CN206696088U - 一种用于研究上拔式静力触探试验机理的模型试验装置 - Google Patents

Abstract

一种用于研究上拔式静力触探试验机理的模型试验装置，包括模型箱、电动丝杆升降机构、变形测量单元、反力装置，所述模型箱用于装入试验土样和上拔式静力触探仪，所述反力装置安装在模型箱顶部以提供反力并防止拉拔过程中土体移动，所述电动丝杆升降机构固定在反力装置之上，用来匀速提升上拔式静力触探仪，所述变形测量单元安装在反力装置上以观测拉拔过程中是否有竖向位移产生。本实用新型可探索上拔式静力触探探头尺寸、上拔速率和土样密实度等因素对上拔阻力的影响，研究上拔阻力在不同土体压实度情况下的变化规律及上拔阻力与土体物理力学参数之间的关系。本实用新型为上拔式静力触探机理的解释提供技术支持，促进上拔式静力触探试验的推广应用。

Description

一种用于研究上拔式静力触探试验机理的模型试验装置

技术领域

本实用新型涉及岩土材料测试仪器技术领域，具体是一种用于研究上拔式静力触探试验机理的模型试验装置。

背景技术

1932年，荷兰工程师P.Barentsen进行了世界上第一个静力触探试验，开始主要用于陆地上的地质勘探，而后随着工程的需求和技术的进步，到上世纪60年代开始出现用于水域的静力触探设备，目前在国外已经发展得比较成熟。

近年来我国对海洋资源开发利用的日益重视，海上构筑物(海上钻井平台、海上风力发电塔、输油管道等)越来越多，要求大力开发海洋勘察技术，准确获得海底土的力学性质，为其工程设计提供准确的力学指标。在海上工程勘察中，国内一般采用船载式作业平台或筏式作业平台，传统的静力触探设备因受到风浪影响，压入过程非常困难，且无法保证垂直度，同时也无法提供足够大的反力。采用国外设备则价格昂贵，严重制约了静力触探技术在海洋工程中的应用。针对这一问题，研发出了新型上拔式静力触探设备，即将探头通过钻孔伸入指定测试位置，张开探头，刺入土中(探头大小须确保刺入大面积的未扰动土体中)，利用海床提供反力保持一定速率上拔，获得测试土层不同深度的上拔阻力，以此推断土体物理力学性质。在典型软土地层中的试验结果表明上拔式静力触探的上拔阻力基本可反映出土层性质变化，其变化规律与常规静力触探结果一致，这很好的证明了上拔式静力触探方法的适用性。但其上拔阻力与土体物理力学性质还有待深入研究，试验结果如何应用于土体工程性质的评判也未有标准。

综上所述，目前的新型上拔式静力触探设备能够有效的弥补传统静力触探设备在海洋环境中使用的不足之处，但对上拔式静力触探仪的工作机理，探头测试参数与被测试土的力学特性之间相关规律以及上拔式静力触探测试中上拔速率、钻孔孔径大小等因素对测试成果的影响等问题仍需进行深入的研究。

实用新型内容

针对新型上拔式静力触探测试技术研究不够深入的问题，本实用新型提供一种用于研究上拔式静力触探试验机理的模型试验装置。

本实用新型的目的是通过如下技术方案实现的：

一种用于研究上拔式静力触探试验机理的模型试验装置，其特征在于：包括模型箱、电动丝杆升降机构、变形测量单元、反力装置，所述模型箱是由钢板加工而成的无上盖的箱体，所述模型箱用于装入试验土样和上拔式静力触探仪，所述反力装置安装在模型箱顶部以提供反力并防止拉拔过程中土体向上凸出，所述反力装置包括反力框架和盖板，反力框架固定在盖板之上，用以支撑电动丝杆升降机构和提供反力，盖板分为上盖板和下盖板，下盖板安放在试验土样表面，上盖板置于模型箱和反力框架之间，上盖板与下盖板通过盖板连接杆相连，所述电动丝杆升降机构固定在反力装置之上，用来匀速提升上拔式静力触探仪，所述变形测量单元安装在反力装置上以观测拉拔过程中是否有竖向位移产生。

进一步的，所述模型箱内侧尺寸为：长500mm、宽500mm、高750mm。

进一步的，上拔式静力触探仪包括拉杆和上拔式静力触探探头，所述电动丝杆升降机构由电动机和丝杆升降机组成，电动机和丝杆升降机由螺纹连接，丝杆升降机的丝杆下端设有接口，用于与上拔式静力触探仪的拉杆相连，拉杆的下端与上拔式静力触探探头连接。

