CN114354406A

CN114354406A - 一种基于能量修正的标贯试验装置及方法

Info

Publication number: CN114354406A
Application number: CN202111522690.3A
Authority: CN
Inventors: 张国超; 余颂; 吴刚; 张�荣; 郝江涛; 张伟; 李涛
Original assignee: Pansuo Geological Exploration Technology Guangzhou Co ltd; China Railway Major Bridge Reconnaissance and Design Institute Co Ltd
Current assignee: Pansuo Geological Exploration Technology Guangzhou Co ltd; China Railway Major Bridge Reconnaissance and Design Institute Co Ltd
Priority date: 2021-12-13
Filing date: 2021-12-13
Publication date: 2022-04-15
Anticipated expiration: 2041-12-13
Also published as: CN114354406B

Abstract

本发明涉及岩土工程原位测试技术领域，具体涉及一种基于能量修正的标贯试验装置及方法。该方法包括以下步骤：S1：利用锤击系统将贯入器垂直打入15cm至试验土层上方后；S2：利用锤击系统将贯入器垂直打入试验土层中，记录每10cm的锤击数，锤击速率小于30击/min，贯入土中30cm时停止锤击；若贯入不足30cm，锤击数已达50击，停止锤击；锤击时同时记录第一冲击力传感器和第二冲击力传感器的冲击力数据，根据第一冲击力传感器和第二冲击力传感器的冲击力数据对标贯击数进行修正；S3：钻进至下一深度试验土层上方15cm，重复步骤S1和S2，直至试验设计深度。能够解决现有技术中在杆长超过21米后现有方法无法对标贯击数N值进行有效修正的问题。

Description

一种基于能量修正的标贯试验装置及方法

技术领域

本发明涉及岩土工程原位测试技术领域，具体涉及一种基于能量修正的标贯试验装置及方法。

背景技术

标准贯入试验是一种评价地基土物理力学性质的原位测试方法。该方法是在现场用63.5kg的穿心重锤，沿导杆自由下落76cm，通过上下依次连接的探杆将一定规格的对开贯入器打入土中，记录贯入30cm对应的锤击数为标准贯入锤击数N。

标准贯入试验操作简单、地层适应性广等优点广泛应用于世界各地，可以确定砂土、粉土、黏性土的物理状态，对土的强度、变形参数、地基承载力、单桩承载力，饱和砂土和粉土的液化、成桩可行性等作出评价。

标准贯入试验实质是将穿心锤的势能通过钻杆弹性冲击传递给贯入器，贯入器在冲击作用下插入一定深度的土层，整个能量转换和传递过程分为四个阶段：穿心锤落到锤垫、落垫撞击钻杆顶部锤垫、钻杆顶部锤垫传至钻杆底部贯入器打入土中。每一阶段均会产生能量的损耗，同时随着杆长的增长，由钻杆传递给贯入器的有效能量逐渐减小。故当探杆较长时，标贯试验击数并不能完全代表底部土体的实际状态，需进行钻杆长度的修正。

《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001，2009年版)中规定，应用标贯击数N值时是否修正和如何修正，应根据建立统计关系时的具体情况确定。修正系数是采用牛顿碰撞理论为基础，通过公式推导而计算出的。

但是在杆长超过21米以后，落锤质量远远小于钻探质量的2倍，杆长超过21米后现有的方法无法对标贯击数N值进行有效的修正。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于能量修正的标贯试验装置及方法，能够解决现有技术中在杆长超过21米后现有的方法无法对标贯击数N值进行有效修正的问题。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一方面，本方面提供一种基于能量修正的标贯试验装置，包括：依次设置的贯入器、第一冲击力传感器、探杆、第二冲击力传感器和锤击系统；

其中，所述第一冲击力传感器和第二冲击力传感器分别用于采集标贯时所述探杆两端受到的冲击力，获得冲积能，以对标贯击数进行修正。

在一些可选的方案中，所述第一冲击力传感器和第二冲击力传感器均包括依次设置的传感器舱和电子舱，所述传感器舱和电子舱之间设有隔断块，且所述隔断块中部设有通孔，所述第一冲击力传感器和第二冲击力传感器与探杆均通过可拆卸连接结构连接，所述可拆卸连接结构包括：

