CN107761694A - 一种水下孔压静力触探探头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下孔压静力触探探头，包括锥头、锥尖阻力检测装置、压块、摩擦套筒、侧壁摩擦力传感器、孔隙水压力检测装置和信号接收装置，孔隙水压力检测装置设于锥头内，压块与信号接收装置底部相连，侧壁摩擦力传感器设于压块下，侧壁摩擦力传感器下设顶头，顶头顶住侧壁摩擦力传感器，顶头下方设三角爪且三角爪爪子可在顶头内活动，三角爪底部与锥尖阻力检测装置顶部相连，锥尖阻力检测装置底部与锥头顶部相连，摩擦套筒设有凸起，凸起顶住顶头，摩擦套筒套住锥尖阻力检测装置、压块、侧壁摩擦力传感器、三角爪和顶头，锥头设于摩擦套筒底部，锥尖阻力检测装置、侧壁摩擦力传感器和孔隙水压力检测装置与信号接收装置通过信号线连接。

Description

一种水下孔压静力触探探头

技术领域

本发明属于水下地质原位勘探领域，具体涉及一种水下孔压静力触探探头。

背景技术

孔压静力触探是工程地质勘察中的一项原位测试方法，可用于划分土层，判定土层类别，查明软硬夹层及土层在水平和垂直方向的均匀性，评价地基土的工程特性。

在进行孔压静力触探时，使用准静力将一个内部装有锥尖阻力传感器、侧壁摩擦力传感器、孔隙水压力传感器的触探头以匀速压入土中，由于地层中各种土的土质不同，力学性能不同，探头所受的阻力自然也不一样，传感器将这种大小不同的贯入阻力通过电信号输入到记录仪表中记录下来，再通过贯入阻力、孔隙水压力与土的工程地质特征之间的定性关系和统计相关关系，来获取土层参数。

随着海洋工程的发展，海洋孔压静力触探的重要性也逐渐显现出来。目前全球研发海洋静力触探的公司主要集中在欧州一些发达国家如荷兰辉固公司、荷兰范登堡公司等，本发明即为一种可用于深海的孔压静力触探探头。

发明内容

针对上述现有问题，本发明要解决的技术问题在于提供可用于水下或深海孔压静力触探，并且针对海底沉积物等松软土质的锥尖阻力和侧壁摩擦力较小，通过三角爪和顶头之间的配合能够有效的分别测量锥尖阻力、侧壁摩擦力和孔隙水压力的一种水下孔压静力触探探头。

本发明提供一种水下孔压静力触探探头，包括锥头、锥尖阻力检测装置、三角爪、压块、摩擦套筒、侧壁摩擦力传感器、孔隙水压力检测装置和信号接收装置，所述信号接收装置内部设有用于补偿压力的压力补偿装置，所述孔隙水压力检测装置设于所述锥头的上方，所述压块与所述信号接收装置的底部相连，所述侧壁摩擦力传感器设于所述压块下方，所述侧壁摩擦力传感器下方设有顶头，所述顶头用于顶住所述侧壁摩擦力传感器，所述顶头套在三角爪的三个爪子上且所述顶头可在三角爪上沿轴向运动，所述三角爪的底部与所述锥尖阻力检测装置的顶部相连，所述锥尖阻力检测装置的底部与所述孔隙水压力检测装置顶部相连，所述摩擦套筒设有凸起，所述凸起用于顶住所述顶头，所述摩擦套筒用于套住所述锥尖阻力检测装置、压块、侧壁摩擦力传感器、三角爪和顶头，所述锥头设于所述摩擦套筒的底部，所述锥尖阻力检测装置、侧壁摩擦力传感器和孔隙水压力检测装置与所述信号接收装置通过信号线连接。

优选地，所述锥尖阻力检测装置包括锥尖阻力传感器，所述锥尖阻力传感器的底部设有孔隙水压力传感器支座，所述孔隙水压力传感器支座的底部与所述锥头的顶部相连，所述锥尖阻力传感器的顶部与所述三角爪的底部相连，所述锥尖阻力传感器与所述信号接收装置通过信号线连接。

优选地，所述孔隙水压力检测装置包括第一透水石和孔隙水压力传感器，所述第一透水石设于所述锥头的表面，所述第一透水石与所述孔隙水压力传感器相通，所述孔隙水压力传感器与所述信号接收装置通过信号线连接。

