CN114319292A - 一种用于粉土地层的海洋孔压静力触探连续贯入装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于粉土地层的海洋孔压静力触探连续贯入装置及方法，可以通过较小液压千斤顶系统与较大液压千斤顶系统两者之间进行配合，分别带动其对应的活塞杆以下降探杆和孔压静力触探的探头以实现探头连续贯入至粉土地层；当内侧活塞杆到达底部后，通过切换使得外侧液压千斤顶的外侧活塞杆下降带动探杆和孔压静力触探探头贯入，同时令内侧液压千斤顶的内侧活塞杆同时上升；在外侧活塞杆到达底部后，内侧活塞杆同时上升至顶部，进而再次循环带动探杆贯入，可以实现探杆始终处于往下贯入状态，实现了孔压静力触探探头以恒定速率连续贯入地层，突破了传统孔压静力触探作业时，贯入不连续，存在较长时间间断的情况。
Description
技术领域
本发明属于海洋岩土工程原位测试技术领域，涉及一种用于粉土地层的海洋孔压静力触探连续贯入装置及方法。
背景技术
在海洋岩土工程勘察中，常采用原位孔压静力触探测试（CPTU），通过准静力形式以20 mm/s的恒定速率贯入土体中，通过测量贯入过程中的锥尖阻力q c、锥肩孔隙水压力u 2、侧摩阻力f s来反算土体强度。对于黏土常采用CPTU解译得到的不排水抗剪强度s u表征土体强度，对于砂土常采用CPTU解译得到的有效内摩擦角φ'表征土体强度。我国黄海海域等区域广泛分布有粉土，其性质介于黏土（渗透系数小，一般为不排水状态）与砂土（渗透系数大，一般为排水状态）之间，其渗透系数适中，在受到荷载剪切破坏过程常处于部分排水状态，由于渗透系数较大，其超孔隙水压力Δu消散也快于黏土，因此粉土的强度评价与其剪切过程的排水状态息息相关。
目前海洋孔压静力触探测试（CPTU）常采用探杆连接CPTU探头，通过油压千斤顶带动探杆贯入CPTU探头，一般情况下油缸压缩带动探杆和CPTU探头贯入一定深度（一般为50cm）后，油缸需要回弹至原高度处，才能继续压缩带动探杆和CPTU探头贯入，CPTU探头在土层中需要停留约30秒左右。对于渗透系数较低的黏土，30秒不足以使得黏土的超孔隙水压力消散，仍可视为不排水状态；对于渗透系数大的砂土，其本身在贯入过程中起超孔隙水压力早已消散，所以一直处于排水状态，对黏土和砂土的影响都不大。而对于渗透系数适中的粉土，30秒左右的停留时间会导致，其孔隙水压力消散，导致测试得到的锥肩孔压u 2低估，从而可能高估粉土的强度，造成海上风电基础工程设计存在安全隐患。通过建立一种用于粉土地层的海洋孔压静力触探连续贯入装置及方法，不仅可以解决粉土地层的CPTU测试难题，保障工程安全，同时还可以加快作业效率，具有重要的工程意义。
发明内容
本发明的第一个目的在于，针对现有技术不足，旨在提供一种用于粉土地层的海洋孔压静力触探连续贯入装置，保证孔压静力触探测试在粉土地层中保持恒定速率贯入，消除贯入间隔时间对粉土地层测试数据的影响，使得测试数据更加准确。
为此，本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
一种用于粉土地层的海洋孔压静力触探连续贯入装置，包括多套液压千斤顶系统，其中，较小液压千斤顶系统始终处于较大液压千斤顶系统内侧，
所述液压千斤顶系统包括对称布置的一对液压千斤顶，所述液压千斤顶内具有活塞杆，所述活塞杆顶部固定有钢架，所述钢架中部具有可开关紧固件，所述可开关紧固件用于将探杆锁定至钢架上或者从钢架上打开；
所述较小液压千斤顶先驱动孔压静力触探的探杆下贯孔压静力触探的探头，后由较大液压千斤顶驱动孔压静力触探的探杆下贯孔压静力触探的探头以实现探杆连续贯入。
在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：
作为本发明的优选技术方案：所述液压千斤顶与液压千斤顶控制器信号连接，所述液压千斤顶控制器用于控制液压千斤顶内活塞杆的上升或者下降。
