CN205205800U - 便携式全自动t型触探仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种便携式全自动T型触探仪，包括探头和探杆，还包括自动量测系统和框架，该探杆一端与探头连接，其相对端与框架连接；该自动量测系统包括力传感器、测距仪和数据采集盒，且固定于该框架内。本实用新型的触探仪设备轻巧，可以自动采集、存储、显示数据，并且可以单人操作，大大简化设备，达到便携目的。

Description

便携式全自动T型触探仪

技术领域

本实用新型涉及一种便携式全自动T型触探仪。

背景技术

在岩土工程施工验槽或光伏电站等轻型构筑物岩土工程勘察中，当地表为软黏土时，重型设备难以行走，需要一种轻型设备及时对地基极限承载力进行评估。准确评估地基极限承载力的前提是得到地基土体的不排水抗剪强度。该指标的测试方法主要有室内试验法和原位测试法两大类。室内测试方法采用野外取样，在室内对土样进行切削加工，制成一定规格的试样，再进行无侧限抗压强度试验、直剪试验或三轴压缩试验等。原位测试方法无需取样，直接在现场进行，目前工程中广泛应用的原位测试方法有十字板试验、静力触探试验和T型触探试验等。

室内试验过程中试样受力条件明确，但取样和制样过程时间长，不能及时得到试验结果。十字板试验是目前最常用的原位直接测试方法，但设备系统复杂，无法便携化，且仅能得到沿深度一定间隔离散点的值。静力触探试验锥头较小，对于强度很低的软黏土，测试精度较差，为了消除探杆侧壁所受地基土阻力的影响，该试验方法要求将传感器安装在探头部位，因此需要将传感器的电源线和数据线通过中空的探杆引出地面，因而探杆直径难以做得很细，很难做成单人便携式的静力触探仪。

由此，目前亟需提供一种能够及时评估软黏土地基极限承载力。设备轻巧，自动采集、存储、显示数据，可单人携带操作的便携式全自动T型触探仪，以解决上述现有技术中存在的问题。

实用新型内容

本实用新型的所解决的技术问题在于提供一种便携式全自动T型触探仪，该触探仪设备轻巧，可以自动采集、存储、显示数据，并且可以单人操作，大大简化设备，达到便携目的，有效解决了上述背景技术中存在的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种便携式全自动T型触探仪，其包括探头和探杆，还包括自动量测系统和框架，该探杆一端与探头连接，其相对端与框架连接；该自动量测系统包括力传感器、测距仪和数据采集盒，且固定于该框架内。

本实用新型的便携式全自动T型触探仪基于T型触探试验原理开发，可配以圆柱形或椭圆柱形两种探头。探头水平投影面积是静力触探探头的数倍，对于软黏土地层的变化更敏感，能得到沿深度的连续不排水抗剪强度值，测试精度大大提高。选用合适大小的探头和适宜的探杆直径，将力传感器安装于探杆上部，使力传感器测到的力主要为探头阻力，在一定的测试深度范围内，可以忽略探杆侧阻的影响，从而大大简化设备，达到便携目的。本研究成果对传统勘测方法形成有益的补充。

同时，自动量测系统包括力传感器、测距仪和数据采集盒。数据采集盒通过压力传感器是否受力和测距仪测试值是否增加，判定设备处于空闲状态还是工作状态。若判定处于工作状态，则自动开起记录模式。根据测距仪的测试结果，每10cm测试一个阻力值，自动记录测试数据，并存储在数据采集盒中。数据采集盒上有USB接口和蓝牙接口。开发一款手机APP软件，通过蓝牙或数据线将手机与数据采集盒连接，通过该软件可以对试验数据进行处理，将测试的阻力值解译成软粘土不排水抗剪强度和地基极限承载力。手机APP软件还可实现查询、显示、转存试验数据和曲线的功能。

此外，该探头的横截面的高度与宽度比值小于或者等于1。

较佳地，该探头的横截面为圆形。

较佳地，该探头横截面为椭圆形。

本实用新型设备选用横截面的高度与宽度比值小于或者等于1的探头，较佳地为圆形或椭圆形，由此有效降低使用过程中探头粗糙度对于测试结果的影响。

具体来说，经过实际测试分析，圆柱形探头(即横截面为圆形的探头)可以看做是椭圆柱形探头(即横截面为椭圆形的探头)的特例。当椭圆短轴与长轴之比小于0.5时，测试结果较圆柱形探头提高40％以上。为了适应不同强度的土体，可以制做不同大小和规格的探头，供工程实践中选用。