浮动接头，其一端与所述探杆可拆卸连接，另一端伸入所述传感器舱内；

连接杆，其设于所述浮动接头的另一端，并可穿出所述通孔，用于使所述第一冲击力传感器或第二冲击力传感器的传感模块套设在所述连接杆上，并位于所述浮动接头和隔断块之间；

螺母，其套设在所述连接杆的端部，位于所述电子舱内。

在一些可选的方案中，所述第一冲击力传感器和第二冲击力传感器均包括：

传感模块，其设于所述传感器舱内，用于感应受到的冲击力；

采集储存模块，其设于所述电子舱内，用于记录所述感应模块感应到冲击力数据；

通讯模块，其设于所述电子舱内，用于将所述冲击力数据向外界传输；

锂电池，其设于所述电子舱内，用于向所述传感模块、采集储存模块和通讯模块供电。

在一些可选的方案中，还包括分析机构，其用于获取所述第一冲击力传感器和第二冲击力传感器的冲击力数据，并根据所述第一冲击力传感器和第二冲击力传感器的冲击力数据对标贯击数进行修正。

在一些可选的方案中，所述分析机构包括信号连接的数据采集仪和电脑，所述数据采集仪用于与所述第一冲击力传感器和第二冲击力传感器连接，获取所述冲击力数据并传输至所述电脑，所述电脑根据所述第一冲击力传感器和第二冲击力传感器的冲击力数据对标贯击数进行修正。

在一些可选的方案中，所述锤击系统包括：

锤垫，其一侧与所述第二冲击力传感器连接；

导杆，其设于所述锤垫的另一侧连接；

重锤，其中部设有直径大于所述锤垫的通孔，并套设在所述导杆上。

在一些可选的方案中，所述贯入器、第一冲击力传感器、探杆、第二冲击力传感器和锤击系统之间可拆卸连接。

另一方面，本发明还提供一种基于能量修正的标贯试验方法，利用上述基于能量修正的标贯试验装置实施，包括以下步骤：

S1：利用锤击系统将贯入器垂直打入15cm至试验土层上方；

S2：利用锤击系统将贯入器垂直打入试验土层中，锤击速率小于30击/min，贯入土中30cm时停止锤击，记录累计打入30cm的锤击数；若贯入不足30cm但锤击数已达50击，停止锤击，在现场记录打入深度，换算成相当于30cm的锤击数；锤击时同时记录第一冲击力传感器和第二冲击力传感器的冲击力数据，根据第一冲击力传感器和第二冲击力传感器的冲击力数据对标贯击数进行修正；

S3：钻进至下一试验深度上方15cm，重复步骤S1和S2，直至试验设计深度。

在一些可选的方案中，所述的根据第一冲击力传感器和第二冲击力传感器的冲击力数据对标贯击数进行修正，包括：

根据第一冲击力传感器和第二冲击力传感器的冲击力数据，得到第一冲击力传感器和第二冲击力传感器处的贯入能量；

根据第一冲击力传感器和第二冲击力传感器处的贯入能量，对标贯击数进行修正。

在一些可选的方案中，所述的根据第一冲击力传感器和第二冲击力传感器处的贯入能量，对标贯击数进行修正，包括：

根据第一冲击力传感器和第二冲击力传感器处的贯入能量，得到能量修正系数；

根据能量修正系数，对标贯击数进行修正。

在一些可选的方案中，所述的根据第一冲击力传感器和第二冲击力传感器的冲击力数据，得到第一冲击力传感器和第二冲击力传感器处的贯入能量，具体包括：

根据公式

确定第一冲击力传感器或第二冲击力传感器(4)处的应力σ；

根据公式

确定第一冲击力传感器或第二冲击力传感器处的贯入能量；

其中，F为第一冲击力传感器和第二冲击力传感器处受到的冲击力，A为探杆的横截面积，c为应力波传播速度，E为弹性模量，τ为探杆中入射应力波脉冲持续时间。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本方案中通过在探杆的两端分别都设置第一冲击力传感器和第二冲击力传感器，根据第一冲击力传感器和第二冲击力传感器的冲击力数据，得到第一冲击力传感器和第二冲击力传感器处的贯入能量；根据第一冲击力传感器和第二冲击力传感器处的贯入能量，对标贯击数进行修正，可实现对杆长超过21米的标贯击数进行修正，应用面更广，并且将无法量化修正的标贯击数进行准确的修正。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中试验设计要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中基于能量修正的标贯试验装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中可拆卸连接结构的结构示意图。

