CN108570978A - 中空侧壁敷线式静力触探设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种中空侧壁敷线式静力触探设备，包括动力机构、控制机构、数据采集机构和触探机构，触探机构包括能够相互拼接的双层中空触探杆、双层中空取土器和双层中空探头，双层中空触探杆由外探杆和内探杆组成，双层中空取土器由取土器外管和取土器内管组成，双层中空探头由探头外壳和探头内管组成，双层中空探头上设有用于获取触探数据的触探装置，触探装置通过导线与数据采集机构相连接完成所需数据的采集，导线布设在探头外壳和探头内管、取土器外管和取土器内管以及外探杆和内探杆所形成的环柱状空间内。该设备借助触探设备直接取土样，克服目前静力触探只能测地层的力学指标不能取样的缺陷，实现勘察外业取样与力学指标的同步获取。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程测试设备技术领域，具体的说是一种中空侧壁敷线式静力触探设备。
背景技术
静力触探技术是土体原位测试技术的一种。它能够在不扰动土层的情况下，提供土层和土力学参数例如剪切强度、密度、弹性模量、固结系数等信息。该技术主要用于地球表层及海底土层、岩石的勘察和数据分析以及桥梁、房屋等建筑物、公路、铁路、水文、石油、机场、堤坝、隧道、环境考察等项目的地质勘测。类型主要有标准静力触探实验(CPT) 以及在标准静力触探的基础上，在探头上加装各种不同用途的传感器，从而形成新的具有特殊功能的静力触探技术。如孔压静力触探测试技术(CPTU)、旁压静力触探测试(CPT - PMT)、放射性同位素静力触探测试、电导率静力触探测试( ECT)、快速光筛检静力触探技术(ROST)、视频成像静力触探技术(GeoV IS)、润滑剂注入技术(Lubricanting Technique)等等。
目前静力触探设备的改进研究主要集中在探杆的连接方式或侧壁摩阻力及锥尖阻力测试与孔压的测试方法研究，测试只能测试触探土层的力学指标，不能采取土样，对岩土类别的判别通过触探得到的力学指标并结合钻孔取样划分地层，不能依靠触探力学指标直接分层，也不能得到各土层的物性指标。
发明内容
本发明的目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种中空侧壁敷线式静力触探设备，该设备在触探设备基础上直接取土样，克服目前静力触探只能测地层的力学指标不能取样的缺陷，实现勘察外业取样与力学指标的同步获取。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：中空侧壁敷线式静力触探设备，包括动力机构、控制机构、数据采集机构和触探机构，所述触探机构包括能够相互拼接的双层中空触探杆、双层中空取土器和双层中空探头，所述双层中空触探杆由外探杆和内探杆组成，所述双层中空取土器由取土器外管和取土器内管组成，所述双层中空探头由探头外壳和探头内管组成，双层中空探头上设有用于获取触探数据的触探装置，触探装置通过导线与数据采集机构相连接完成所需数据的采集，所述导线布设在探头外壳和探头内管、取土器外管和取土器内管以及外探杆和内探杆所形成的环柱状空间内。
优选地，所述外探杆和取土器外管直径相同，内探杆、取土器内管和探头内管直径相同，便于在探杆贯入土层中时使土样通过探头内管进入中空的取土器内管和内探杆中。
优选地，所述双层中空触探杆、双层中空取土器和双层中空探头之间通过螺纹连接。
优选地，所述触探机构由多个双层中空触探杆、多个双层中空取土器和一个双层中空探头拼接而成，多个双层中空触探杆拼装成整体，下端与双层中空探头拼接，双层中空触探杆与双层中空探头之间、两个双层中空触探杆之间拼接有双层中空取土器，可以根据需要测试的土层深度自由组装，能够适用于不同深度的土层力学指标测试，同时可以根据取土需要在不同的深度设置取土器，以获取不同深度的土样进行检测。
优选地，所述外探杆和内探杆之间设有用于稳固和增加强度的多个纵肋，纵肋固定在内探杆的外表面上。
优选地，所述纵肋设为十字形或三岔形。
优选地，所述取土器外管和取土器内管之间还设有用于稳固和增加强度的纵肋，纵肋固定在取土器内管的外表面上。
优选地，所述双层中空取土器设置为便于将土样取出的插接结构。
优选地，所述双层中空取土器由两个半圆环柱相互插接形成，上端头与双层中空触探杆相拼接，下端头与双层中空触探杆或双层中空探头相拼接。
优选地，所述双层中空触探杆设为卡接结构。
本发明的有益效果是：
1、本发明与现有的静力触探设备相比较，增加了取原状土样的功能，实现了一种设备多种功能的要求，提高了工程勘察外业施工的效率，降低了外业的劳动强度与工程成本；