优选地，所述信号接收装置包括电路舱、电路板、电路板支架、水密接插件和电路舱端盖，所述电路舱的底部与所述压块的顶部相连，所述电路板和电路板支架设于所述电路舱的内部，所述电路舱端盖设于所述水密接插件的底部，所述电路舱端盖的底部与所述电路舱的顶部相连，所述电路板支架设于所述电路舱端盖的底部，所述电路板设于所述电路板支架的底部，所述电路板用于接收和处理所述侧壁摩擦力传感器、孔隙水压力检测装置和锥尖阻力检测装置所检测的数据，所述水密接插件可将所述电路板处理后的数据传输至外界。

优选地，所述压力补偿装置包括第二透水石、补偿油囊和油囊内杆，所述补偿油囊设于所述油囊内杆的内部，所述油囊内杆采用上下双向开口的结构且侧壁有孔与油囊相通，所述第二透水石设于所述信号接收装置上并与所述补偿油囊相连通。

优选地，所述孔隙水压力传感器支座用于套在所述孔隙水压力传感器的外部，所述第一透水石设有可提供支撑作用的第一透水石支撑件。

优选地，所述油囊内杆顶部的外侧设有容线器，所述容线器用于提供信号接收装置与侧壁摩擦力传感器、孔隙水压力检测装置和锥尖阻力检测装置之间通过信号线连接的通道。

优选地，所述信号接收装置还包括水密穿舱件，所述水密穿舱件内部设有信号线的通道并且密封，所述水密穿舱件设于所述容线器顶部，所述水密穿舱件与所述电路舱内壁连接，所述水密穿舱件内的空腔与所述容线器之间相连通。

优选地，还包括第一密封圈、第二密封圈、第三密封圈、第四密封圈和第五密封圈，所述第一密封圈设于所述孔隙水压力传感器支座和摩擦套筒之间，所述第二密封圈设于所述压块和摩擦套筒之间，所述第三密封圈设于所述油囊内杆和压块之间，所述第四密封圈设于所述容线器和水密穿舱件之间，所述第五密封圈设于孔隙水压力传感器支座和孔隙水压力传感器之间。

优选地，还包括第六密封圈和第七密封圈，所述第六密封圈设于水密穿舱件和电路舱之间，所述第七密封圈设于所述电路舱和电路舱端盖之间。

优选地，还包括第一密封圈、第二密封圈、第三密封圈、第四密封圈和第五密封圈，所述第一密封圈设于所述孔隙水压力传感器支座和摩擦套筒之间，所述第二密封圈设于所述压块和摩擦套筒之间，所述第三密封圈设于所述油囊内杆和压块之间，所述第四密封圈设于所述容线器和水密穿舱件之间，所述第五密封圈设于孔隙水压力传感器支座和孔隙水压力传感器之间。

优选地，还包括第六密封圈和第七密封圈，所述第六密封圈设于水密穿舱件和电路舱之间，所述第七密封圈设于所述电路舱和电路舱端盖之间。

本发明的有益效果在于：

本发明的一种水下孔压静力触探探头，本装置通过所述摩擦套筒内部的三角爪和顶头之间的配合，可以实现所述三角爪的爪子上下自由移动，实现了在阻力较小的海底细软土质中的锥尖阻力与侧壁摩擦力分别测量，而且与此同时还能可有效测量孔隙水压力，并将采集后的数据稳定并可靠的输出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种水下孔压静力触探探头的外部结构示意图

图2为本发明一种水下孔压静力触探探头的A-A的剖视图；

图3为本发明一种水下孔压静力触探探头的三块放大区域的示意图；

图4为本发明一种水下孔压静力触探探头图2的A处放大示意图；

图5为本发明一种水下孔压静力触探探头图2的B处放大示意图；

图6为本发明一种水下孔压静力触探探头图2的C处放大示意图。

图中，1为锥头，2为第一透水石，3为第一透水石支撑件，4为孔隙水压力传感器支座，5为第一密封圈，6为孔隙水压力传感器，7为第五密封圈，8为锥尖阻力传感器，9为摩擦套筒，10为三角爪，11为顶头，12为侧壁摩擦力传感器，13为压块，14为第二密封圈，15为第三密封圈，16为补偿油囊，17为油囊内杆，18为第二透水石，19为容线器，20为第四密封圈，21为水密穿舱件，22为第六密封圈，23为电路舱，24为电路板，25为电路板支架，26为电路舱端盖，27为第七密封圈，28为水密接插件，29为凸起。

