾翼，稳定尾翼用来保障该装置自由落体时的空间稳定性；稳定尾翼的下部为第一重物和第二重物，在第二重物下部的探杆部分的外侧带有粗糙纹理，探杆的底端设有圆盘式锥头，圆盘式锥头的内部设有锥头阻力传感器，同轴电缆贯穿整个探杆，并与锥头阻力传感器相连。

其中：

探杆长度为400mm，直径为7mm。

四个对称的稳定尾翼均为塑料制作，形状为三角形状，三角形顶边为25mm，高度为35mm。

第一重物和第二重物均为黄铜制作，重量各为30g。

圆盘式锥头厚度为5mm，直径为20mm。

本发明的用于测试不排水抗剪强度的微型自落圆盘式动力触探装置，由同轴电缆、探杆、磁性夹具、四个对称的稳定尾翼、两个重物、探杆中下部的纹理、圆盘式锥头以及锥头阻力传感器组成。顶部的磁性夹具可由额外的固定装置固定住。四个对称的稳定尾翼主要是保证该装置在自由下落时的空间稳定。探杆中下部的不同纹理保证装置自由下落时，能通过粒子图像测速技术，记录或计算探杆贯入的位移和速度。圆盘式锥头直径是探杆直径的若干倍，也可以通过改变锥头直径来适应不同土层的特殊性。锥头阻力传感器在感应到阻力的变化后经同轴电缆传输至微机采集和存储系统中保存。本发明设计一种用于测试不排水抗剪强度的微型自落圆盘式动力触探装置，尺寸小，是一种动态的触探装置，使该装置自由下落，以一定的速度贯入到土或软粘土中，并用粒子图像测速技术，记录贯入的位移或速度。通过得到动锥头阻力，最终通过计算得到土的不排水抗剪强度。

有益效果：在岩土工程实践中，土体不排水抗剪强度的确定至关重要，而测试土特别是软粘土的不排水抗剪强度也有一定的难度。室内测试技术存在土样被扰动，往往不能代表土层的原始状态指标。原位测试技术如静力触探、孔压静力触探等，存在测试土的不排水抗剪强度精度不高的问题。全流型静力触探是准静态贯入方式，耗时较长、费用较高。

本发明提出的用于测试不排水抗剪强度的微型自落圆盘式动力触探装置，解决了国内现有的测试技术存在评价不排水抗剪强度不能快速、准确的缺陷，通过设置微型探头，以自由下落的动力状态，进行廉价、方便、快捷地评价土的不排水抗剪强度。该顶技术具有可靠、经济、快速与可重复性的特点。

附图说明

图1是本发明采用的用于测试不排水抗剪强度的微型自落圆盘式动力触探装置图；

其中有：同轴电缆1、磁性夹具2、探杆3、稳定尾翼4、第一重物5.1、第二重物5.2、粗糙纹理6、圆盘式锥头7、锥头阻力传感器8。

具体实施方式

本发明的用于测试不排水抗剪强度的微型自落圆盘式动力触探装置中心为探杆3，探杆3的中部为同轴电缆1，探杆3的顶部为磁性夹具2，磁性夹具2的下部为四个对称的稳定尾翼4，稳定尾翼4用来保障该装置自由落体时的空间稳定性。稳定尾翼4的下部为第一重物5.1和第二重物5.2，探杆3中下部的外侧带有粗糙纹理6，探杆3的底端为圆盘式锥头7，圆盘式锥头7的内部为锥头阻力传感器8，同轴电缆1贯穿整个探杆3，并与锥头阻力传感器8相连。顶部的磁性夹具2可由额外的固定装置固定住。四个对称的稳定尾翼4主要是保证该装置在自由下落时的空间稳定。探杆3中下部的不同纹理6保证装置自由下落时，能通过粒子图像测速技术，记录或计算探杆贯入的位移和速度。圆盘式锥头7直径是探杆3直径的若干倍，也可以通过改变锥头直径来适应不同土层的特殊性。锥头阻力传感器8在感应到阻力的变化后经同轴电缆1传输至微机采集和存储系统中保存。

探杆3长度设计为400mm，直径为7mm。

四个对称的稳定尾翼4均为塑料制作，形状为三角形状，三角形顶底边为25mm，高度为35mm。

第一重物5.1和第二重物5.2均为黄铜制作，重量各为30g。

圆盘式锥头7厚度为5mm，直径为20mm。

本发明的用于测试不排水抗剪强度的微型自落圆盘式动力触探装置由同轴电缆、探杆、磁性夹具、四个对称的稳定尾翼、两个重物、探杆中下部的纹理、圆盘式锥头以及锥头阻力传感器组成。本发明的用于测试不排水抗剪强度的微型自落圆盘式动力触探装置，尺寸小，是一种动态的触探装置，使该装置自由下落，以一定的速度贯入到土中，并用粒子图像测速技术，记录贯入的位移或速度。锥头阻力传感器在感应到阻力的变化后经同轴电缆传输至微机采集和存储系统中保存，通过得到动锥头阻力，最终通过计算得到土的不排水抗剪强度。

本发明的用于测试不排水抗剪强度的微型自落圆盘式动力触探装置，其土的不排水抗剪强度s_u，可通过下式计算：

$s_u=\frac{q_d}{N_c{R}_f}$

式中q_d为圆盘式锥头阻力，可由锥头阻力传感器得到，同时也可间接地通过加速计装置或粒子图像技术获得。R_f为速度系数，N_c为承载力系数，N_c可由下式获得：

$N_c=4.34\[1+{\left(\frac{h}{d}\right)}^{0.153}\]$

式中d为圆盘半径，h为贯入深度。

速度系数R_f可由下式获得：

$R_f=\frac{q_d}{q_s}$

式中q_s为静锥头阻力，即可通过恒定速度贯入土中得到。

Claims (5)

1.一种用于测试不排水抗剪强度的微型自落圆盘式动力触探装置，其特征在于该装置以探杆(3)为主体，探杆(3)的中部贯穿同轴电缆(1)，探杆(3)的顶部设置磁性夹具(2)，磁性夹具(2)的下部设有四个对称探杆(3)的稳定尾翼(4)，稳定尾翼(4)用来保障该装置自由落体时的空间稳定性；稳定尾翼(4)的下部为第一重物(5.1)和第二重物(5.2)，在第二重物(5.2)下部的探杆(3)部分的外侧带有粗糙纹理(6)，探杆(3)的底端设有圆盘式锥头(7)，圆盘式锥头(7)的内部设有锥头阻力传感器(8)，同轴电缆(1)贯穿整个探杆(3)，并与锥头阻力传感器(8)相连。

2.根据权利要求1所述的用于测试不排水抗剪强度的微型自落圆盘式动力触探装置，其特征在于探杆(3)长度为400mm，直径为7mm。

3.根据权利要求1所述的用于测试不排水抗剪强度的微型自落圆盘式动力触探装置，其特征在于四个对称的稳定尾翼(4)均为塑料制作，形状为三角形状，三角形顶边为25mm，高度为35mm。

4.根据权利要求1所述的用于测试不排水抗剪强度的微型自落圆盘式动力触探装置，其特征在于第一重物(5.1)和第二重物(5.2)均为黄铜制作，重量各为30g。

5.根据权利要求1所述的用于测试不排水抗剪强度的微型自落圆盘式动力触探装置，其特征在于圆盘式锥头(7)厚度为5mm，直径为20mm。