CN106480869B - 一种单轮式海床静力触探贯入设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种单轮式海床静力触探贯入设备，包括转轮(1)、机架、贯入仪(4)、电机(5)、蓄电池(8)、承台(9)。蓄电池安装在承台内部，贯入仪、机架安装在承台上，转轮安装在机架上。转轮上绕卷有链式静力触探探杆，链式静力触探探杆的首端上设置有静力触探探头(10)，链式静力触探探杆的首端伸入贯入仪内。电机用于驱动贯入仪，贯入仪用于将链式静力触探探杆贯入到土中及从土中提升。本发明不需要每隔一米人工连接探杆，通过静力触探探头连续、匀速贯入获取锥尖阻力、侧壁摩阻力以及孔隙水压力参数，再通过计算公式求出土的准确参数，具有快速性、连续性、可靠性和可重复性的特点。

Description

一种单轮式海床静力触探贯入设备
技术领域
本发明是一种单轮式海床静力触探贯入设备，特别是岩土工程领域中一种能够快速地测试海底土层力学性质的静力触探设备，更是一种能够直接获取岩土参数的原位测试装置。
背景技术
随着我国经济的快速发展，技术不断地提高，交流变得日益频繁，因此跨海大桥、过江隧道都随处可见，此外海洋资源的开发，海上风电的兴起都需要获取水下原位准确的岩土参数。水下土的取样很困难，加上取样造成的扰动都为设计、生产带来很多问题，因此水上静力触探成为了一种理想的获取岩土参数的手段。水上静力触探即是将静力触探设备通过船只运到需要测试的地方，通过船上的起重设备，用缆绳将贯入设备放置在海床上，通过贯入设备连续地将静力触探探头贯入土中，获取锥尖阻力、侧壁摩阻力以及孔隙水压力参数，通过参数的分析准确地计算出土的各项参数。由于海上项目深度大，目前的贯入设备都需要人工连接探杆，且不能完全自动化，耗时耗力。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的需要人工连接探杆，不能完全自动化，耗时耗力等不足，提供一种单轮式海床静力触探贯入设备。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种单轮式海床静力触探贯入设备，包括转轮(1)、机架、贯入仪(4)、电机(5)、蓄电池(8)、承台(9)，所述蓄电池(8)安装在承台(9)内部，所述贯入仪(4)、机架安装在承台(9)上，所述转轮(1)安装在机架上，所述转轮(1)上绕卷有链式静力触探探杆，所述链式静力触探探杆的首端上设置有静力触探探头(10)；所述链式静力触探探杆的首端伸入贯入仪(4)内，所述电机(5)用于驱动贯入仪(4)，而所述贯入仪(4)用于将链式静力触探探杆贯入到土中及从土中提升。
进一步的，所述链式静力触探探杆包括一节以上的静力触探探杆(12)，所述静力触探探杆(12)为圆台状，且上底面直径大于下底面直径，所述静力触探探杆(12)的上底面内壁设有环状凹槽(13)，而下底面外壁设有环状凸起部(14)，通过下底面的凸起部卡入相邻一节上底面的凹槽进行连接；所述链式静力触探探杆由钢缆(11)进行串连。
进一步的，所述承台(9)上设有水动力发电机(6)，所述水动力发电机(6)为蓄电池蓄电，所述水动力发电机(6)通过支座(7)安装在所述承台(9)上。
进一步的，所述水动力发电机(6)外壳为圆筒，圆筒为中空结构，所述圆筒内部有一螺旋桨，螺旋桨一侧安装有一圆形线圈，所述圆筒内壁两侧对称安装有两块磁铁，一块为S级，一块为N级，所述线圈与蓄电池电连接。
