CN105804040A - 一种小型静力触探试验双桥探头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型静力触探试验双桥探头，其特征在于：包括水平放置的空心柱形的锥端体（1），所述锥端体（1）从左到右依次一体连接有用于与锥尖（2）相连的螺纹柱（3）和外面活动式套包有摩擦筒（4）的感应柱（5），所述感应柱（5）包括从左到右依次连接的感应柱前段（6）、感应柱中段（7）和感应柱末段（8），所述感应柱前段（6）的外径小于所述感应柱末段（8）的外径且大于所述感应柱中段（7）的外径，所述感应柱前段（6）上设置有第一压力传感器。本发明提供的一种小型静力触探试验双桥探头，携带便捷、容易贯入、测试精度高、稳定性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种小型静力触探试验双桥探头，属于岩土工程勘察设备技术领域。
背景技术
静力触探试验作为一种重要的原位测试手段，是获得土性参数较准确的方法之一，多年来受到岩土工程界的广泛重视，它具有速度快、数据连续、再现性好、操作省力等优点。该技术是通过将带有探头的锥杆匀速贯入土中，用传感器量测探头上的比贯入阻力p s 阻力（或锥尖阻力q c 、侧壁摩阻力f s ）、超孔隙水压力△u等参数。利用测试结果，可以进行土层划分、辨别土性、确定土的物理力学性质及确定地基土的承载力等，具有较高的精度。
探头作为静力触探设备的核心部件，目前国内应用较广泛的探头规格有锥底面积为10cm2或15cm2的单桥、双桥探头，并且配备履带式、车载式、分体式及适用于海洋勘探的平台式等静探整套设备，可以满足一般场地的勘察要求。但是，架空输电线路等类型工程具有勘察深度浅、孔位相距远等特点，现有的大吨位液压静探机和锥底面积为10cm2、15cm2的单、双桥探头，因设备笨重、贯入阻力大，在类似工程中应用时效率低下，需要的人工劳动强度高，大大限制了静力触探测试的功能，甚至有些特殊场地无法进入现场进行勘察工作。
鉴于输电线路等类型工程的特殊性、当前劳动力成本的提升和市场竞争的白热化，要求勘察设备向轻量化、便携式方向发展，节省成本、提高效率、增强市场竞争力，为弥补勘察领域这一空白具有深远意义。
发明内容
本发明解决的技术问题是，提供一种携带便捷、容易贯入、测试精度高、稳定性好的小型静力触探试验双桥探头。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种小型静力触探试验双桥探头，其特征在于：包括水平放置的空心柱形的锥端体，所述锥端体从左到右依次一体连接有用于与锥尖相连的螺纹柱和外面活动式套包有摩擦筒的感应柱，所述感应柱包括从左到右依次连接的感应柱前段、感应柱中段和感应柱末段，所述感应柱前段的外径小于所述感应柱末段的外径且大于所述感应柱中段的外径，所述感应柱前段上设置有第一压力传感器；所述摩擦筒包括套于所述感应柱前段和感应柱中段外部的摩擦筒前段以及套于所述感应柱末段外部的摩擦筒后段，所述摩擦筒后段的内径大于所述感应柱末段的外径，所述感应柱末段上设置有可前后位移的一字键，所述摩擦筒后段上垂直设置有位于所述一字键左侧的挡板，所述一字键的右侧与顶子左侧相连，所述顶子右侧与侧壁弹性体左侧相连，所述侧壁弹性体右侧与侧壁定位螺套左侧相连，所述侧壁定位螺套右侧与连接套左侧相连，所述连接套右侧与快速接头相连，所述侧壁弹性体与所述侧壁定位螺套的外面套包有保护筒，所述保护筒的左侧延伸至所述摩擦筒右侧内部且与所述一字键右侧之间设置有空隙；所述侧壁弹性体上设置有第二压力传感器；所述锥尖的顶角为60°，底面积为5cm2。
所述一字键、侧壁弹性体和侧壁定位螺套均外包于所述锥端体外面。
所述螺纹柱的左端面设置有45°倒角。
所述感应柱前段和感应柱中段之间由135°倒角相连，所述感应柱中段和感应柱末段之间由135°倒角相连。
所述摩擦筒为空心圆柱体，所述摩擦筒的两端均设置有30°倒角。
所述锥尖的底面设置有45°倒角。
