CN114217045A - 地震波静力触探标定罐系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种地震波静力触探标定罐系统及其使用方法，地震波静力触探标定罐系统，包括标定罐，用于装载试样；橡胶水膜，所述橡胶水膜贴合所述标定罐内壁，所述橡胶水膜连接水泵以向所述橡胶水膜内充水，以向所述试样提供围压；压电陶瓷装置，设于所述标定罐，用于向试样发出地震波；及静力触探设备，用于埋设于所述试样中并接收所述地震波。所述地震波静力触探标定罐系统能够模拟深层土体受力。
Description
技术领域
本发明涉及一种岩土工程领域的室内标定装置，具体涉及一种地震波静力触探标定罐系统及其使用方法。
背景技术
岩土工程参数具有较大的空间变异性，获取参数的成本较大。地震波静力触探设备能够同时获得原状土的锥尖阻力qs、侧壁阻力fs、剪切波速Vs。具有连续性、原状性、经济实惠等优点，被广泛的用于岩土工程勘察测试。
地震波静力触探的广泛应用必须有准确的数据解译模型，目前数据解译模型的建立主要采用现场静力触探测试结果和现场取土的室内实验结果建立经验关系或者理论模型。由于取土存在大量扰动，导致室内实验结果并不与现场土壤性质一致，导致数据解译模型会出现较大误差。因此室内标定罐被广泛的应用于静力触探标定实验。
常规的静力触探标定罐，通常只能模拟1-2m深度的土层，与复杂的工程情况不符，数据解译存在较大的片面性，解译模型不准确。目前的常规静力触探标定罐无法对地震波静力触探设备的剪切波速进行校核和解译，无法适应静力触探设备发展的新要求。同时，由于标定罐实验土量较大，制样易不均匀。因此，需要设计一款可以模拟深层土体受力和地震波静力触探设备贯入的新型标定罐系统。
发明内容
本发明实施例提供了一种地震波静力触探标定罐系统及其使用方法，以至少解决相关技术中无法模拟深层土体的问题。
根据本发明的一个实施例，提供了一种地震波静力触探标定罐系统，包括：
标定罐，用于装载试样；
橡胶水膜，所述橡胶水膜贴合所述标定罐内壁，所述橡胶水膜连接水泵以向所述橡胶水膜内充水，以向所述试样提供围压；
压电陶瓷装置，设于所述标定罐，用于向试样发出地震波；及
静力触探设备，用于埋设于所述试样中并接收所述地震波。
进一步地，所述地震波静力触探标定罐系统还包括漏斗平台，包括：第一旋杆、第二旋杆、第三旋杆及漏斗，所述第一旋杆可动地设于所述标定罐上方，所述第二旋杆可动地设于所述第一旋杆，所述第三旋杆可动地设于所述第二旋杆，所述漏斗设于所述第三旋杆，所述第一旋杆、第二旋杆及第三旋杆两两垂直，所述第一旋杆、第二旋杆及第三旋杆能够带动所述漏斗在三维空间移动，所述漏斗用于向所述标定罐添加试样。
进一步地，所述压电陶瓷装置包括两个垂直设置的压电陶瓷晶体激振片，两个所述压电陶瓷晶体激振片用于激发两个垂直的方向的剪切横波和纵波。
进一步地，标定罐上部设置有顶盖，所述顶盖中部设置有贯入孔，所述静力触探设备穿过所述贯入孔以进入所述标定罐，所述顶盖还设有多个排水孔，多个排水孔分别等间距分布于以顶盖中心为圆心的多个圆周上，以确保贯入过程的中的水的排出。
进一步地，所述静力触探设备未端为横截面10cm2，锥角60°的圆锥，其内部设置有地震波接受模块，锥尖阻力和侧壁阻力测试模块，可同时测量贯入过程中的地震波波速、锥尖阻力及侧壁阻力。
进一步地，所述地震波静力触探标定罐系统还包括电机、螺杆、支架及卡座，所述电机连接所述螺杆的一端，所述螺杆的另一端连接所述卡座，所述卡座还连接所述静力触探设备，所述支架可动地套设于两支撑柱，所述支架与所述卡座连接以限制所述卡座转动，所述电机通过驱动所述螺杆以带动所述静力触探设备贯入试样中，所述卡座限制所述静力触探设备发生转动。
进一步地，所述地震波静力触探标定罐系统还包括深度拉线编码器，深度拉线编码器设置有拉线卡扣，拉线卡扣与支架相连。
本发明实施例还提供一种地震波静力触探标定罐系统的使用方法，包括：
通过漏斗向标定罐添加试样，添加过程中移动第一旋杆、第二旋杆及第三旋杆以达到均匀制样；
通过水泵向橡胶水膜通水并控制水压，使橡胶水膜对试样提供围压；
通过压电陶瓷装置向试样发出地震波并通过静力触探设备接受所述地震波；
通过电机驱动静力触探设备移动并通过深度拉线编码器实时测量贯入深度；及
分析所述静力触探设备采集的地震波波速、锥尖阻力及侧壁阻力。