图中：1、贯入器；2、第一冲击力传感器；21、传感模块；3、探杆；4、第二冲击力传感器；5、锤击系统；51、锤垫；52、导杆；53、重锤；6、可拆卸连接结构；61、浮动接头；62、连接杆；63、螺母；241、传感器舱；242、电子舱；243、隔断块。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供一种基于能量修正的标贯试验装置，包括：依次设置的贯入器1、第一冲击力传感器2、探杆3、第二冲击力传感器4和锤击系统5；

其中，第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4分别用于采集标贯时探杆3两端受到的冲击力，获得冲积能，以对标贯击数进行修正。

在使用该基于能量修正的标贯试验装置时，首先利用锤击系统5将贯入器1垂直打入15cm至试验土层上方；再利用锤击系统5将贯入器1垂直打入试验土层中，锤击速率小于30击/min，贯入土中30cm时停止锤击，记录累计打入30cm的锤击数；若贯入不足30cm但锤击数已达50击，停止锤击，在现场记录打入深度，换算成相当于30cm的锤击数；锤击时同时记录第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4的冲击力数据，根据第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4的冲击力数据对标贯击数进行修正；钻进至下一深度试验土层上方15cm，重复上述步骤，直至试验设计深度。本方案中通过在探杆3的两端分别都设置第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4，根据第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4的冲击力数据，得到第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4处的贯入能量；根据第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4处的贯入能量，对标贯击数进行修正，可实现对杆长超过21米的标贯击数进行修正，应用面更广，并且将无法准确量化修正的标贯击数进行准确的修正。

在本实施例中，贯入器1、第一冲击力传感器2、探杆3、第二冲击力传感器4和锤击系统5之间可拆卸连接。方便运输和使用时的安装。

在一些可选的实施例中，第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4均包括依次设置的传感器舱241和电子舱242，传感器舱241和电子舱242之间设有隔断块243，且隔断块243中部设有通孔，第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4与探杆3均通过可拆卸连接结构6连接，可拆卸连接结构6包括：浮动接头61、连接杆62和螺母63。

其中，浮动接头61一端与探杆3可拆卸连接，另一端伸入传感器舱241内；连接杆62设于浮动接头61的另一端，并可穿出通孔，用于使第一冲击力传感器2或第二冲击力传感器4的传感模块21套设在连接杆62上，并位于浮动接头61和隔断块243之间；螺母63套设在连接杆62的端部，位于电子舱242内。

在本实施例中，第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4均包括外壳体，外壳体内依次设置有传感器舱241和电子舱242，传感器舱241用来设置传感模块21，电子舱242用来设置其他电子器件。

浮动接头61伸入传感器舱241的一端，与传感器舱241在径向方向间隙配合，避免浮动接头61与传感器舱241在轴向方向传递轴向力，影响冲击力的检测结果。另外，为了保证浮动接头61与传感器舱241之间的密封性，在浮动接头61与传感器舱241之间设置密封组件，这样密封组件必然会传递轴向受力，为消除浮动接头61与传感器舱241之间设置的密封组件影响竖向冲击力，可根据试验检测出受到冲击力时，获取因密封组件摩擦导致的浮动接头61与传感器舱241之间轴向摩擦力，在传感器舱241的传感模块21检测到冲击力数据后，再加上浮动接头61与传感器舱241之间的轴向摩擦力。

使第一冲击力传感器2或第二冲击力传感器4的传感模块21套设在连接杆62上，并位于浮动接头61和隔断块243之间，另外，螺母63套设在连接杆62的端部，位于电子舱242内。可通过调整螺母63使传感模块21在传感器舱241内有一定的活动间隙，可使传感模块处于自然状态，避免预紧力影响冲击力结果。并且在起拔时，可通过连接杆62穿过传感器舱241和隔断块243，端部套设的螺母63，将下段部分结构整体回收返回陆地或甲板上。该可拆卸连接结构6既实现了轴向承拉的作用，还可使传感模块21处于自然状态，避免预紧力影响冲击力结果。

本例中，传感器舱241的端部置于电子舱242内，传感器舱241置于电子舱242的端部设有外螺纹，电子舱242设有内螺纹，传感器舱241的端部与电子舱242通过螺纹连接，传感器舱241上设有外螺纹的端部即为隔断块243。

此外，传感器舱241内部设有键槽，传感模块21的外形呈圆环形，套设连接杆62上，在外壁上设有与键槽匹配的凸起，键槽与凸起通过小间隙配合，振动时可防止传感模块转动。

在一些可选的实施例中，第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4均包括：传感模块、采集储存模块、通讯模块和锂电池。