进一步的，所述承台(9)为一个长方体，其长度为2m～2.5m，宽度为2m～2.5m，高为0.5m～0.75m；所述转轮(1)半径为0.75m～1m。
进一步的，所述机架主要由垫夹板(2)和钢架(3)组成，所述转轮(1)中心有空心圆柱作为轴连接垫夹板(2)和钢架(3)，所述钢架(3)采用的钢材厚度＞5mm，高度为3m～4m，所述垫夹板(2)主要为两块钢板。
本发明的有益效果为：
与传统海床式孔压静力触探设备相比，本发明解决了放置在水下静力触探探头不能连续贯入的缺点，由电机驱动贯入仪，从而使静力触探探头连续贯入，且不需要每隔一米人工连接探杆，通过静力触探探头连续、匀速贯入获取锥尖阻力、侧壁摩阻力以及孔隙水压力参数，再通过计算公式求出土的准确参数。获得的参数不要进行角度校正，大大地减少了工作量。本发明具有快速性、连续性、可靠性和可重复性的特点。
附图说明
图1是本发明单轮式海床静力触探贯入设备的结构示意图；
图2是本发明单轮式海床静力触探贯入设备的链式静力触探探杆连接示意图；
图3是本发明单轮式海床静力触探贯入设备的单个静力触探探杆剖面图。
附图标记说明
1-转轮、2-垫夹板、3-钢架、4-贯入仪、5-电机、6-水动力发电机、7-支座、8-蓄电池、9-承台、10-静力触探探头、11-钢缆、12-静力触探探杆、13-凹槽、14-凸起部。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
如图1所示的单轮式海床静力触探贯入设备，包括转轮、机架、贯入仪、电机、蓄电池、承台。蓄电池安装在承台内部，贯入仪、机架安装在承台上，转轮安装在机架上，转轮上绕卷有链式静力触探探杆，链式静力触探探杆的首端上设置有静力触探探头。链式静力触探探杆的首端伸入贯入仪内，电机用于驱动贯入仪，贯入仪用于将链式静力触探探杆贯入到土中及从土中提升。
承台上设有水动力发电机，为蓄电池蓄电，水动力发电机通过支座安装在承台上。水动力发电机外壳为圆筒，圆筒为中空结构，圆筒内部有一螺旋桨，螺旋桨一侧安装有一圆形线圈。圆筒内壁两侧对称安装有两块磁铁，一块为S级，一块为N级。水流可以通过圆筒，带动螺旋桨转动，线圈通过螺旋桨带动转动，根据磁生电的原理将产生的电量传递给蓄电池。
承台为一个长方体，其长度为2m～2.5m，宽度为2m～2.5m，高为0.5m～0.75m。转轮半径为0.75m～1m。机架主要由垫夹板和钢架组成，转轮中心有空心圆柱作为轴连接垫夹板和钢架，钢架采用的钢材厚度＞5mm，高度为3m～4m，垫夹板主要为两块钢板。
如图2所示，链式静力触探探杆包括一节以上的静力触探探杆，静力触探探杆为圆台状，且上底面直径大于下底面直径，静力触探探杆的上底面内壁设有环状凹槽，而下底面外壁设有环状凸起部，通过下底面的凸起部卡入相邻一节上底面的凹槽进行连接。链式静力触探探杆由钢缆进行串连。
下面阐述应用本发明的具体方法步骤及相应工作原理：
使用轮船或者搭建水上平台，用起吊设备将本装置吊装至水下需要试验的地点，承台支撑整个设备，蓄电池为电机供电。启动电机，电机驱动贯入仪带动链式静力触探探杆向土中贯入。链式静力触探探杆与转轮间的摩擦力带动转轮转动，向土中贯入时，由于挤压作用转轮上的链式静力触探探杆被压紧，直径小的下底面滑向相邻一节静力触探探杆的上底面，进一步的凸起部卡入凹槽形成直杆实现稳定连接。当静力触探探头完全竖直时通过连续、匀速贯入获取锥尖阻力、侧壁摩阻力以及孔隙水压力参数，贯入过程不需要人工增加探杆，由设备自行工作，减少了工作量。