有益效果：本发明的地震波静力触探标定罐系统通过橡胶水膜模拟深层土体受力，能够模拟实际土层复杂受力和地震波静力触探贯入，可以为工程参数不确定的土体提供接近现场的地震波静力触探贯入受力状况，为准确建立静力触探数据解译模型提供充足的实验基础。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明的地震波静力触探标定罐系统元件装配示意图。
图2是本发明的压电陶瓷装置的示意简图。
图3是本发明的标定罐顶盖示意图。
图4是本发明的漏斗平台立体示意图。
图中数字或字母所代表的零部件名称为：
2、主支架；1、标定罐；3、橡胶水膜；14、压电陶瓷装置；4、顶盖5；下支架；15、地震波静力触探设备；6、漏斗平台；7、中支架；8、固位卡座；9、深度拉线编码器；10、顶架；12、螺纹杆；11、电机；13、上支架；16、水管；17、水泵；18、压电陶瓷晶片；20、静力触探贯入孔；21、排水孔；22、水管出口；23、线缆出口；25、旋杆；24、漏斗。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
请参见图1与图2，本发明实施例提供一种地震波静力触探标定罐系统，包括：
标定罐1，用于装载试样；
橡胶水膜3，所述橡胶水膜3贴合所述标定罐1内壁，所述橡胶水膜3连接水泵17以向所述橡胶水膜3内充水，以向所述试样提供围压；
压电陶瓷装置14，设于所述标定罐1，用于向试样发出地震波；及
静力触探设备15，用于埋设于所述试样中并接收所述地震波。
所述标定罐1罐体内径600mm，厚度为50mm，高度1500mm。所述橡胶水膜3为高强度柔性橡胶材质。橡胶水膜3与标定罐1为同心圆设置。橡胶水膜3内径为500mm，厚度为100mm。为保证围压测量的准确性，在橡胶水膜3内部设置有4组土压力盒，以对围压进行动态监测。同时，在橡胶水膜3上侧设置有4根水管出口阀门，通过水管16与恒压水泵17连接，用恒压水泵17控制水压达到围压控制的目的。恒压水泵17可稳定提供0-200kpa的恒定水压力，误差小于1%。
压电陶瓷装置14
压电陶瓷装置14示意简图如图2所示，在其底部垂直设置了两个压电陶瓷晶体激振片，可以激发两个垂直的方向的剪切横波和纵波。
在图示实施例中，所述地震波静力触探标定罐系统还包括主支架2。主支架2包括圆盘、两根竖向支撑杆和顶梁。标定罐1位于圆盘上，顶梁通过两根竖向支撑杆架设于标定罐1上方。
所述地震波静力触探标定罐系统还包括标定罐1的顶盖4。如图3所示，顶盖4正中设置有贯入孔，，所述静力触探设备15穿过所述贯入孔以进入所述标定罐1。为防止静力触探设备15贯入的挤土效应影响，贯入孔内径为40mm，仅仅略大于标准静力触探设备15的直径。
所述顶盖4还设有多个排水孔21，多个排水孔21分别等间距分布于以顶盖中心为圆心的多个圆周上，以确保贯入过程的中的水的排出。
顶盖4在最外侧分别设置了4个橡胶水膜3的水管出口23和压电陶瓷装置14、土压力盒的线缆出口23。为保证贯入过程中标定罐1的稳定性和固定顶盖4，在顶盖4上部设置可活动的下支架5。下支架5可滑动地套设于主支架2的两根竖向支撑杆。下支架5与顶盖4通过螺杆固定。
所述地震波静力触探标定罐系统还包括漏斗平台6。漏斗平台6可旋转升降以进行制样。
漏斗平台6包括旋杆25及漏斗24。旋杆25连接于上支架7。漏斗24连接于旋杆25。上支架7可滑动地套设于主支架2的两根竖向支撑杆。根据制样设计要求，通过升降旋转升降漏斗平台6以达到均匀制样。
旋杆25包括第一旋杆、第二旋杆及第三旋杆。所述第一旋杆可动地设于所述标定罐1上方的上支架7，所述第二旋杆可动地设于所述第一旋杆，所述第三旋杆可动地设于所述第二旋杆，所述漏斗24设于所述第三旋杆，所述第一旋杆、第二旋杆及第三旋杆两两垂直，所述第一旋杆、第二旋杆及第三旋杆能够带动所述漏斗24在三维空间移动，所述漏斗24用于向所述标定罐1添加试样。
具体的，每一旋杆的端部通过固定件套设于另一旋杆（第一旋杆为通过固定件套设于上支架7），并通过定位螺丝锁固。定位螺丝松开后，对应旋杆可沿另一旋杆滑动或沿自身轴向转动。
所述静力触探设备15未端为横截面10cm2，锥角60°的圆锥，其内部设置有地震波接受模块，锥尖阻力和侧壁阻力测试模块，可同时测量贯入过程中的地震波波速、锥尖阻力及侧壁阻力。上述数据并通过数据采集仪同步传输到电脑，实现数据同步解译和保存。
所述地震波静力触探标定罐系统还包括电机11、螺杆12、支架及卡座8。所述电机11连接所述螺杆12的一端，所述螺杆12的另一端连接所述卡座8，所述卡座8还连接所述静力触探设备15，所述支架可动地套设于两支撑柱，所述支架与所述卡座8连接以限制所述卡座8转动，所述电机11通过驱动所述螺杆12以带动所述静力触探设备15贯入试样中，所述卡座8限制所述静力触探设备15发生转动。