侧壁弹性体左侧设置有用于连接顶子右侧的槽体，侧壁弹性体右侧设置有垂直向向外延伸的凸边，凸边上均匀设置有若干螺孔，驻紧螺丝通过所述螺孔与侧壁定位螺套左侧相连。
顶子的右端面设置有45°倒角。
侧壁定位螺套的左端面设置有45°倒角。
所述感应柱前段上设置有用于放置第一密封圈的第一环形凹槽。
所述保护筒与所述摩擦筒的连接面上设置有用于放置第二密封圈的第二环形凹槽。
所述保护筒右侧与所述连接套左侧之间通过第三密封圈相连。
所述第一压力传感器和第二压力传感器的导线均进入所述锥端体的空心内后由所述快速接头密封引出。
所述快速接头与连接套的连接面上设置有密封环，所述快速接头的外部设置有第四密封圈。
所述一字键中心设置有凹槽，所述顶子左端为弧面并嵌于所述凹槽中。
所述第一压力传感器和第二压力传感器均为电阻应变式压力传感器，且个数均为两个。
所述电阻应变式压力传感器由对称粘贴于所述感应柱前段或侧壁弹性体上的四个阻值接近的应变片组成，两个竖向粘贴，另外两个横向粘贴，构成一组测量桥路；阻值接近为四个应变片的阻值差值小于0.1%。
所述锥尖右侧设置有用于与所述螺纹柱相配合的螺纹凹槽。
所述静力触探试验双桥探头所得到的静力触探试验曲线形态与传统10cm2、15cm2探头所得的数据及曲线基本相同；本发明的小型静力触探试验探头所得到的锥尖阻力q c 和侧壁摩阻力f s 进行修正后的结果与现有规范相匹配，可应用于土层划分和地基承载力的确定。
本发明的有益效果是：（1）实现了将双桥探头规格从目前常用的15cm2与10cm2减小到5cm2，探头尺寸均同步减小，增加了携带的便捷性；（2）通过缩小尺寸降低了探头的贯入阻力，在贯入动力相同条件下使探头的贯入深度更深，或是在同等贯入深度下，降低对贯入动力的要求，使静力触探的整体质量减小，从而更好的发挥静探测试效率，减轻外业劳动强度；（3）各种倒角的设置，进一步降低了探头的贯入阻力，进一步减轻外业劳动强度；（4）实现了测试结果的规范化，本发明所得到的锥尖阻力q c 和侧壁摩阻力f s 进行修正后的结果与现有规范相匹配，可应用于土层划分和地基承载力的确定；（5）实现了微型探头结构的可移植性，本发明所提供的异于传统探头的内部结构，为微型探头结构的优化设计提供了基础。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中锥端体的结构示意图；
图3为图2的左视图；
图4为本发明中摩擦筒的结构示意图；
图5为本发明中锥尖的纵剖面结构示意图；
图6为本发明中锥尖的横剖面结构示意图；
图7为本发明中侧壁弹性体的结构示意图；
图8为图7的右视图；
图9为本发明中一字键的结构示意图；
图10为图9的侧视图；
图11为本发明中顶子的结构示意图；
图12为本发明中侧壁定位螺套的结构示意图；
图13为本发明中连接套的结构示意图。
具体实施方式
结合以下具体实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，以下实例仅是说明性的，本发明的保护内容不局限于此。
如图1~图13所示，一种小型静力触探试验双桥探头，其特征在于：包括水平放置的空心柱形的锥端体1，所述锥端体1从左到右依次一体连接有用于与锥尖2相连的螺纹柱3和外面活动式套包有摩擦筒4的感应柱5，所述感应柱5包括从左到右依次连接的感应柱前段6、感应柱中段7和感应柱末段8，所述感应柱前段6的外径小于所述感应柱末段8的外径且大于所述感应柱中段7的外径，所述感应柱前段6上设置有第一压力传感器；所述摩擦筒4包括套于所述感应柱前段6和感应柱中段7外部的摩擦筒前段11以及套于所述感应柱末段8外部的摩擦筒后段12，所述摩擦筒后段12的内径大于所述感应柱末段8的外径，所述感应柱末段8上设置有可前后位移的一字键13，所述摩擦筒后段12上垂直设置有位于所述一字键13左侧的挡板14，所述一字键13的右侧与顶子15左侧相连，所述顶子15右侧与侧壁弹性体16左侧相连，所述侧壁弹性体16右侧与侧壁定位螺套17左侧相连，所述侧壁定位螺套17右侧与连接套18左侧相连，所述连接套18右侧与快速接头19相连，所述侧壁弹性体16与所述侧壁定位螺套17的外面套包有保护筒20，所述保护筒20的左侧延伸至所述摩擦筒4右侧内部且与所述一字键13右侧之间设置有空隙21；所述侧壁弹性体16上设置有第二压力传感器；所述锥尖2的顶角为60°，底面积为5cm2。
