CN112663586B - 一种多单元孔压矩阵球型全流贯入装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多单元孔压矩阵球型全流贯入装置，包括同轴电缆、探杆、转接连杆和球型探头，转接连杆分别与探杆和球型探头相连，球型探头内设置顶部凹槽、赤道凹槽、中赤道凹槽和底部凹槽，顶部凹槽内设置贯入阻力传感器，转接连杆抵住贯入阻力传感器并与顶部凹槽相连，赤道凹槽、中赤道凹槽、底部凹槽均与帽形支架相连，帽形支架上设置可更换的孔压过滤环，赤道凹槽、中赤道凹槽、底部凹槽内均设置孔隙水压力传感器，贯入阻力传感器、孔隙水压力传感器均与同轴电缆相连。本发明为岩土工程勘测实践中评价水下超软土固结特性提供强有力的原位测试工具，快捷经济，易于操作，准确率高，测试效率高，测试重复性好。

Description

一种多单元孔压矩阵球型全流贯入装置

技术领域

本发明属于贯入装置，具体为一种多单元孔压矩阵球型全流贯入装置。

背景技术

沿海和湖泊沉积地区广泛存在大量的超软土，这种超软土含水量高，呈流塑状态，具有高压缩性、极低强度和高灵敏度的特点，并具有结构性，该类超软土几乎无法进行取样和室内试验，现有勘察测试技术难以评价其固结特性，一般通过原位测试方法如孔压静力触探CPTU测试中的孔压消散试验评价水下超软土的固结系数。

但是由于在水下高围压应力条件下，传统CPTU仪器探头测压元件在贯入过程中对于超软土的量测精确性大为减小；同时无法正确地定量描述上覆土压力的作用，所以无法满足工程设计要求Randolph等采用增大贯入仪投影面积的方式，并基于full-flow理论提出一种新型的全流触探仪(球型和T型全流静力触探)以解决上述问题。但已有的球型孔压全流触探仪无法满足对水下超软土孔压测量的准确度和精度要求，而且测得的固结系数是水平向的，无法测得原位的竖向固结系数。已有的球型多孔压全流探头采取的点式孔压单元容易堵塞，无法获得有效的土的竖向孔压参数，难以准确评价土的固结特性。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种用于评价水下超软土的固结系数、快捷经济、易操作、准确率高的多单元孔压矩阵球型全流贯入装置。

技术方案：本发明所述的一种多单元孔压矩阵球型全流贯入装置，包括同轴电缆、探杆、转接连杆和球型探头，转接连杆分别与探杆和球型探头相连，球型探头内设置顶部凹槽、赤道凹槽、中赤道凹槽和底部凹槽，顶部凹槽内设置贯入阻力传感器，转接连杆抵住贯入阻力传感器并与顶部凹槽相连，赤道凹槽、中赤道凹槽、底部凹槽均与帽形支架相连，帽形支架上设置可更换的孔压过滤环，赤道凹槽、中赤道凹槽、底部凹槽内均设置孔隙水压力传感器，贯入阻力传感器、孔隙水压力传感器均与同轴电缆相连。

转接连杆内设置温度补偿装置和数模转换器，贯入阻力传感器、孔隙水压力传感器、温度补偿装置均通过同轴电缆与数模转换器相连。转接连杆内还设置测斜传感器，测斜传感器通过同轴电缆与数模转换器相连。

探杆与转接连杆螺纹连接。根据测试精度的要求，赤道凹槽的数量为1～4个。中赤道凹槽的数量为1～4个。转接连杆的直径为20～35.7mm，长度为100～200mm。球型探头的直径为35.7～113mm，投影面积为10～100cm²。赤道凹槽、中赤道凹槽、底部凹槽均与帽形支架螺纹连。帽形支架内设置孔压传递通道，孔压传递通道孔压过滤环。中赤道凹槽、底部凹槽关于球型探头的球心成45°夹角。

工作原理：通过在球型探头的赤道、中赤道和底部位置分别设置多单元孔压传感器阵列，来获得球型探头的赤道、中赤道、底部三个位置的孔压参数，再通过加权平均的数值处理最终获得准确的孔压参数，用于评价水下超软土的固结系数。球型探头底部测试的孔压是通过孔压过滤环竖向传递，可以推导出土的竖向固结系数，现有原位测试技术测量的多为水平向孔压参数，推导出相应土的固结系数也是水平向的；球型探头赤道位置测试的孔压是通过孔压过滤环水平向传递，推导出相应土的固结系数也是水平向的；球型探头中赤道位置测试的孔压是通过球心成45°夹角的孔压过滤环倾斜45°传递，推导出相应土的固结系数为水平向和竖向叠加的固结系数，更接近土真实固结状态的固结系数。

使用方法：参考《ISO 19901-8-2014石油和天然气工业》标准和《T╱CCES 1-2017孔压静力触探测试技术规程》进行测试。

有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：

1、该多单元孔压传感器阵列，利用球型探头的赤道、中赤道、底部三个位置获得的孔压参数，通过加权平均的数值处理最终获得更准确的孔压参数，用于评价水下超软土的固结系数；