作为本发明的优选技术方案：多套液压千斤顶系统布置在海洋平台甲板上，所述海洋平台甲板与探杆相对应的位置设有海洋平台甲板预留孔以方便孔压静力触探的探头从海洋平台甲板预留孔内穿过。
作为本发明的优选技术方案：所述钢架与活塞杆顶部之间经紧固螺栓固定。
作为本发明的优选技术方案：所述钢架的中部具有钢架预留孔以穿入孔压静力触探的探杆并经可开关紧固件固定至钢架上或者从钢架上打开。
本发明还有一个目的在于，针对现有孔压静力触探测试无法连续贯入，可能会影响粉土地层的孔压静力触探测试结果，导致地层参数错误估计，提供了一种用于粉土地层的海洋孔压静力触探连续贯入方法。
为此，本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
一种用于粉土地层的海洋孔压静力触探连续贯入方法，所述粉土地层的海洋孔压静力触探连续贯入方法基于前文所述的用于粉土地层的海洋孔压静力触探连续贯入装置，并包括如下步骤：
装置安装：
S101：在海洋平台甲板上放置内侧液压千斤顶，将内侧钢架通过内侧紧固螺栓紧固于内侧活塞杆上；
S102：在海洋平台甲板上放置外侧液压千斤顶，将外侧钢架通过外侧紧固螺栓紧固于外侧活塞杆上；
S103：将孔压静力触探探头与探杆通过螺纹相连，从上往下依次穿过外侧钢架预留孔和内侧钢架预留孔；
S104：将内侧可开关紧固件安装于探杆和内侧钢架上，将外侧可开关紧固件安装于探杆和外侧钢架上；
孔压静力触探探头贯入：
S201：将内侧可开关紧固件调节至关闭状态，将外侧可开关紧固件调节至打开状态；
S202：通过内侧液压千斤顶控制器控制内侧活塞杆下降，此时内侧钢架和探杆带动孔压静力触探探头一起下降；
S203：当内侧活塞杆下降至最低点后，将内侧可开关紧固件调节至打开状态，将外侧可开关紧固件调节至关闭状态；
S204：通过外侧液压千斤顶控制器控制外侧活塞杆下降，此时外侧钢架和探杆带动孔压静力触探探头一起下降，同时通过内侧液压千斤顶控制器控制内侧活塞杆上升；
S205：当外侧活塞杆下降至最低点时，此时内侧活塞杆上升至最高点，将内侧可开关紧固件调节至关闭状态，将外侧可开关紧固件调节至打开状态；
S206：通过内侧液压千斤顶控制器控制内侧活塞杆下降，此时内侧钢架和探杆带动孔压静力触探探头一起下降，同时通过外侧液压千斤顶控制器控制外侧活塞杆上升；
S207：当内侧活塞杆下降至最低点时，此时外侧活塞杆上升至最高点，即完成连续贯入的一个冲程；
S208：重复S204至S207，即可实现孔压静力触探探头的连续贯入。
本发明提供一种用于粉土地层的海洋孔压静力触探连续贯入装置及方法，具有如下有益效果：
本发明所提供的用于粉土地层的海洋孔压静力触探连续贯入装置的结构简单、设计合理，可以通过较小液压千斤顶系统与较大液压千斤顶系统两者之间进行配合，分别带动其对应的活塞杆以下降探杆和孔压静力触探的探头以实现探头连续贯入至粉土地层；当较小液压千斤顶系统的内侧活塞杆到达底部后，通过切换使得较大液压千斤顶系统对应的外侧液压千斤顶的外侧活塞杆下降带动探杆和孔压静力触探探头贯入，同时令较小液压千斤顶系统的内侧液压千斤顶的内侧活塞杆同时上升；在外侧活塞杆到达底部后，内侧活塞杆同时上升至顶部，进而再次循环带动探杆贯入，可以实现探杆始终处于往下贯入状态，实现了孔压静力触探探头以恒定速率连续贯入地层，突破了传统孔压静力触探作业时，贯入不连续，存在较长时间间断的情况，尤其是保障了粉土地层中孔压静力触探测试结果的准确性。
附图说明
图1为本发明所提供的用于粉土地层的海洋孔压静力触探连续贯入装置的图示；
图2为本发明所提供的用于粉土地层的海洋孔压静力触探连续贯入方法中S201所对应的连续贯入装置的状态图示；
图3为本发明所提供的用于粉土地层的海洋孔压静力触探连续贯入方法中S202所对应的连续贯入装置的状态图示；
图4为本发明所提供的用于粉土地层的海洋孔压静力触探连续贯入方法中S203所对应的连续贯入装置的状态图示；