具体实施方式

为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，并结合附图对本发明做进一步的说明。

参见图1至图6，一种水下孔压静力触探探头，包括锥头1、锥尖阻力检测装置、压块13、摩擦套筒9、侧壁摩擦力传感器12、孔隙水压力检测装置和信号接收装置，所述信号接收装置内部设有用于补偿压力的压力补偿装置，所述孔隙水压力检测装置设于所述锥头1的上方，所述压块13与所述信号接收装置的底部相连，所述侧壁摩擦力传感器12设于所述压块13下方，所述侧壁摩擦力传感器12下方设有顶头11，所述顶头11用于顶住所述侧壁摩擦力传感器12，所述顶头11下方设有三角爪10且三角爪10的爪子可在所述顶头11内上下活动，所述三角爪10的底部与所述锥尖阻力检测装置的顶部相连，所述锥尖阻力检测装置的底部与所述孔隙水压力检测装置的顶部相连，所述摩擦套筒9设有凸起29，所述凸起29用于顶住所述顶头11，所述摩擦套筒9用于套住所述锥尖阻力检测装置、压块13、侧壁摩擦力传感器12、三角爪10和顶头11，所述锥头1设于所述摩擦套筒9的底部，所述锥尖阻力检测装置、侧壁摩擦力传感器12和孔隙水压力检测装置与所述信号接收装置通过信号线(未示出)连接，所述侧壁摩擦力传感器12置于顶头11上方的圆柱形区域并且所述侧壁摩擦力传感器12被压块13挡住无法向上运动，当摩擦套筒9受到的侧壁摩擦力时，可将侧壁摩擦力通过凸起29依次传递到顶头11、侧壁摩擦力传感器12，压块13，然后将所述侧壁摩擦力传感器12所采集的信号传递至信号接收装置。当锥头1受力时，所述锥头1可以将所受的力通过孔隙水压力检测装置传递至所述锥尖阻力检测装置，由于所述锥尖阻力检测装置的顶部与所述三角爪10相连，故所述锥尖阻力检测装置可将孔隙水压力检测装置所受的力传递至所述三角爪10，再由三角爪10传递到其上方的压块13，将所述锥尖阻力检测装置采集到的信号传递到信号接收处理装置。由于所述顶头11套在所述三角爪10的三个爪子上且所述顶头11可在所述三角爪上沿轴向小距离运动，因此可使锥尖阻力和侧壁摩擦力两者之间测量不受干扰，因此实现了锥尖阻力与侧壁摩擦力的分别测量，而所述孔隙水压力检测装置与所述锥头1相通，同时也实现了孔隙水压力的检测，大大提高了本装置在检测中的效率。

具体的，所述锥尖阻力检测装置包括锥尖阻力传感器8，所述锥尖阻力传感器8的底部设有孔隙水压力传感器支座4，所述孔隙水压力传感器支座4的底部与所述锥头1的顶部相连，所述锥尖阻力传感器8的顶部与所述三角爪10的底部相连，所述锥尖阻力传感器8与所述信号接收装置通过信号线(未示出)连接，当锥头1受力时，所述锥头1可以将所受的力传递孔隙水压力传感器支座4，进而传递至所述至所述锥尖阻力传感器8，由于三角爪10的爪子可在顶头11内自由的上下运动，通过所述锥尖阻力传感器8上方三角爪10的爪子与顶头11间隙配合，因此可使锥尖阻力和侧壁摩擦力两者之间测量不受干扰。

具体的，所述孔隙水压力检测装置包括第一透水石2和孔隙水压力传感器6，所述第一透水石2设于所述锥头1的表面，所述第一透水石2与所述孔隙水压力传感器6相通，所述孔隙水压力传感器6与所述信号接收装置通过信号线(未示出)连接，通过所述第一透水石2将外界的水压传递至所述孔隙水压力传感器6，而孔隙水压力传感器6通过差压方式获得所测外界水压力，所述孔隙水压力传感器6顶部压力为本装置的内部油压，且本装置的内部油压与环境海水压力相当，因此可有效测量土层的孔隙水压力。

具体的，所述信号接收装置包括电路舱23、电路板24、电路板支架25、水密接插件28和电路舱端盖26，所述电路舱23的底部与所述压块13的顶部相连，所述电路板24和电路板支架25设于所述电路舱23的内部，所述电路舱端盖26设于所述水密接插件28的底部，所述电路舱端盖26的底部与所述电路舱23的顶部相连，所述电路板支架25设于所述电路舱端盖26的底部，所述电路板24设于所述电路板支架25的底部，所述电路板24用于接收和处理所述侧壁摩擦力传感器12、孔隙水压力检测装置和锥尖阻力检测装置所检测的数据，所述水密接插件28可将所述电路板24处理后的数据传输至外界，通过所述电路板24对采集到的数据进行放大、滤波、模数转换，从而转换为稳定可靠的数字信号后并通过所述水密接插件28传递出去，从而可以获得所测压力的精准数据。