所述感应柱前段6上设置有用于放置第一密封圈9的第一环形凹槽10。
所述保护筒20与所述摩擦筒4的连接面上设置有用于放置第二密封圈22的第二环形凹槽23。
所述保护筒20右侧与所述连接套18左侧之间通过第三密封圈24相连。
所述第一压力传感器和第二压力传感器的导线均进入所述锥端体1的空心内后由所述快速接头19密封引出。
所述快速接头19与连接套18的连接面上设置有密封环25，所述快速接头19的外部设置有第四密封圈26。
所述一字键13中心设置有凹槽28，所述顶子15左端为弧面并嵌于所述凹槽28中。
摩擦筒4、一字键13、顶子15可自由活动，受外力时依次将作用传递至所述侧壁弹性体16的第二压力传感器上；侧壁弹性体16固定于侧壁定位螺套17上。
所述第一压力传感器和第二压力传感器均为电阻应变式压力传感器，且个数均为两个。第一压力传感器和第二压力传感器之间不受相互影响。
所述电阻应变式压力传感器由对称粘贴于所述感应柱前段6或侧壁弹性体16上的四个阻值接近的应变片组成，两个竖向粘贴，另外两个横向粘贴，构成一组测量桥路；阻值接近为四个应变片的阻值差值小于0.1%。
所述锥尖2右侧设置有用于与所述螺纹柱3相配合的螺纹凹槽27
本发明的尺寸与传统10cm2、15cm2探头相比，进行了等比例缩小：锥尖2的顶角为60°，直径为25.4mm，底面积为5cm2；摩擦筒4的长度为128mm，表面积为100cm2。
图1是本发明的结构总成的结构示意图，一种小型静力触探试验双桥探头，包括锥尖系统、侧壁系统和连接系统三部分。锥尖系统由锥尖2、第一密封圈9和锥端体1组成；侧壁系统由摩擦筒4、一字键13、第二密封圈22、顶子15、侧壁弹性体16和侧壁定位螺套17组成；连接系统由连接套18、快速接头19、密封环25、第三密封圈24和第四密封圈26组成。
图2~图3是本发明的锥端体1的纵剖面及横剖面结构示意图，锥端体1前端与锥尖2采用螺纹固定连接，外侧套有摩擦筒4，后端与快速接头19连接。
图4是本发明的摩擦筒4纵剖面结构示意图，为防止摩擦筒4贯入时受土压力挤压变形，增加了摩擦筒材料的硬度。
图5~图6是本发明的锥尖2的纵剖面及横剖面结构示意图，锥尖2的顶角为60°，内部空心并预制螺纹，使用时与锥端体1相接。
图7~图8是本发明的侧壁弹性体16的纵剖面及横剖面结构示意图，侧壁弹性体16通过后端4个驻紧螺丝固定在侧壁定位螺套17上，前端与顶子15接触，内部安装有电阻应变式压力传感器。
图9~图10是本发明的一字键13的横剖面及纵剖面结构示意图，一字键13为刚性圆饼状，一面中心有凹槽28供固定顶子15，可自由活动，受摩擦筒4作用时可向后推动顶子15。
图11是本发明的顶子15的纵剖面结构示意图，顶子15前端受力点为弧面设计，嵌于一字键13中心的凹槽28中，后端与侧壁弹性体16中的第二压力传感器连接。
图12是本发明的侧壁定位螺套17的纵剖面结构示意图，侧壁定位螺套17中空，外圈有4个螺纹孔用于固定侧壁弹性体16。
图13是本发明的连接套18的纵剖面结构示意图，连接套18为连接系统与侧壁系统的连接部件，两端外侧有第三密封圈24和第四密封圈26，内嵌密封环25。
本发明的工作过程如下：静力触探试验作业过程中，本发明的探头贯入土体中时，锥尖2受土压力作用产生微小形变并将形变传递给锥端体1上的第一压力传感器，第一压力传感器电阻值发生变化，将压力信号转化为电信号，通过第一压力传感器引出的4根导线穿过4个小孔在主体筒内孔（即锥端体的空心）中引出；摩擦筒4受筒侧土体摩擦力作用向后产生微小位移，摩擦筒4内侧压住一字键13，一字键13顶住连接侧壁弹性体16的顶子15，使侧壁弹性体16产生微量变形，侧壁弹性体15上的第二压力传感器将压力信号转化为电信号，并通过4根导线穿过主体筒的另4个小孔到主体筒内孔，与锥端体1的导线一起经过密封环25、快速接头19的密封引出，通过电缆传输至量测系统。