图5为本发明所提供的用于粉土地层的海洋孔压静力触探连续贯入方法中S204所对应的连续贯入装置的状态图示；
图6为本发明所提供的用于粉土地层的海洋孔压静力触探连续贯入方法中S205所对应的连续贯入装置的状态图示；
图7为本发明所提供的用于粉土地层的海洋孔压静力触探连续贯入方法中S206所对应的连续贯入装置的状态图示；
图中：1-内侧液压千斤顶、2-内侧活塞杆、3-内侧钢架、4-内侧紧固螺栓、5-内侧液压千斤顶控制器、6-孔压静力触探探头、7-探杆、8-内侧钢架预留孔、9-内侧可开关紧固件、10-外侧液压千斤顶、11-外侧活塞杆、12-外侧钢架、13-外侧紧固螺栓、14-外侧液压千斤顶控制器、15-外侧钢架预留孔、16-外侧可开关紧固件、17-海洋平台甲板、18-海洋平台甲板预留孔。
具体实施方式
参照附图和具体实施例对本发明作进一步详细地描述。
如图1所示，一种用于粉土地层的海洋孔压静力触探连续贯入装置，包括内侧液压千斤顶1、内侧活塞杆2、内侧钢架3、内侧紧固螺栓4、内侧液压千斤顶控制器5、孔压静力触探探头6、探杆7、内侧钢架预留孔8、内侧可开关紧固件9、外侧液压千斤顶10、外侧活塞杆11、外侧钢架12、外侧紧固螺栓13、外侧液压千斤顶控制器14、外侧钢架预留孔15、外侧可开关紧固件16、海洋平台甲板17、海洋平台甲板预留孔18。
内侧液压千斤顶1放置于海洋平台甲板17上，内侧液压千斤顶1与内侧活塞杆2相连；内侧钢架3通过内侧紧固螺栓4安装于内侧活塞杆2上，同时内侧钢架3具有内侧钢架预留孔8；内侧液压千斤顶控制器5可控制内侧活塞杆2的上升与下降；孔压静力触探探头6与探杆7通过螺纹相连；探杆7可刚好穿过内侧钢架预留孔8，内侧可开关紧固件9可将内侧钢架3和探杆7紧固；外侧液压千斤顶10放置于海洋平台甲板17上，外侧液压千斤顶10与外侧活塞杆11相连；外侧钢架12通过外侧紧固螺栓13安装于外侧活塞杆11上，外侧钢架12具有外侧钢架预留孔15；外侧液压千斤顶控制器14可控制外侧活塞杆11的上升与下降；探杆7可刚好穿过外侧钢架预留孔15，外侧可开关紧固件16可将探杆7和外侧钢架12紧固；海洋平台甲板17上具有海洋平台甲板预留孔18，可供孔压静力触探探头6穿过。
如图2~图7所示，图2至图7分别对应于步骤S201至S206所对应的连续贯入装置的图示。
一种用于粉土地层的海洋孔压静力触探连续贯入方法，所述粉土地层的海洋孔压静力触探连续贯入方法基于前文所述的用于粉土地层的海洋孔压静力触探连续贯入装置，并包括如下步骤：
装置安装：
S101：在海洋平台甲板17上放置内侧液压千斤顶1，将内侧钢架3通过内侧紧固螺栓4紧固于内侧活塞杆2上；
S102：在海洋平台甲板17上放置外侧液压千斤顶10，将外侧钢架12通过外侧紧固螺栓13紧固于外侧活塞杆11上；
S103：将孔压静力触探探头6与探杆7通过螺纹相连，从上往下依次穿过外侧钢架预留孔15和内侧钢架预留孔16；
S104：将内侧可开关紧固件8安装于探杆7和内侧钢架3上，将外侧可开关紧固件16安装于探杆7和外侧钢架12上。
孔压静力触探探头贯入：
S201：如图2所示，将内侧可开关紧固件8调节至关闭状态，将外侧可开关紧固件15调节至打开状态；
S202：如图3所示，通过内侧液压千斤顶控制器5控制内侧活塞杆2下降，此时内侧钢架3和探杆7带动孔压静力触探探头6一起下降；
S203：如图4所示，当内侧活塞杆2下降至最低点后，将内侧可开关紧固件8调节至打开状态，将外侧可开关紧固件15调节至关闭状态；
S204：如图5所示，通过外侧液压千斤顶控制器14控制外侧活塞杆11下降，此时外侧钢架12和探杆7带动孔压静力触探探头6一起下降，同时通过内侧液压千斤顶控制器5控制内侧活塞杆2上升；
S205：如图6所示，当外侧活塞杆11下降至最低点时，此时内侧活塞杆2上升至最高点，将内侧可开关紧固件8调节至关闭状态，将外侧可开关紧固件15调节至打开状态；