传感模块设于传感器舱241内，用于感应受到的冲击力；采集储存模块设于电子舱242内，用于记录感应模块感应到冲击力数据；通讯模块设于电子舱242内，用于将冲击力数据向外界传输；锂电池设于电子舱242内，用于向传感模块、采集储存模块和通讯模块供电。

在本实施例中，传感模块21置于传感器舱241内，采集储存模块、通讯模块和锂电池均置于电子舱242内。在试验时，传感模块21采集到冲击力数据后，存储在采集储存模块内，试验完成后或者试验时，通过通讯模块传输至分析机构，进行分析处理。

针对冲击应力波响应频率快，最高应力波频率约在10kHz左右，系统采用ADS1271单通道高速数据采集模块，可以实现高达105KSPS的转速速率。ADS1271是高带宽的24位工业用模数转换器(ADC)，它实现了DC精度与AC性能的突破性结合ADS1271拥有51kHz的带宽，105kSPS的转换速率,1.8μV/℃的失调漂移以及高达109dB的信噪比(SNR)。

在一些可选的实施例中，基于能量修正的标贯试验装置还包括分析机构，其用于获取第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4的冲击力数据，并根据第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4的冲击力数据对标贯击数进行修正。

在一些可选的实施例中，分析机构包括信号连接的数据采集仪和电脑，数据采集仪用于与第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4连接，获取冲击力数据并传输至电脑，电脑根据第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4的冲击力数据对标贯击数进行修正。

在本实施例中，数据采集仪用于与第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4连接，获取冲击力数据并传输至电脑，电脑根据第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4的冲击力数据，得到第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4处的贯入能量；根据第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4处的贯入能量，对标贯击数进行修正，可实现对杆长超过21米的标贯击数进行修正。

在一些可选的实施例中，锤击系统5包括：锤垫51、导杆52和重锤53。

其中，锤垫51一侧与第二冲击力传感器4连接；导杆52设于锤垫51的另一侧连接；重锤53，其中部设有直径大于锤垫51的通孔，并套设在导杆52上。

在本实施例中，在利用锤击系统5锤击贯入器1时，将套设在导杆52上的重锤53上提设定高度，使重锤53沿导杆52落下锤击在锤垫51上，将力传递至第二冲击力传感器4，再依次传递至探杆3和第一冲击力传感器2，最终传递至贯入器1，使贯入器1向土层插入。

本例中，重锤53的重量为63.5Kg，贯入器1为对开式贯入器，可取出土层内的土，探杆3通常使用直径为50mm的工程地质钻杆，探杆3包括若干个子探杆，可根据试验深度接长，重锤53穿过导杆52在锤垫51上方76cm范围内可自由活动。第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4的长度50cm，直径50mm。为保护传感器，同时避免能量损耗，传感器的外壳采用与普通工程地质钻杆相近的材质封闭。传感器竖直安装，保持传感器测得的是平行于探杆3方向的加速度和力。

另一方面，本发明还提供一种基于能量修正的标贯试验方法，包括以下步骤：

S0：贯入器1、第一冲击力传感器2、探杆3依次连接后，下放至待测土层，将第一冲击力传感器2开启，在探杆3上端接上第二冲击力传感器4和锤击系统5依次连接，将分析机构与第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4信号连接。

贯入过程中需要连续不断标准重锤锤击并记录每次锤击时间，贯入深度。为了准确监控应力波贯入传递效果，在探杆3的顶部和底部各设置了一个自容式应力波记录仪作为传感器。记录仪采用分布式方式，系统内部采用授时和自授时计时，锤击时采用触发采样，每次采样数据格式对应一个以时间命名文件，在开始检测之前，均采用分析机构对第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4进行授时，为保证自守时精度，采用一个高精度的时钟芯片DS3231来计时，计时误差可以达到+—2ppm，24小时内计时误差不超过0.1s。这样设备在开机时通过串口授时后24小时记录时间误差不超过0.1s，满足冲锤时间记录误差1s以内要求。

另外，由于贯入测量冲击应力波需要高达100kHZ的采样率，24位精度AD每秒中需要存储的数量是：100K*3Byte＝300KB/s。采用触发采样方式，检测到传感器电压连续10次超过触发阈值点电压，就认为一次有效触发。传统的触发采样方式，触发电压前刻时间段的数据就会丢失。本方案中采用双缓冲区方式，每个记录缓冲区大小4KB，不管有没有有效触发，数据采集都会交替填满两个缓冲区。