本发明实现了微型化、轻量化和标准化，大幅度减小了探头的尺寸和重量，优化了传感器的布置结构，从而成功提高了锥尖阻力、侧壁摩阻力测试的精度，并且实现了内部结构的防水效果，与传统探头相比，具有更加轻便、更易贯入、稳定性好等优点。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种小型静力触探试验双桥探头，其特征在于：包括水平放置的空心柱形的锥端体（1），所述锥端体（1）从左到右依次一体连接有用于与锥尖（2）相连的螺纹柱（3）和外面活动式套包有摩擦筒（4）的感应柱（5），所述感应柱（5）包括从左到右依次连接的感应柱前段（6）、感应柱中段（7）和感应柱末段（8），所述感应柱前段（6）的外径小于所述感应柱末段（8）的外径且大于所述感应柱中段（7）的外径，所述感应柱前段（6）上设置有第一压力传感器；所述摩擦筒（4）包括套于所述感应柱前段（6）和感应柱中段（7）外部的摩擦筒前段（11）以及套于所述感应柱末段（8）外部的摩擦筒后段（12），所述摩擦筒后段（12）的内径大于所述感应柱末段（8）的外径，所述感应柱末段（8）上设置有可前后位移的一字键（13），所述摩擦筒后段（12）上垂直设置有位于所述一字键（13）左侧的挡板（14），所述一字键（13）的右侧与顶子（15）左侧相连，所述顶子（15）右侧与侧壁弹性体（16）左侧相连，所述侧壁弹性体（16）右侧与侧壁定位螺套（17）左侧相连，所述侧壁定位螺套（17）右侧与连接套（18）左侧相连，所述连接套（18）右侧与快速接头（19）相连，所述侧壁弹性体（16）与所述侧壁定位螺套（17）的外面套包有保护筒（20），所述保护筒（20）的左侧延伸至所述摩擦筒（4）右侧内部且与所述一字键（13）右侧之间设置有空隙（21）；所述侧壁弹性体（16）上设置有第二压力传感器；所述锥尖（2）的顶角为60°，底面积为5cm2。
2.根据权利要求1所述的一种小型静力触探试验双桥探头，其特征在于：所述感应柱前段（6）上设置有用于放置第一密封圈（9）的第一环形凹槽（10）。
3.根据权利要求1所述的一种小型静力触探试验双桥探头，其特征在于：所述保护筒（20）与所述摩擦筒（4）的连接面上设置有用于放置第二密封圈（22）的第二环形凹槽（23）。
4.根据权利要求1所述的一种小型静力触探试验双桥探头，其特征在于：所述保护筒（20）右侧与所述连接套（18）左侧之间通过第三密封圈（24）相连。
5.根据权利要求1所述的一种小型静力触探试验双桥探头，其特征在于：所述第一压力传感器和第二压力传感器的导线均进入所述锥端体（1）的空心内后由所述快速接头（19）密封引出。
6.根据权利要求1所述的一种小型静力触探试验双桥探头，其特征在于：所述快速接头（19）与连接套（18）的连接面上设置有密封环（25），所述快速接头（19）的外部设置有第四密封圈（26）。
7.根据权利要求1所述的一种小型静力触探试验双桥探头，其特征在于：所述一字键（13）中心设置有凹槽（28），所述顶子（15）左端为弧面并嵌于所述凹槽（28）中。
8.根据权利要求1所述的一种小型静力触探试验双桥探头，其特征在于：所述第一压力传感器和第二压力传感器均为电阻应变式压力传感器，且个数均为两个。
9.根据权利要求8所述的一种小型静力触探试验双桥探头，其特征在于：所述电阻应变式压力传感器由对称粘贴于所述感应柱前段（6）或侧壁弹性体（16）上的四个阻值接近的应变片组成，两个竖向粘贴，另外两个横向粘贴，构成一组测量桥路；阻值接近为四个应变片的阻值差值小于0.1%。
10.根据权利要求1所述的一种小型静力触探试验双桥探头，其特征在于：所述锥尖（2）右侧设置有用于与所述螺纹柱（3）相配合的螺纹凹槽（27）。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |