CN110607789B - 一种静力学参数触探探头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种静力学参数触探探头，其属于海洋地质探测技术领域，包括侧摩筒、设置于侧摩筒一端的锥尖和设置于侧摩筒另一端的基座，还包括测量体，测量体位于侧摩筒内，测量体的一端与侧摩筒固定连接，另一端与锥尖固定连接，测量体的中间部位与基座固定连接，通过测量体的形变量能够单独获得侧摩阻力和锥尖阻力。由于测量体的中间部位与基座固定连接，使得侧摩阻力与锥尖阻力能够独立测量、互不影响。通过一个测量体即可完成低量程的侧摩阻力和高量程的锥尖阻力的测量，在实现一个部件两种量程测量的同时，减少零部件数量，提高装配效率和装配精度，减少密封位置，保证密封性和稳定性，提高测量准确性。

Description

一种静力学参数触探探头

技术领域

本发明涉及海洋地质探测技术领域，尤其涉及一种静力学参数触探探头。

背景技术

静力触探技术是岩土工程及工程地质中沉积物力学参数测量中较为可靠的一种原位测试技术，在工程勘查中广泛使用。通过静力触探可以获取沉积物力学性质。静力触探的基本原理是用准静力(相对动力触探而言，没有或很少冲击荷载)将一个内部装有传感器的探头以匀速压入土中，由于地层中各种土的软硬不同，探头所受的阻力也不同，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，再通过贯入阻力与土的工程地质特征之间的定性关系和统计相关关系，来实现取得土层剖面、提供浅基承载力、选择桩端持力层和预估单桩承载力等工程地质勘察目的。

由于触探探头在使用的过程中需要测量侧摩阻力、锥尖阻力、孔隙水压力等多个参数，其内部的零部件众多，装配难度大且精度不易保证，导致探头的稳定性和密封性较差，进而影响测量结果的准确性。

现有的一体成型的测力元件，虽然能够同时测得侧摩阻力和锥尖阻力，但是在进行侧摩阻力测量时，测得的侧摩阻力包括了锥尖阻力，使得侧摩阻力的测量量程增大，精度降低，测量结果准确性降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种静力学参数触探探头，以解决现有技术中存在的装配难度大、稳定性差、密封性差的技术问题。

如上构思，本发明所采用的技术方案是：

一种静力学参数触探探头，包括侧摩筒、设置于所述侧摩筒一端的锥尖和设置于所述侧摩筒另一端的基座，还包括：

测量体，位于所述侧摩筒内，所述测量体的一端与所述侧摩筒固定连接，所述测量体的另一端与所述锥尖固定连接，所述测量体的中间部位与所述基座固定连接，通过所述测量体的形变量能够单独获得侧摩阻力和锥尖阻力。

其中，所述测量体的内部中空形成容置空间，所述测量体的中间部位于内壁上设置有第一螺纹部，所述基座与所述第一螺纹部固定连接。

其中，所述基座包括支撑部和伸长部，所述支撑部与所述侧摩筒连接，所述伸长部伸入所述容置空间内并与所述螺纹部固定连接。

其中，所述测量体的一端于内壁上设置有第二螺纹部，所述锥尖与所述第二螺纹部固定连接。

其中，所述容置空间的端部形成安装腔，所述安装腔内设置有压力传感器，所述压力传感器与所述锥尖之间间隔设置。

其中，所述测量体的外壁上开设有与所述容置空间连通的通孔。

其中，所述测量体的一端于所述测量体的外壁上设置有凸起部，所述凸起部与所述侧摩筒固定连接。

其中，所述测量体包括一体成型的第一支撑体和第二支撑体，所述第一支撑体和所述第二支撑体的连接处与所述基座固定连接，所述第一支撑体上设置有第一应变片，所述第二支撑体上设置有第二应变片。