S206：如图7所示，通过内侧液压千斤顶控制器5控制内侧活塞杆2下降，此时内侧钢架3和探杆7带动孔压静力触探探头6一起下降，同时通过外侧液压千斤顶控制器14控制外侧活塞杆11上升；
S207：当内侧活塞杆2下降至最低点时，此时外侧活塞杆11上升至最高点，即完成连续贯入的一个冲程；
S208：重复S204至S207，即可实现孔压静力触探探头6的连续贯入。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施例，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种用于粉土地层的海洋孔压静力触探连续贯入装置，其特征在于：所述用于粉土地层的海洋孔压静力触探连续贯入装置包括多套液压千斤顶系统，其中，较小液压千斤顶系统始终处于较大液压千斤顶系统内侧，
所述液压千斤顶系统包括对称布置的一对液压千斤顶，所述液压千斤顶内具有活塞杆，所述活塞杆顶部固定有钢架，所述钢架中部具有可开关紧固件，所述可开关紧固件用于将探杆锁定至钢架上或者从钢架上打开；
所述较小液压千斤顶先驱动孔压静力触探的探杆下贯孔压静力触探的探头，后由较大液压千斤顶驱动孔压静力触探的探杆下贯孔压静力触探的探头以实现探杆连续贯入。
2.根据权利要求1所述的用于粉土地层的海洋孔压静力触探连续贯入装置，其特征在于：所述液压千斤顶与液压千斤顶控制器信号连接，所述液压千斤顶控制器用于控制液压千斤顶内活塞杆的上升或者下降。
3.根据权利要求1所述的用于粉土地层的海洋孔压静力触探连续贯入装置，其特征在于：多套液压千斤顶系统布置在海洋平台甲板上，所述海洋平台甲板与探杆相对应的位置设有海洋平台甲板预留孔以方便孔压静力触探的探头从海洋平台甲板预留孔内穿过。
4.根据权利要求1所述的用于粉土地层的海洋孔压静力触探连续贯入装置，其特征在于：所述钢架与活塞杆顶部之间经紧固螺栓固定。
5.根据权利要求1所述的用于粉土地层的海洋孔压静力触探连续贯入装置，其特征在于：所述钢架的中部具有钢架预留孔以穿入孔压静力触探的探杆并经可开关紧固件固定至钢架上或者从钢架上打开。
6.一种用于粉土地层的海洋孔压静力触探连续贯入方法，其特征在于：所述粉土地层的海洋孔压静力触探连续贯入方法基于权利要求1所述的用于粉土地层的海洋孔压静力触探连续贯入装置，并包括如下步骤：
装置安装：
S101：在海洋平台甲板上放置内侧液压千斤顶，将内侧钢架通过内侧紧固螺栓紧固于内侧活塞杆上；
S102：在海洋平台甲板上放置外侧液压千斤顶，将外侧钢架通过外侧紧固螺栓紧固于外侧活塞杆上；
S103：将孔压静力触探的探头与探杆通过螺纹相连，从上往下依次穿过外侧钢架预留孔和内侧钢架预留孔；
S104：将内侧可开关紧固件安装于探杆和内侧钢架上，将外侧可开关紧固件安装于探杆和外侧钢架上；
孔压静力触探探头贯入：
S201：将内侧可开关紧固件调节至关闭状态，将外侧可开关紧固件调节至打开状态；
S202：通过内侧液压千斤顶控制器控制内侧活塞杆下降，此时内侧钢架和探杆带动孔压静力触探探头一起下降；
S203：当内侧活塞杆下降至最低点后，将内侧可开关紧固件调节至打开状态，将外侧可开关紧固件调节至关闭状态；
S204：通过外侧液压千斤顶控制器控制外侧活塞杆下降，此时外侧钢架和探杆带动孔压静力触探探头一起下降，同时通过内侧液压千斤顶控制器控制内侧活塞杆上升；
S205：当外侧活塞杆下降至最低点时，此时内侧活塞杆上升至最高点，将内侧可开关紧固件调节至关闭状态，将外侧可开关紧固件调节至打开状态；
S206：通过内侧液压千斤顶控制器控制内侧活塞杆下降，此时内侧钢架和探杆带动孔压静力触探探头一起下降，同时通过外侧液压千斤顶控制器控制外侧活塞杆上升；
S207：当内侧活塞杆下降至最低点时，此时外侧活塞杆上升至最高点，即完成连续贯入的一个冲程；
S208：重复S204至S207，即可实现孔压静力触探探头的连续贯入。
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