具体的，所述压力补偿装置包括第二透水石18、补偿油囊16和油囊内杆17，所述补偿油囊16设于所述油囊内杆17的内部，所述油囊内杆17采用上下双向开口的结构且侧壁有孔与油囊相通，所述第二透水石18设于所述信号接收装置上并与所述补偿油囊16相连通，通过所述补偿油囊16和油囊内杆17的结构，所述压力补偿装置可以为所述锥头1、所述摩擦套筒9、所述压块13和压力补偿装置所组成的密封区域内部充油，使得本装置可用于深海孔压静力触探，从而大大降低了密封要求，所述补偿油囊16内的油液可以充满整个装置的前端，使得孔隙水压力传感器6顶部的油压和环境海水压力相当。

具体的，所述孔隙水压力传感器支座4用于套在所述孔隙水压力传感器6的外部，所述第一透水石2设有可提供支撑作用的第一透水石支撑件3，所述孔隙水压力传感器支座4不仅可以将锥尖阻力传递至所述锥尖阻力传感器8，还可以提供所述孔隙水压力传感器6相应地支撑，防止所述孔隙水压力传感器6因外界海水压力的持续变动而运动致损，因此可以提高孔隙水压力传感器支座4的使用功能的多样性，所述第一透水石支撑件3可提供所述第一透水石2的有效支撑，防止所述第一透水石2的掉落。

具体的，所述油囊内杆17顶部的外侧设有容线器19，所述容线器19用于提供信号接收装置与侧壁摩擦力传感器12、孔隙水压力检测装置和锥尖阻力检测装置之间通过信号线(未示出)连接的通道，通过所述容线器19可将侧壁摩擦力传感器12、孔隙水压力检测装置和锥尖阻力检测装置所测处的数据传输至所述电路板24上，并将电路板24处理后的数据经水密接插件28传输至外界，所述容线器19不仅可以容纳焊接后的信号线(未示出)，而且所述容线器19还可以固定所述油囊内杆17，防止所述油囊内杆17左右晃动，提高了测量的准确性和提高了油囊内杆17的使用寿命。

具体的，所述信号接收装置还包括水密穿舱件21，所述水密穿舱件21设于所述容线器19顶部，所述水密穿舱件21与所述电路舱23内壁固定连接，所述水密穿舱件21内的空腔与所述容线器19之间相连通，所述水密穿舱件21内的空腔与所述容线器19之间相连通处可以实施密封，避免所述补偿油囊16的油液流入所述电路舱23内，防止所述电路舱23内受到油液浸泡而受损。

具体的，还包括第一密封圈5、第二密封圈14、第三密封圈15、第四密封圈20和第五密封圈7，所述第一密封圈5设于所述孔隙水压力传感器支座4和摩擦套筒9之间，所述第二密封圈14设于所述压块13和摩擦套筒9之间，所述第三密封圈15设于所述油囊内杆17和压块13之间，所述第四密封圈20设于所述容线器19和水密穿舱件21之间，所述第五密封圈7设于孔隙水压力传感器支座4和孔隙水压力传感器6之间，通过所述第一密封圈5、第二密封圈14、第三密封圈15、第四密封圈20和第五密封圈7的密封作用，使得本装置的测量端成为一个完整的密封区域，从而实现油水隔离，避免外界的高压海水流入本装置内。