其中，所述锥尖的端部设置有透水石，所述透水石的外径与所述侧摩筒的外径相等。

其中，所述锥尖为分体结构，所述锥尖的中间部位设置有透水石。

本发明的有益效果：

本发明提出的静力学参数触探探头，由于测量体的一端与侧摩筒固定连接，使得侧摩筒受到的侧摩阻力能够传递至测量体，由于测量体的另一端与锥尖固定连接，使得锥尖受到的锥尖阻力能够传递至测量体，由于测量体的中间部位与基座固定连接，侧摩阻力导致的形变量在测量体的一端到中间部位之间，锥尖阻力导致的形变量在测量体的另一端到中间部位之间，使得侧摩阻力与锥尖阻力能够独立测量、互不影响。通过一个测量体即可完成低量程的侧摩阻力和高量程的锥尖阻力的测量，在实现一个部件两种量程测量的同时，减少零部件数量，提高装配效率和装配精度，减少密封位置，保证密封性和稳定性，提高测量结果的准确性。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的静力学参数触探探头的示意图；

图2是本发明实施例一提供的静力学参数触探探头的测量体的示意图；

图3是本发明实施例二提供的静力学参数触探探头的示意图；

图4是图3的部分示意图。

图中：

1、侧摩筒；

2、锥尖；21、透水孔；22、第一部分；23、第二部分；

3、基座；31、支撑部；32、伸长部；

4、测量体；41、第一支撑体；42、第二支撑体；43、凸起部；44、第一螺纹部；45、通孔；46、第二螺纹部；47、安装腔；

5、压力传感器；

6、水密插头；

7、透水石；

8、挡环。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

参见图1和图2，本发明实施例提供一种静力学参数触探探头，包括侧摩筒1、设置于侧摩筒1一端的锥尖2和设置于侧摩筒1另一端的基座3，还包括测量体4，测量体4位于侧摩筒1内，测量体4的一端与侧摩筒1固定连接，另一端与锥尖2固定连接，测量体4的中间部位与基座3固定连接，通过测量体4的形变量能够单独获得侧摩阻力和锥尖阻力。

由于测量体4的一端与侧摩筒1固定连接，使得侧摩筒1受到的侧摩阻力能够传递至测量体4，由于测量体4的另一端与锥尖2固定连接，使得锥尖2受到的锥尖阻力能够传递至测量体4，由于测量体4的中间部位与基座3固定连接，侧摩阻力导致的形变量在测量体4的一端到中间部位之间，锥尖阻力导致的形变量在测量体4的另一端到中间部位之间，使得侧摩阻力与锥尖阻力能够独立测量、互不影响。通过一个测量体4即可完成低量程的侧摩阻力和高量程的锥尖阻力的测量，在实现一个部件两种量程测量的同时，减少零部件数量，提高装配效率和装配精度，减少密封位置，保证密封性和稳定性，提高测量结果的准确性。其中，低量程的侧摩阻力，指的是能够测量较小的侧摩阻力；高量程的锥尖阻力，指的是能够测量较大的锥尖阻力。

测量体4包括一体成型的第一支撑体41和第二支撑体42，第一支撑体41和第二支撑体42的连接处与基座3固定连接，第一支撑体41上设置有第一应变片，第二支撑体42上设置有第二应变片。侧摩筒1受到的侧摩阻力能够传递至第一支撑体41上，使得第一应变片产生电信号，锥尖2受到的锥尖阻力能够传递至第二支撑体42上，使得第二应变片产生电信号。虽然第一支撑体41和第二支撑体42一体成型，由于第一支撑体41和第二支撑体42的连接处与基座3固定连接，使得第一支撑体41的形变与第二支撑体42的形变互不影响。

在此，对第一应变片和第二应变片的数量不作限制。在本实施例中，第一应变片和第二应变片均为350欧的温度补偿应变片，8个第一应变片对称布置在第一支撑体41上，8个第二应变片对称布置在第二支撑体42上。第二应变片采用全桥式布设。