在工作结束后，在电机的驱动下，调控贯入仪带动链式静力触探探杆从土中提升。由于探头在土中，向上提升时会有足够的摩擦力，以及探头的自重使提升时嵌入凹槽的凸起部能顺利滑出，从而解除静力触探探杆间的连接，而钢缆不会使静力触探探杆散乱。当探头离地面很近，土中摩擦力较小时，就可通过人工取下最后几节探杆直接收回。
设备承台上的水动力发电机，通过水流在发电机内部的流通，带动螺旋桨与线圈的转动，由磁生电的原理产生电提供给蓄电池，实现持续供电。
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 (5)

1.一种采用单轮式海床静力触探贯入设备获取岩土参数的原位测试方法，其特征在于：包括转轮(1)、机架、贯入仪(4)、电机(5)、蓄电池(8)、承台(9)，所述蓄电池(8)安装在承台(9)内部，所述贯入仪(4)、机架安装在承台(9)上，所述转轮(1)安装在机架上，所述转轮(1)上绕卷有链式静力触探探杆，所述链式静力触探探杆的首端上设置有静力触探探头(10)；所述链式静力触探探杆的首端伸入贯入仪(4)内，所述电机(5)用于驱动贯入仪(4)，而所述贯入仪(4)用于将链式静力触探探杆贯入到土中及从土中提升；
所述链式静力触探探杆包括一节以上的静力触探探杆(12)，所述静力触探探杆(12)为圆台状，且上底面直径大于下底面直径，所述静力触探探杆(12)的上底面内壁设有环状凹槽(13)，而下底面外壁设有环状凸起部(14)，通过下底面的凸起部卡入相邻一节上底面的凹槽进行连接；所述链式静力触探探杆由钢缆(11)进行串连；
启动电机，电机驱动贯入仪带动链式静力触探探杆向土中贯入，链式静力触探探杆与转轮间的摩擦力带动转轮转动，向土中贯入时，由于挤压作用转轮上的链式静力触探探杆被压紧，直径小的下底面滑向相邻一节静力触探探杆的上底面，凸起部卡入凹槽形成直杆实现稳定连接；当静力触探探头完全竖直时通过连续、匀速贯入获取锥尖阻力、侧壁摩阻力以及孔隙水压力参数；
在工作结束后，在电机的驱动下，调控贯入仪带动链式静力触探探杆从土中提升；由于探头在土中，向上提升时会有足够的摩擦力，以及探头的自重使提升时嵌入凹槽的凸起部能顺利滑出，从而解除静力触探探杆间的连接，而钢缆不会使静力触探探杆散乱；当探头离地面很近，土中摩擦力较小时，就可通过人工取下最后几节探杆直接收回。
2.如权利要求1所述的采用单轮式海床静力触探贯入设备获取岩土参数的原位测试方法，其特征在于：所述承台(9)上设有水动力发电机(6)，所述水动力发电机(6)为蓄电池蓄电，所述水动力发电机(6)通过支座(7)安装在所述承台(9)上。
3.如权利要求2所述的采用单轮式海床静力触探贯入设备获取岩土参数的原位测试方法，其特征在于：所述水动力发电机(6)外壳为圆筒，圆筒为中空结构，所述圆筒内部有一螺旋桨，螺旋桨一侧安装有一圆形线圈，所述圆筒内壁两侧对称安装有两块磁铁，一块为S级，一块为N级，所述线圈与蓄电池电连接。
4.如权利要求1所述的采用单轮式海床静力触探贯入设备获取岩土参数的原位测试方法，其特征在于：所述承台(9)为一个长方体，其长度为2m～2.5m，宽度为2m～2.5m，高为0.5m～0.75m；所述转轮(1)半径为0.75m～1m。
5.如权利要求1所述的采用单轮式海床静力触探贯入设备获取岩土参数的原位测试方法，其特征在于：所述机架主要由垫夹板(2)和钢架(3)组成，所述转轮(1)中心有空心圆柱作为轴连接垫夹板(2)和钢架(3)，所述钢架(3)采用的钢材厚度＞5mm，高度为3m～4m，所述垫夹板(2)主要为两块钢板。
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