2、本发明的双层中空触探杆、双层中空取土器和双层中空探头采用螺纹拼接式，可以根据需要自由组合，以适用于不同深度的土层勘察，同时可以根据需要选择拼装的双层中空取土器的个数和位置，以获取不同深度的土样。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的连接结构示意图。
图3是双层中空触探杆的横截面结构示意图。
图4是双层中空触探杆的横截面结构示意图。
图5是双层中空取土器的半圆环柱结构示意图。
图6是双层中空触探杆的卡接结构俯视图。
图中标记：1、双层中空触探杆，101、外探杆，102、内探杆，103、纵肋，2、双层中空取土器，201、取土器外管，202、取土器内管，3、双层中空探头，301、探头外壳，302、探头内管，4、导线，5、半圆环柱，501、插销，502、插孔，503、扇柱形插接台。
具体实施方式
静力触探技术是指通过静力压触探杆入土层，通过触探头上设置的触探装置进行土层测试以获得土层力学指标。现有的静力触探设备包括动力机构、控制机构、数据采集机构和触探机构，将采集数据的触探装置装配在触探机构的底端，通过动力机构将触探机构压入土层，同时获取数据，将数据传输至数据采集机构。对岩土类别的判别需要通过触探得到的力学指标并结合钻孔取样划分地层，因此不能依靠触探力学指标直接分层，使用现有的静力触探设备也不能得到各土层的物性指标。
本发明提供一种借助静力触探设备获取土层力学指标的同时来获取土样的中空侧壁敷线式静力触探设备。以下结合具体实施例来对本发明进行详细的说明。以下说明仅仅是本发明的优选实施方式，在在不脱离本发明技术原理的前提下，对于本技术领域的普通技术人员来说，还可以做出若干改进和变型，这些也应视为本发明的保护范围。
实施例1
中空侧壁敷线式静力触探设备，包括动力机构、控制机构、数据采集机构和触探机构。本发明所采用的动力机构为液压式静力压入设备，最大压力300kN～1000kN。触探机构包括能够相互拼接的多个双层中空触探杆1、双层中空取土器2和双层中空探头3。双层中空触探杆1采用高强度双层钢管，由外探杆101和内探杆102组成，外探杆101和内探杆102的轴线在同一条直线上，双层中空触探杆1的壁厚根据静压设备提供的反力计算，外探杆101和内探杆102之间通过设在内探杆102外表面上的多个纵肋103来固定并增强双层中空触探杆1的强度，外探杆101上端和内探杆102下端的内壁均设有内螺纹，外探杆101下端和内探杆102上端的外壁均设有螺纹，多个双层中空触探杆1通过螺纹能够拼装成不同长度，满足对不同深度土层的检测。纵肋103设为十字形或三岔形。双层中空取土器2由取土器外管201和取土器内管202组成，取土器外管201和取土器内管202之间通过设在取土器内管202外表面上的纵肋来固定并增强双层中空取土器2的强度，取土器外管201上端内壁和取土器内管202下端内壁均设有内螺纹，取土器外管201下端外壁和取土器内管202上端外壁均设有螺纹，双层中空取土器2可根据需要安设在两个双层中空触探杆1之间或者双层中空触探杆1与双层中空探头3之间。双层中空探头3由探头外壳301和探头内管302组成，双层中空探头3上设有用于获取触探数据的触探装置，触探装置通过导线4与数据采集机构相连接完成所需数据的采集，导线4布设在探头外壳301和探头内管302、取土器外管201和取土器内管202以及外探杆101和内探杆102所形成的环柱状空间内。外探杆101和取土器外管201直径相同，内探杆102、取土器内管202和探头内管302直径相同。双层中空触探杆1、双层中空取土器2和双层中空探头3之间通过螺纹连接。
本发明在使用过程中，首先根据需要探测的土层深度组装触探机构，同时确定好需要获取哪些深度的土样，进而确定双层中空触探杆1的个数及双层中空取土器2的个数和拼装位置，将多个双层中空触探杆1和多个双层中空取土器2进行拼装，在拼装过程中需将导线4布设在取土器外管201和取土器内管202以及外探杆101和内探杆102所形成的环柱状空间内，形成中空侧壁敷线式的触探机构。上述拼装过程完成后，将双层中空探头3拼装在触探机构的最下端，同时将导线4与双层中空探头3连接好以便将双层中空探头3将探测的数据传输给数据采集机构。
基于上述本发明结构的静力触探设备进行触探的操作步骤如下：场地平整→勘探点测放→选定勘探点→静力触探设备就位→根据勘探点预定触探深度和需取土样的深度排好多个双层中空触探杆1和双层中空取土器2的位置并在其侧壁穿线→在双层中空探头上安装带触探头的触探装置→双层中空取土器2通过螺纹连接到双层中空探头3上→在双层中空取土器2上端连接双层中空触探杆1→校正垂直度→静力下压、记录深度、读取力学参数→将通过导线4串接好的双层中空触探杆1、双层中空取土器2依次连接→静力下压、记录深度、读取力学参数→压至预定深度→起拔触探机构→依次起拔双层中空取土器2和双层中空触探杆1并将双层中空取土器2和双层中空触探杆1拆卸开，取双层中空取土器2中的土样，标记封样→起拔双层中空触探头→移至下一触探点→依次完成所有勘探点测试→室内试验→建立触探指标与室内试验指标的对应关系→出具试验报告→提交试验报告。