测量体4的一端于测量体4的外壁上设置有凸起部43，凸起部43与侧摩筒1固定连接。凸起部43的主要功能是将侧摩筒1受到的侧摩阻力传递至测量体4，侧摩筒1受到的侧摩阻力通过凸起拉动测量体4产生弹性变形，进而通过测量体4的形变量能够获得侧摩阻力。具体地，凸起部43设置于第一支撑体41远离第二支撑体42的一端，第一支撑体41上除了凸起部43之外，其余部分都与侧摩筒1的内壁间隔设置，保证传力的准确性。侧摩筒1的内壁上设置有台阶，凸起部43固定在台阶处。

测量体4与侧摩筒1之间设置有密封圈，用于密封及防水。具体地，密封圈设置于测量体4的外壁上远离凸起部43的一端。

测量体4的内部中空形成容置空间，测量体4的中间部位于内壁上设置有第一螺纹部44，基座3与第一螺纹部44固定连接。第一螺纹部44的设置位置，使得位于第一螺纹部44两侧的测量体4的受力能够通过基座3传递至探杆，即第一支撑体41的受力能够通过基座3传递至探杆，第二支撑体42的受力能够通过基座3传递至探杆，且第一支撑体41与第二支撑体42的传力过程互不影响。

基座3包括支撑部31和伸长部32，支撑部31与侧摩筒1连接，伸长部32伸入容置空间内并与第一螺纹部44固定连接。支撑部31与侧摩筒1之间设置有密封圈，用于阻止外部压力及孔隙水进入到触探探头的内腔中。伸长部32的设置，使得基座3能够与测量体4的中间部位连接，便于对侧面阻力和锥尖阻力独立测量。

测量体4的一端于内壁上设置有第二螺纹部46，锥尖2与第二螺纹部46固定连接。锥尖2所受到的锥尖阻力直接传递至测量体4的第二支撑体42，使得第二应变片产生相应的电信号。

容置空间的端部形成安装腔47，安装腔47内设置有压力传感器5，压力传感器5与锥尖2之间间隔设置。压力传感器5与安装腔47之间可以采用螺纹连接。压力传感器5用于测量孔隙水压力。压力传感器5与测量体4之间设置有密封圈。具体地，第二螺纹部46设置在安装腔47内。当然，孔隙中的水也作用于测量体4与锥尖2接触的表面上，在对锥尖阻力进行计算时，通过第二应变片的形变输出的电信号获得的阻力值，既包括锥尖阻力值，也包括作用于测量体4上的孔隙水压力，作用于测量体4上的孔隙水压力根据测量体4与水的接触面积进行计算即可，在此不作赘述。

为防止压力传感器5脱落，在安装腔47的边沿处开设有卡槽，用于安装卡环，以固定压力传感器5。在本实施例中，压力传感器5采用单晶硅应变片并内部充油作为压力载体，具有可靠的测量稳定性，且温度补偿线性较好。

基座3远离测量体4的一端设置有水密插头6，水密插头6与基座3之间螺纹连接，保证密封性。基座3上开设有中心孔，用于穿设电缆，电缆的一端与水密插头6连接，另一端与第一应变片和第二应变片连接。电缆采用8芯结构。其中2芯为供电、2芯与第二应变片连接、2芯与第一应变片连接、2芯与压力传感器5连接。

测量体4的外壁上开设有与容置空间连通的通孔45，通过通孔45将测量体4上的导线引至容置空间内，便于与穿设在基座3上的电缆连接。

锥尖2的端部设置有透水石7，一方面能够将孔隙水的压力传递至压力传感器5，另一方面能够阻止细粒沉积物进入至压力传感器5的测量膜上。在本实施例中，透水石7设计渗透系数1～5×10^-5cm/s，抗渗压能力为1个大气压。为保证透水石7的强度及柔韧性，采用烧结pp材料制成并通过控制孔隙度来控制透水石7的透水性。