如果在一个记录缓冲区中有3次以上的有效触发就认为需要记录数据了。这个时候可以把当前缓冲区记录数据保存到SD卡，避免数据的丢失。

S1：利用锤击系统5将贯入器1垂直打入15cm至试验土层上方。

在本实施例中，利用重锤53自由落锤，对开式贯入器打入15cm后停止落锤，并做好记录。

S2：利用锤击系统5将贯入器1垂直打入试验土层中，锤击速率小于30击/min，贯入土中30cm时停止锤击，记录累计打入30cm的锤击数；若贯入不足30cm但锤击数已达50击，停止锤击，在现场记录打入深度，换算成相当于30cm的锤击数；锤击时同时记录第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4的冲击力数据，根据第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4的冲击力数据对标贯击数进行修正。

步骤S2具体包括：

S21：根据第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4的冲击力数据，得到第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4处的贯入能量。具体地：

S211：根据公式

确定第一冲击力传感器2或第二冲击力传感器4处的应力σ；

S212：根据公式

确定第一冲击力传感器2或第二冲击力传感器4处的能量。

其中，F为第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4处受到的冲击力，A为探杆的横截面积，c为应力波传播速度，E为弹性模量，τ为探杆中入射应力波脉冲持续时间。

S22：根据第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4处的贯入能量，对标贯击数进行修正。具体的：

S221：根据第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4处的贯入能量，得到能量修正系数。

根据不同杆长条件下获得的第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4处的能量，计算不同杆长时能量修正系数α₁＝E₂/E₁，E2为第一冲击力传感器2处的能量，E1为第二冲击力传感器4处的能量，下表中未列出的能量修正系数可以根据获得的数值采用插值法获得。

S222：根据能量修正系数，对标贯击数进行修正。

现阶段21米以内的杆长修正系数已被反复证明和认可，首先根据21m内杆长的锤击数修正系数A，对能量修正系数a₁进一步修正得到a₂，即a₂＝A*a₁。21m以上的锤击数修正系数A根据21m以内修正系数拟合或者其他方式获得。

对两端的冲击力传感器的数据进行分析，将a₂推广到杆长大于21m时标贯击数修正，获得基于能量损耗情况对标贯击数进行修正N_修＝a₂*N＝A*a₁*N。解决杆长大于21m的标贯击数修正难题。

在本实施例中，在每次停止锤击后，取出贯入器，将贯入器1中的土样取出进行鉴别描述，将需要保存的土样保存。

S3：钻进至下一深度试验土层上方15cm，重复步骤S1和S2，直至试验设计深度。

综上所述，首先利用锤击系统5将贯入器1垂直打入15cm至试验土层上方后停止落锤；再利用锤击系统5将贯入器1垂直打入试验土层中，锤击速率小于30击/min，贯入土中30cm时停止锤击，记录累计打入30cm的锤击数；若贯入不足30cm但锤击数已达50击，停止锤击，在现场记录打入深度，换算成相当于30cm的锤击数；锤击时同时记录第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4的冲击力数据，根据第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4的冲击力数据对标贯击数进行修正；钻进至下一深度试验土层上方15cm，重复上述步骤，直至试验设计深度。本方案中通过在探杆3的两端分别都设置第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4，根据第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4的冲击力数据，得到第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4处的贯入能量；根据第一冲击力传感器2和第二冲击力传感器4处的贯入能量，得到能量修正系数，再结合锤击数修正系数，对标贯击数进行修正，可实现对杆长超过21米的标贯击数进行修正，应用面更广，并且将无法准确量化修正的标贯击数进行准确的修正。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种基于能量修正的标贯试验装置，其特征在于，包括：依次设置的贯入器(1)、第一冲击力传感器(2)、探杆(3)、第二冲击力传感器(4)和锤击系统(5)；

其中，所述第一冲击力传感器(2)和第二冲击力传感器(4)分别用于采集标贯时所述探杆(3)两端受到的冲击力，获得冲积能，以对标贯击数进行修正。

2.如权利要求1所述的基于能量修正的标贯试验装置，其特征在于，所述第一冲击力传感器(2)和第二冲击力传感器(4)均包括依次设置的传感器舱(241)和电子舱(242)，所述传感器舱(241)和电子舱(242)之间设有隔断块(243)，且所述隔断块(243)中部设有通孔，所述第一冲击力传感器(2)和第二冲击力传感器(4)与探杆(3)均通过可拆卸连接结构(6)连接，所述可拆卸连接结构(6)包括：