2、通过增加球型探头赤道、中赤道位置的孔压单元个数，可以避免测试结果的偶然性，获得更加可靠的加权平均孔压参数值；

3、装置的孔压单元，使用现有标准的孔压过滤环，模型支架的设计结构简单，孔压过滤环装换使用方便，测试速度快，测试效率高，测试重复性好；

4、为岩土工程勘测实践中评价水下超软土固结特性提供强有力的原位测试工具，快捷经济，易于操作，准确率高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明帽形支架10的局部放大剖视图；

图3是本发明孔压过滤环11的俯视图。

具体实施方式

如图1，多单元孔压矩阵球型全流贯入装置采用同轴电缆1传递数据和信号；上部为探杆2，中部用螺纹接口转接连杆3，转接连杆3内部自上而下依次设有温度补偿装置13、测斜传感器15和数模转换器14；下部为球型探头4。球型探头4内部设有球型贯入阻力传感器9，与孔隙水压力传感器12相连。球型探头4的顶部、赤道、中赤道、底部位置分别设有内径尺寸为35.7mm的螺旋凹槽，包括顶部凹槽5、赤道凹槽6、中赤道凹槽7、底部凹槽8。贯入阻力传感器9固定在顶部凹槽5内，转接连杆3抵住贯入阻力传感器9并与顶部凹槽5螺纹连接固定。赤道凹槽6、中赤道凹槽7、底部凹槽8内均固设孔隙水压力传感器12，帽形支架10与赤道凹槽6、中赤道凹槽7、底部凹槽8螺纹连接固定。中赤道凹槽7、底部凹槽8与球型探头4的球心连线成45°夹角。

如图2～3，帽形支架10处装有可更换的圆环形的孔压过滤环11，孔压传递通道16自帽形支架10的螺纹接口处内部延伸至帽形支架10的一侧边缘，孔压过滤环11通过孔压传递通道16与孔隙水压力传感器12相连。孔隙水压力传感器12、贯入阻力传感器9、温度补偿装置14、测斜传感器15的数据均通过同轴电缆1传输给数模转换器14，数模转换器14将数据传递给计算机等设备进行处理和显示。

根据测试精度的要求，赤道凹槽6的数量可以为1～4个，中赤道凹槽7的数量可以为1～4个。转接连杆3的直径为20～35.7mm，优选为20mm，长度为100～200mm，优选为200mm。球型探头4的直径为35.7～113mm，优选为113mm，投影面积为10～100cm²，优选为100cm²。

Claims (7)

1.一种多单元孔压矩阵球型全流贯入装置，其特征在于：包括同轴电缆（1）、探杆（2）、转接连杆（3）和球型探头（4），所述转接连杆（3）分别与探杆（2）和球型探头（4）相连，所述球型探头（4）内设置顶部凹槽（5）、赤道凹槽（6）、中赤道凹槽（7）和底部凹槽（8），所述顶部凹槽（5）内设置贯入阻力传感器（9），所述转接连杆（3）抵住贯入阻力传感器（9）并与顶部凹槽（5）相连，所述赤道凹槽（6）、中赤道凹槽（7）、底部凹槽（8）均与帽形支架（10）相连，所述帽形支架（10）上设置孔压过滤环（11），所述赤道凹槽（6）、中赤道凹槽（7）、底部凹槽（8）内均设置孔隙水压力传感器（12），所述贯入阻力传感器（9）、孔隙水压力传感器（12）均与同轴电缆（1）相连；

所述赤道凹槽（6）的数量为1~4个；所述中赤道凹槽（7）的数量为1~4个；所述赤道凹槽（6）、中赤道凹槽（7）、底部凹槽（8）均与帽形支架（10）螺纹连接；

通过孔隙水压力传感器（12）来获得球型探头（4）的赤道、中赤道、底部三个位置的孔压参数，再通过加权平均的数值处理最终获得准确的孔压参数，用于评价水下超软土的固结系数。

2.根据权利要求1所述的一种多单元孔压矩阵球型全流贯入装置，其特征在于：所述转接连杆（3）内设置温度补偿装置（13）和数模转换器（14），所述贯入阻力传感器（9）、孔隙水压力传感器（12）、温度补偿装置（13 ）均通过同轴电缆（1）与数模转换器（14 ）相连。

3.根据权利要求2所述的一种多单元孔压矩阵球型全流贯入装置，其特征在于：所述转接连杆（3）内还设置测斜传感器（15），所述测斜传感器（15）通过同轴电缆（1）与数模转换器（14）相连。

4.根据权利要求1所述的一种多单元孔压矩阵球型全流贯入装置，其特征在于：所述探杆（2）与转接连杆（3）螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的一种多单元孔压矩阵球型全流贯入装置，其特征在于：所述转接连杆（3）的直径为20~35.7mm，长度为100~200mm。

6.根据权利要求1所述的一种多单元孔压矩阵球型全流贯入装置，其特征在于：所述球型探头（4）的直径为35.7~113mm，投影面积为10~100cm²。

7.根据权利要求1所述的一种多单元孔压矩阵球型全流贯入装置，其特征在于：所述帽形支架（10）内设置孔压传递通道（16），所述孔压传递通道（16）孔压过滤环（11）。

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