本发明上述触探机构下压操作步骤先将多个双层中空触探杆1和双层中空取土器2通过导线4串接起来，再采用边组装边下压的方式，操作简单方便，节省场地空间；在起拔操作时，也是依次起拔，并将双层中空触探杆1和双层中空取土器2拆卸开，双层中空取土器2中的土样取出、封样，并做好标记，双层中空触探杆1中的土样清理干净，以便下一次勘探操作。
实施例2
优选的，为了能够快速、简便地将双层中空取土器2中采取的土样取下来封存，将双层中空触探杆1和双层中空取土器2均设置为插接结构。双层中空触探杆1和双层中空取土器2均由两个中空的半圆环柱5相互插接形成。如图5所示，半圆环柱5一侧边的内侧和另一侧边的外侧均设有扇柱形插接台503，扇柱形插接台503上均匀地设有若干个插销501，半圆环柱5一侧边的外侧和另一侧边的内侧均设有与插销501相配合使用的插孔502，两个半圆环柱5相互插接形成整体，本发明的插接结构只插接定位，不紧固，紧固是通过其上端头与双层中空触探杆1或双层中空取土器2螺纹拼接，下端头根据需要与双层中空触探杆1、双层中空取土器2或双层中空探头3螺纹拼接实现。
取样完成后，拉拔出双层中空触探杆1和双层中空取土器2，将中空取土器2上下两端头的螺纹连接部分拆卸后，将中空取土器2拆分开，中空取土器2中的土样取出保存，封样以便后期在实验室内进行土样检测。同时双层中空触探杆1内探杆中的土样也通过双层中空触探杆1拆分开取出并清理干净内探杆102，便于对下一个探测点探测。
实施例3
更优选地，将双层中空触探杆1或双层中空取土器2设置为结构简单、组装方便同时取土操作方便的卡接结构。如图6所示，双层中空触探杆1或双层中空取土器2由两个空心半环柱通过在侧壁上设置的凸台和凹槽相互卡接而成。将双层中空触探杆1和双层中空取土器2卡接完成后再进行上述的组装过程。
本发明增加了取原状土样的功能，实现了一种设备多种功能的要求，提高了工程勘察外业施工的效率，降低了外业的劳动强度与工程成本，同时本发明组装简单方便，取土样操作也简单快捷。
Claims (10)
1.中空侧壁敷线式静力触探设备，包括动力机构、控制机构、数据采集机构和触探机构，其特征在于：所述触探机构包括能够相互拼接的双层中空触探杆（1）、双层中空取土器（2）和双层中空探头（3），所述双层中空触探杆（1）由外探杆（101）和内探杆（102）组成，所述双层中空取土器（2）由取土器外管（201）和取土器内管（202）组成，所述双层中空探头（3）由探头外壳（301）和探头内管（302）组成，双层中空探头（3）上设有用于获取触探数据的触探装置，触探装置通过导线（4）与数据采集机构相连接完成所需数据的采集，所述导线（4）布设在探头外壳（301）和探头内管（302）、取土器外管（201）和取土器内管（202）以及外探杆（101）和内探杆（102）所形成的环柱状空间内。
2.如权利要求1所述的中空侧壁敷线式静力触探设备，其特征在于：所述外探杆（101）和取土器外管（201）直径相同，内探杆（102）、取土器内管（202）和探头内管（302）直径相同。
3.如权利要求1所述的中空侧壁敷线式静力触探设备，其特征在于：所述双层中空触探杆（1）、双层中空取土器（2）和双层中空探头（3）之间通过螺纹连接。
4.如权利要求1所述的中空侧壁敷线式静力触探设备，其特征在于：所述触探机构由多个双层中空触探杆（1）、多个双层中空取土器（2）和一个双层中空探头（3）拼接而成，多个双层中空触探杆（1）拼装成整体，下端与双层中空探头（3）拼接，双层中空触探杆（1）与双层中空探头（3）之间、两个双层中空触探杆（1）之间拼接有双层中空取土器（2）。
5.如权利要求1所述的中空侧壁敷线式静力触探设备，其特征在于：所述外探杆（101）和内探杆（102）之间设有用于稳固和增加强度的纵肋（103）。
6.如权利要求5所述的中空侧壁敷线式静力触探设备，其特征在于：所述纵肋（103）设为十字形或三岔形。
7.如权利要求1所述的中空侧壁敷线式静力触探设备，其特征在于：所述取土器外管（201）和取土器内管（202）之间还设有用于稳固和增加强度的纵肋（103）。
8.如权利要求1所述的中空侧壁敷线式静力触探设备，其特征在于：所述双层中空取土器（2）设置为便于将土样取出的插接结构。
9.如权利要求8所述的中空侧壁敷线式静力触探设备，其特征在于：所述双层中空取土器（2）由两个半圆环柱（5）相互插接形成，上端头与双层中空触探杆（1）相拼接，下端头与双层中空触探杆（1）或双层中空探头（3）相拼接。
10.如权利要求1所述的中空侧壁敷线式静力触探设备，其特征在于：所述双层中空触探杆（1）设为卡接结构。
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