在锥尖2上正对透水石7的位置开设有透水孔21，使得透水孔21与放置压力传感器5的安装腔47贯通，孔隙水的压力能够通过透水石7及透水孔21传递至压力传感器5。

在本实施例中，将透水石7设置于锥尖2的最大界面处，透水石7的外径与侧摩筒1的外径相等。

透水石7与测量体4之间设置有挡环8，便于对透水石7固定。

实施例二

图3和图4示出了实施例二，其中与实施例一相同或相应的零部件采用与实施例一相应的附图标记。为简便起见，仅描述实施例二与实施例一的区别点。区别之处在于，锥尖2为分体结构，锥尖2的中间部位设置有透水石7。便于透水石7的安装与拆卸。

锥尖2包括可拆卸连接的第一部分22和第二部分23，第一部分22与测量体4连接，第一部分22上设置有台阶形凸台，此时透水石7的结构为圆台环形，能够套设在凸台上。第二部分23与第一部分22之间通过螺纹安装。

以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种静力学参数触探探头，包括侧摩筒(1)、设置于所述侧摩筒(1)一端的锥尖(2)和设置于所述侧摩筒(1)另一端的基座(3)，其特征在于，还包括：

测量体(4)，位于所述侧摩筒(1)内，所述测量体(4)的一端与所述侧摩筒(1)固定连接，所述测量体(4)的另一端与所述锥尖(2)固定连接，所述测量体(4)的中间部位与所述基座(3)固定连接，通过所述测量体(4)的形变量能够单独获得侧摩阻力和锥尖阻力；

所述测量体(4)包括一体成型的第一支撑体(41)和第二支撑体(42)，所述第一支撑体(41)和所述第二支撑体(42)的连接处与所述基座(3)固定连接，所述第一支撑体(41)上设置有第一应变片，所述第二支撑体(42)上设置有第二应变片；

所述侧摩筒(1)受到的侧摩阻力能够传递至所述第一支撑体(41)上，所述锥尖(2)受到的锥尖阻力能够传递至所述第二支撑体(42)上，所述第一应变片和所述第二应变片均为温度补偿应变片，8个所述第一应变片对称布置在所述第一支撑体(41)上，8个所述第二应变片对称布置在所述第二支撑体(42)上。

2.根据权利要求1所述的静力学参数触探探头，其特征在于，所述测量体(4)的内部中空形成容置空间，所述测量体(4)的中间部位于内壁上设置有第一螺纹部(44)，所述基座(3)与所述第一螺纹部(44)固定连接。

3.根据权利要求2所述的静力学参数触探探头，其特征在于，所述基座(3)包括支撑部(31)和伸长部(32)，所述支撑部(31)与所述侧摩筒(1)连接，所述伸长部(32)伸入所述容置空间内并与所述螺纹部固定连接。

4.根据权利要求2所述的静力学参数触探探头，其特征在于，所述测量体(4)的一端于内壁上设置有第二螺纹部(46)，所述锥尖(2)与所述第二螺纹部(46)固定连接。

5.根据权利要求4所述的静力学参数触探探头，其特征在于，所述容置空间的端部形成安装腔(47)，所述安装腔(47)内设置有压力传感器(5)，所述压力传感器(5)与所述锥尖(2)之间间隔设置。

6.根据权利要求2所述的静力学参数触探探头，其特征在于，所述测量体(4)的外壁上开设有与所述容置空间连通的通孔(45)。

7.根据权利要求1所述的静力学参数触探探头，其特征在于，所述测量体(4)的一端于所述测量体(4)的外壁上设置有凸起部(43)，所述凸起部(43)与所述侧摩筒(1)固定连接。

8.根据权利要求1-7任一项所述的静力学参数触探探头，其特征在于，所述锥尖(2)的端部设置有透水石(7)，所述透水石(7)的外径与所述侧摩筒(1)的外径相等。

9.根据权利要求1-7任一项所述的静力学参数触探探头，其特征在于，所述锥尖(2)为分体结构，所述锥尖(2)的中间部位设置有透水石(7)。