浮动接头(61)，其一端与所述探杆(3)可拆卸连接，另一端伸入所述传感器舱(241)内；

连接杆(62)，其设于所述浮动接头(61)的另一端，并可穿出所述通孔，用于使所述第一冲击力传感器(2)或第二冲击力传感器(4)的传感模块(21)套设在所述连接杆(62)上，并位于所述浮动接头(61)和隔断块(243)之间；

螺母(63)，其套设在所述连接杆(62)的端部，位于所述电子舱(242)内。

3.如权利要求2所述的基于能量修正的标贯试验装置，其特征在于，所述第一冲击力传感器(2)和第二冲击力传感器(4)均包括：

传感模块，其设于所述传感器舱(241)内，用于感应受到的冲击力；

采集储存模块，其设于所述电子舱(242)内，用于记录所述感应模块感应到冲击力数据；

通讯模块，其设于所述电子舱(242)内，用于将所述冲击力数据向外界传输；

锂电池，其设于所述电子舱(242)内，用于向所述传感模块、采集储存模块和通讯模块供电。

4.如权利要求1所述的基于能量修正的标贯试验装置，其特征在于，还包括分析机构，其用于获取所述第一冲击力传感器(2)和第二冲击力传感器(4)的冲击力数据，并根据所述第一冲击力传感器(2)和第二冲击力传感器(4)的冲击力数据对标贯击数进行修正。

5.如权利要求4所述的基于能量修正的标贯试验装置，其特征在于，所述分析机构包括信号连接的数据采集仪和电脑，所述数据采集仪用于与所述第一冲击力传感器(2)和第二冲击力传感器(4)连接，获取所述冲击力数据并传输至所述电脑，所述电脑根据所述第一冲击力传感器(2)和第二冲击力传感器(4)的冲击力数据对标贯击数进行修正。

6.如权利要求1所述的基于能量修正的标贯试验装置，其特征在于，所述锤击系统(5)包括：

锤垫(51)，其一侧与所述第二冲击力传感器(4)连接；

导杆(52)，其设于所述锤垫(51)的另一侧连接；

重锤(53)，其中部设有直径大于所述锤垫(51)的通孔，并套设在所述导杆(52)上。

7.一种基于能量修正的标贯试验方法，其特征在于，利用如权利要求1所述的基于能量修正的标贯试验装置实施，包括以下步骤：

S1：利用锤击系统(5)将贯入器(1)垂直打入15cm至试验土层上方；

S2：利用锤击系统(5)将贯入器(1)垂直打入试验土层中，锤击速率小于30击/min，贯入土中30cm时停止锤击，记录累计打入30cm的锤击数；若贯入不足30cm但锤击数已达50击，停止锤击，在现场记录打入深度，换算成相当于30cm的锤击数；锤击时同时记录第一冲击力传感器(2)和第二冲击力传感器(4)的冲击力数据，根据第一冲击力传感器(2)和第二冲击力传感器(4)的冲击力数据对标贯击数进行修正；

8.如权利要求7所述的基于能量修正的标贯试验方法，其特征在于，所述的根据第一冲击力传感器(2)和第二冲击力传感器(4)的冲击力数据对标贯击数进行修正，包括：

根据第一冲击力传感器(2)和第二冲击力传感器(4)的冲击力数据，得到第一冲击力传感器(2)和第二冲击力传感器(4)处的贯入能量；

根据第一冲击力传感器(2)和第二冲击力传感器(4)处的贯入能量，对标贯击数进行修正。

9.如权利要求8所述的基于能量修正的标贯试验方法，其特征在于，所述的根据第一冲击力传感器(2)和第二冲击力传感器(4)处的贯入能量，对标贯击数进行修正，包括：

根据第一冲击力传感器(2)和第二冲击力传感器(4)处的贯入能量，得到能量修正系数；

根据能量修正系数，对标贯击数进行修正。

10.如权利要求8所述的基于能量修正的标贯试验方法，其特征在于，所述的根据第一冲击力传感器(2)和第二冲击力传感器(4)的冲击力数据，得到第一冲击力传感器(2)和第二冲击力传感器(4)处的贯入能量，具体包括：

根据公式

确定第一冲击力传感器(2)或第二冲击力传感器(4)处的应力σ；

根据公式

确定第一冲击力传感器(2)或第二冲击力传感器(4)处的贯入能量；

其中，F为第一冲击力传感器(2)和第二冲击力传感器(4)处受到的冲击力，A为探杆的横截面积，c为应力波传播速度，E为弹性模量，τ为探杆中入射应力波脉冲持续时间。