具体的，还包括第六密封圈22和第七密封圈27，所述第六密封圈22设于水密穿舱件21和电路舱23之间，所述第七密封圈27设于所述电路舱23和电路舱端盖26之间，所述通过所述第六密封圈22和第七密封圈27之间的配合，可以实现电路舱23和外界海水和本装置内的油液的密封，防止所述电路舱23内的电器受损。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水下孔压静力触探探头，其特征在于，包括锥头、锥尖阻力检测装置、三角爪、压块、摩擦套筒、侧壁摩擦力传感器、孔隙水压力检测装置和信号接收装置，所述信号接收装置内部设有用于补偿压力的压力补偿装置，所述孔隙水压力检测装置设于所述锥头的上方，所述压块与所述信号接收装置的底部相连，所述侧壁摩擦力传感器设于所述压块下方，所述侧壁摩擦力传感器下方设有顶头，所述顶头用于顶住所述侧壁摩擦力传感器，所述顶头套在三角爪的三个爪子上且所述顶头可在三角爪上沿轴向运动，所述三角爪的底部与所述锥尖阻力检测装置的顶部相连，所述锥尖阻力检测装置的底部与所述孔隙水压力检测装置顶部相连，所述摩擦套筒设有凸起，所述凸起用于顶住所述顶头，所述摩擦套筒用于套住所述锥尖阻力检测装置、压块、侧壁摩擦力传感器、三角爪和顶头，所述锥头设于所述摩擦套筒的底部，所述锥尖阻力检测装置、侧壁摩擦力传感器和孔隙水压力检测装置与所述信号接收装置通过信号线连接。

2.根据权利要求1所述的一种水下孔压静力触探探头，其特征在于，所述锥尖阻力检测装置包括锥尖阻力传感器，所述锥尖阻力传感器的底部设有孔隙水压力传感器支座，所述孔隙水压力传感器支座的底部与所述锥头的顶部相连，所述锥尖阻力传感器的顶部与所述三角爪的底部相连，所述锥尖阻力传感器与所述信号接收装置通过信号线连接。

3.根据权利要求1所述的一种水下孔压静力触探探头，其特征在于，所述孔隙水压力检测装置包括第一透水石和孔隙水压力传感器，所述第一透水石设于所述锥头的表面，所述第一透水石与所述孔隙水压力传感器相通，所述孔隙水压力传感器与所述信号接收装置通过信号线连接。

4.根据权利要求1所述的一种水下孔压静力触探探头，其特征在于，所述信号接收装置包括电路舱、电路板、电路板支架、水密接插件和电路舱端盖，所述电路舱的底部与所述压块的顶部相连，所述电路板和电路板支架设于所述电路舱的内部，所述电路舱端盖设于所述水密接插件的底部，所述电路舱端盖的底部与所述电路舱的顶部相连，所述电路板支架设于所述电路舱端盖的底部，所述电路板设于所述电路板支架的底部，所述电路板用于接收和处理所述侧壁摩擦力传感器、孔隙水压力检测装置和锥尖阻力检测装置所检测的数据，所述水密接插件可将所述电路板处理后的数据传输至外界。

5.根据权利要求1所述的一种水下孔压静力触探探头，其特征在于，所述压力补偿装置包括第二透水石、补偿油囊和油囊内杆，所述补偿油囊设于所述油囊内杆的内部，所述油囊内杆采用上下双向开口的结构且侧壁有孔与油囊相通，所述第二透水石设于所述信号接收装置的壁面上并与所述补偿油囊相连通。

6.根据权利要求2或3所述的一种水下孔压静力触探探头，其特征在于，所述孔隙水压力传感器支座用于套在所述孔隙水压力传感器的外部，所述第一透水石设有可提供支撑作用的第一透水石支撑件。

7.根据权利要求5所述的一种水下孔压静力触探探头，其特征在于，所述油囊内杆顶部的外侧设有容线器，所述容线器用于提供信号接收装置与侧壁摩擦力传感器、孔隙水压力检测装置和锥尖阻力检测装置之间通过信号线连接的通道。

8.根据权利要求4或7所述的一种水下孔压静力触探探头，其特征在于，所述信号接收装置还包括水密穿舱件，所述水密穿舱件内部设有信号线的通道并且密封，所述水密穿舱件设于所述容线器顶部，所述水密穿舱件与所述电路舱内壁连接，所述水密穿舱件内的空腔与所述容线器之间相连通。

9.根据权利要求1-8任意一条所述的一种水下孔压静力触探探头，其特征在于，还包括第一密封圈、第二密封圈、第三密封圈、第四密封圈和第五密封圈，所述第一密封圈设于所述孔隙水压力传感器支座和摩擦套筒之间，所述第二密封圈设于所述压块和摩擦套筒之间，所述第三密封圈设于所述油囊内杆和压块之间，所述第四密封圈设于所述容线器和水密穿舱件之间，所述第五密封圈设于孔隙水压力传感器支座和孔隙水压力传感器之间。

10.根据权利要求1-8所述的一种水下孔压静力触探探头，其特征在于，还包括第六密封圈和第七密封圈，所述第六密封圈设于水密穿舱件和电路舱之间，所述第七密封圈设于所述电路舱和电路舱端盖之间。