由此可见，采用本实用新型的触探仪，尤其是在使用具有椭圆形横截面的探头时，通过各个部件的高效配合，能够有效提高测试结果的准确性与稳定性。

此外，本实用新型对探头与探杆的具体连接方式提供两种具体改进，可以根据不同的工况或实际需求自由选择。

第一，本实用新型的触探仪的探杆一端连接锥形头，该探头上具有与该锥形头相匹配的容置槽，使用时该锥形头嵌入该容置槽内。

采用此种连接方式，只需要在探头上开设容置槽即可，无需增设其他装置或部件便可实现两者的连接，简单、方便。实际中，探杆尖部多连接锥形头，锥形头锥角60°，与探头中心部位的容置槽相切合。探杆拔出时，锥形头与探头分离，以减少上拔力。探头和探杆锥形头通过软连接相连，在上拔过程中可将探头回收。

作为第一种连接方式的改进，该容置槽被设置于该探头的长度方向中心处。

具体来说，容置槽设置于探头长度方向中心处，使探头两端受力均匀，以进一步提升本实用新型的触探仪的稳固性，使其在使用过程中不易发生偏斜。

作为第一种连接方式的另一种改进，该容置槽下方设置纳污槽。

本实用新型中容置槽下方设置纳污槽，当触探仪压入地下过程中，该纳污槽可以容纳探头与探杆间隙中进入的土和杂质，并可兼起到保护探头的作用。

第二，本实用新型的探头长度方向上设置接头，该接头侧壁具有螺丝扣，使用时该探杆与该接头螺接在一起。

采用此种连接方式，即探杆通过接头与探头螺接的方式，相较于第一种方式而言，第二种连接更加牢固，探头可以重复利用。

最后，本实用新型的便携式T型触探仪的框架与该探杆之间由轴承连接。

本实用新型设备中框架可选用角钢或槽钢制作，框架与探杆之间由轴承连接，以减小摩阻力，保证压力的垂直传递，由此可以进一步提高测试结果的准确性及可靠性。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例中触探仪的整体示意图。

图2为本实用新型第一实施例中探头的主视图。

图3为本实用新型第一实施例中探头的侧视图。

图4为本实用新型第一实施例中探头的俯视图。

图5为本实用新型第一实施例中框架与探杆的组合示意图。

图6为本实用新型第一实施例中探杆的示意图。

图7为本实用新型第二实施例中探杆与探头的组合示意图。

图8为阻力系数平均值随轴长比变化曲线。

具体实施方式

本实用新型提供一种便携式T型触探仪，其包括探头1、探杆2、自动量测系统3及框架4，该探杆2一端与探头1连接，其相对端与框架4连接；该自动量测系统3包括力传感器31、测距仪32和数据采集盒33，且固定于该框架4内。

具体请参见图1，并可同时配合参阅图2至图4。在第一实施例中，探头1的横截面为椭圆形，经过实际的测试，这样的设计能够有效提高测试结果的准确性与稳定性。

此外，请参见图6及图7，探杆2一端连接锥形头5，探头1上具有与该锥形头5相匹配的容置槽11，该容置槽11设置于该探头1的长度方向中心处，且下方设置纳污槽12。使用时，锥形头5嵌入该容置槽11内，继而使得探头1与探杆2实现连接。

探头1与探杆2采用第一实施例中的连接方式，只需要在探头1上开设容置槽11即可，无需增设其他装置或部件便可实现两者的连接，简单、方便。实际中，探杆2尖部多连接锥形头5，锥形头5锥角60°，与探头1中心部位的容置槽11相切合。探杆2拔出时，锥形头5与探头1分离，以减少上拔力。探头1和锥形头5通过软连接相连，在上拔过程中可将探头1回收，避免资源的浪费。

请参见图5，本实施例中框架4与探杆2之间由轴承6连接。框架4可选用角钢或槽钢制作，框架4与探杆2之间由轴承6连接，以减小摩阻力，保证压力的垂直传递，由此可以进一步提高测试结果的准确性及可靠性。

本实施例中，探杆2采用高强钢制作，单节长度可选0.5m或1m。为了减小探杆2所受地基土阻力影响，在满足压杆稳定要求的前题下，探杆直径应尽量小。探头大小根据可提供的下压荷载(可按一个人的重量考虑)减去探杆2所受地基土阻力确定。为了忽略探杆侧摩阻力，测试深度受探杆侧摩阻力与探头阻力的比值控制，不能太大。

自动量测系统3包括力传感器31、测距仪32和数据采集盒33。数据采集盒33通过压力传感器是否受力和测距仪测试值是否增加，判定设备处于空闲状态还是工作状态。若判定处于工作状态，则自动开起记录模式。根据测距仪32的测试结果，每10cm测试一个阻力值，自动记录测试数据，并存储在数据采集盒33中。数据采集盒33上有USB接口和蓝牙接口。开发一款手机APP软件，通过蓝牙或数据线将手机与数据采集盒连接，通过该软件可以对试验数据进行处理，将测试的阻力值解译成软粘土不排水抗剪强度和地基极限承载力。手机APP软件还可实现查询、显示、转存试验数据和曲线的功能。