具体的，上支架7穿过定位卡座8，两侧与主支架2的竖向支撑架连接，并通过定位螺丝可以实现上下移动。定位卡座8下部与静力触探设备15连接，并设置有静力触探线缆出口，上支架7从中间穿过，达到固定位置，防止螺杆12导致静力触探的旋转，从而影响实验结果。上部连接螺杆12，以传递螺杆施加的贯入力。
顶架10与主支架2通过螺丝紧密连接。顶架10用于装设电机11.顶架高度1500mm，为静力触探贯入提供充足的贯入量程。电机11通过控制螺杆12的旋转下移，从而达到控制静力触探设备15。电机11最大提供超过100kN的推力，可实现20mm/s、50mm/s、100mm/s三种贯入速度。
所述地震波静力触探标定罐系统还包括深度拉线编码器9，深度拉线编码器9设置有拉线卡扣，拉线卡扣与上支架7相连，以配合深度拉线编码器9实时测量贯入深度。
本发明实施例还提供一种地震波静力触探标定罐系统的使用方法，包括：
通过漏斗向标定罐添加试样，添加过程中移动第一旋杆、第二旋杆及第三旋杆以达到均匀制样；
通过水泵向橡胶水膜通水并控制水压，使橡胶水膜对试样提供围压；
通过压电陶瓷装置向试样发出地震波并通过静力触探设备接受所述地震波；
通过电机驱动静力触探设备移动并通过深度拉线编码器实时测量贯入深度；及
分析所述静力触探设备采集的地震波波速、锥尖阻力及侧壁阻力。
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 (8)
1.一种地震波静力触探标定罐系统，其特征在于：包括：
标定罐，用于装载试样；
橡胶水膜，所述橡胶水膜贴合所述标定罐内壁，所述橡胶水膜连接水泵以向所述橡胶水膜内充水，以向所述试样提供围压；
压电陶瓷装置，设于所述标定罐，用于向试样发出地震波；及
静力触探设备，用于埋设于所述试样中并接收所述地震波。
2.根据权利要求1的地震波静力触探标定罐系统，其特征在于：所述地震波静力触探标定罐系统还包括漏斗平台，包括：第一旋杆、第二旋杆、第三旋杆及漏斗，所述第一旋杆可动地设于所述标定罐上方，所述第二旋杆可动地设于所述第一旋杆，所述第三旋杆可动地设于所述第二旋杆，所述漏斗设于所述第三旋杆，所述第一旋杆、第二旋杆及第三旋杆两两垂直，所述第一旋杆、第二旋杆及第三旋杆能够带动所述漏斗在三维空间移动，所述漏斗用于向所述标定罐添加试样。
3.根据权利要求1的地震波静力触探标定罐系统，其特征在于：所述压电陶瓷装置包括两个垂直设置的压电陶瓷晶体激振片，两个所述压电陶瓷晶体激振片用于激发两个垂直的方向的剪切横波和纵波。
4.根据权利要求1的地震波静力触探标定罐系统，其特征在于：标定罐上部设置有顶盖，所述顶盖中部设置有贯入孔，所述静力触探设备穿过所述贯入孔以进入所述标定罐，所述顶盖还设有多个排水孔，多个排水孔分别等间距分布于以顶盖中心为圆心的多个圆周上，以确保贯入过程的中的水的排出。
5.根据权利要求1的地震波静力触探标定罐系统，其特征在于：所述静力触探设备未端为横截面10cm2，锥角60°的圆锥，其内部设置有地震波接受模块，锥尖阻力和侧壁阻力测试模块，可同时测量贯入过程中的地震波波速、锥尖阻力及侧壁阻力。
6.根据权利要求5的地震波静力触探标定罐系统，其特征在于：所述地震波静力触探标定罐系统还包括电机、螺杆、支架及卡座，所述电机连接所述螺杆的一端，所述螺杆的另一端连接所述卡座，所述卡座还连接所述静力触探设备，所述支架可动地套设于两支撑柱，所述支架与所述卡座连接以限制所述卡座转动，所述电机通过驱动所述螺杆以带动所述静力触探设备贯入试样中，所述卡座限制所述静力触探设备发生转动。
7.根据权利要求6的地震波静力触探标定罐系统，其特征在于：所述地震波静力触探标定罐系统还包括深度拉线编码器，深度拉线编码器设置有拉线卡扣，拉线卡扣与支架相连。
8.一种地震波静力触探标定罐系统的使用方法，其特征在于，包括：
通过漏斗向标定罐添加试样，添加过程中移动第一旋杆、第二旋杆及第三旋杆以达到均匀制样；
通过水泵向橡胶水膜通水并控制水压，使橡胶水膜对试样提供围压；
通过压电陶瓷装置向试样发出地震波并通过静力触探设备接受所述地震波；
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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