再请参见图7，第二实施例与第一实施例的区别体现在探头1和探杆2的具体连接方式不同，其他部件及连接方式均相同，在此不再赘述，仅对两者的不同之处进行详细描述。

第二实施例中，探头1长度方向上设置接头13，该接头13侧壁具有螺丝扣，使用时该探杆2与该接头13螺接并固定在一起。

以下结合具体数据，对本实用新型设备的工作过程及其产生的有益效果进行详细地说明。

将探头水平置于地表，探杆尖部锥形头与探头圆锥形凹槽相切合后，即可人工通过手柄施加探杆顶部荷载，缓慢而均匀地将探头水平地压入地下。下压速度控制在1.2m/min左右。下压过程中，数据采集盒将自动记录力传感器和测距仪所得数据。

力传感器承受的压力即为探头阻力P_T与探杆阻力P_R之和P。当探杆阻力可以忽略时，P_T≈P。当测试深度太大，探杆阻力P_R不能忽略时，可以先不带探头仅下压探杆进行第一次测试，采集不同深度阻力P_R，拔出后，加上探头进行第二次测试，采集不同深度的阻力P，同一深度两测试结果的差值P-P_R可以认为是探头所受阻力P_T，再对阻力进行解译即得地基极限承载力。

对于圆柱形探头，根据文献理论，探头阻力P_T与探头长度L、直径D、软黏土地基不排水抗剪强度S_u，有如下关系式：

$\frac{P_T}{S_{u}DL}=C---\left(1\right)$

上式(1)中，C为常数，对应于探头表面完全光滑与完全粗糙两种情况，分别为9.1和12.0。实际应用中可取中值10.5。

根据上式(1)可得软黏土不排水抗剪强度S_u：

$S_u=\frac{P_T}{10.5DL}---\left(2\right)$

对于椭圆柱形探头，探头阻力P_T与探头长度L、椭圆轴长(a和b)、软黏土地基不排水抗剪强度S_u，有下述关系式3：

$\frac{\sqrt{2}{P}_T}{2\sqrt{a^2+b^2}{S}_{u}L}=N---\left(3\right)$

上式(3)中，N为阻力系数，与轴长比(b/a)、探头表面粗糙度有关，实际应用中可根据探头轴长比(b/a)，取完全光滑与完全粗糙工况下的平均值进行计算，具体参见图8。

根据上式(3)可得软黏土不排水抗剪强度S_u：

$S_u=\frac{\sqrt{2}{P}_T}{2\sqrt{a^2+b^2}\stackrel{\‾}{N}L}---\left(4\right)$

基于上式(2)或上式(4)求得的软黏土不排水抗剪强度S_u，再根据下式(5)求得软黏土地基极限承载力P_u：

P_u＝5.14S_u(5)

手机APP软件可实现以上解译和计算工作。试验前，只要设定好探头参数，试验结束后，在手机上直接显示下压阻力P、不排水抗剪强度S_u和地基极限承载力P_u沿深度的变化曲线，方便现场对软黏土地基做出评判。

Claims (10)

1.一种便携式全自动T型触探仪，其特征在于，包括探头和探杆，还包括自动量测系统和框架，该探杆一端与探头连接，其相对端与框架连接；该自动量测系统包括力传感器、测距仪和数据采集盒，且固定于该框架内。

2.如权利要求1所述的触探仪，其特征在于，该探头的横截面的高度与宽度比值小于或者等于1。

3.如权利要求2所述的触探仪，其特征在于，该探头的横截面为圆形。

4.如权利要求2所述的触探仪，其特征在于，该探头的横截面为椭圆形。

5.如权利要求3或4所述的触探仪，其特征在于，该探杆一端连接锥形头，该探头上具有与该锥形头相匹配的容置槽，使用时该锥形头嵌入该容置槽内。

6.如权利要求5所述的触探仪，其特征在于，该容置槽设置于该探头的长度方向中心处。

7.如权利要求6所述的触探仪，其特征在于，该容置槽下方设置纳污槽。

8.如权利要求3或4所述的触探仪，其特征在于，该探头长度方向上设置接头，该接头侧壁具有螺丝扣，使用时该探杆与该接头螺接在一起。

9.如权利要求5所述的触探仪，其特征在于，该框架与该探杆之间由轴承连接。

10.如权利要求8所述的触探仪，其特征在于，该框架与该探杆之间由轴承连接。