进一步的，上拔式静力触探探头位于模型箱底部中央。

本实用新型可在室内对土样进行上拔式静力触探试验，探索上拔速率、探头尺寸、土样类型对上拔阻力的影响，分析上拔阻力与土体物理力学参数的关系及其变化规律，进而形成一套完整的由上拔阻力计算土体强度、变形参数的方法，促进上拔式静力触探技术在海洋工程中的应用

附图说明

图1为本实用新型用于研究上拔式静力触探试验机理的模型试验装置的结构示意图；

图2使用本实用新型进行上拔式静力触探试验得到的刃口角度不同时拉拔阻力的变化曲线。

图中：1—模型箱，2—电动丝杆升降机构，3—变形测量单元，4—反力装置，5—上拔式静力触探探头，6—拉杆，7—拉力传感器，21—电动机，22—丝杆升降机、41—反力框架、42—上盖板，43—下盖板，44—盖板连接杆。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参考图1，本实用新型提供了一种用于研究上拔式静力触探试验机理的模型试验装置，包括模型箱1、电动丝杆升降机构2、变形测量单元3、反力装置4。

所述模型箱1是由钢板加工而成的无上盖的箱体，内侧尺寸为：长500mm、宽500mm、高750mm。试验土样和上拔式静力触探仪安放在模型箱1内。

所述反力装置4是由14^#工字型钢焊接而成的反力框架41和盖板组成，反力框架41外侧尺寸为：长600mm、宽586mm、高596mm，试验时可固定在盖板之上，用以支撑电动丝杆升降机构2的电动机和提供反力；盖板分为上盖板42和下盖板43，下盖板43安放在土体表面，上盖板42置于模型箱1和反力框架41之间。盖板的设置是为了防止拉拔过程中土体移动，形成固定边界条件。

所述电动丝杆升降机构2由电动机21和丝杆升降机22组成，固定在反力装置4之上，用来匀速提升上拔式静力触探仪；丝杆升降机22的丝杆直径40mm、高1000mm，丝杆下端有一直径27mm、高40mm的接口可与上拔式静力触探仪的拉杆6相连，拉杆6的下端与上拔式静力触探探头5连接。

所述变形测量单元3由百分表及表座组成，共2个，对称布置在反力装置4的下盖板43上，用以测量和监控盖板在试验过程中是否变形，即观测拉拔过程中是否有竖向位移产生。

如图1所示，进行上拔式静力触探设备模型试验时，将上拔式静力触探与模型试验装置相连接。首先将上拔式静力触探模型和试验土样放入模型箱内，在土体表面安设下盖板43，上盖板42与下盖板43通过盖板连接杆44相连并放置在模型箱1上，将反力装置4置于上盖板42上并固定，再将电动丝杆升降机构2安装在反力装置4上并与上拔式静力触探的拉杆6相连，最后在下盖板43上对称安设两个百分表。

上拔式静力触探探头5应放在模型箱1底部的中央，且需在拉杆6上套上PVC管以消除拉杆6的摩擦力。

试验土样需进行分层压实，并且在压实完成后将拉杆6上的PVC管抽出。

本实用新型提具体组装过程如下：

(1)第一步，安设上拔式静力触探。将上拔式静力触探探头5放入模型箱1底部，使其位于模型箱底部中心位置。为消除拉杆6的摩擦力，将一根PVC管套在拉杆6上。

(2)第二步，压实土体。根据试验要求的含水率制备土样，将土样根据压实度要求称重放入模型箱1内进行分层压实，每层厚度为100mm，直至总厚度为600mm结束并抽出PVC管。

(3)第三步，安装盖板。将钢制下盖板43放在土体表面，下盖板43上固定有盖板连接杆44，再将上盖板42固定在模型箱1上并与盖板连接杆44相连。

(4)第四步，安装反力装置4和电动丝杆升降机构2。将加工好的反力装置4放在上盖板42上，进行固定。而后将电动丝杆升降机构的丝杆和拉杆6进行连接，安装好电动机21。最后在下盖板43上对称安装两个百分表作为变形测量单元3。

(5)第五步，拉力传感器7安装在拉杆6顶部，并与读数仪连接，，待读数稳定后开始上拔式静力触探试验。

为了证明本实用新型的效果，通过室内试验进行了验证性试验，采用此模型试验装置，开展了5项试验，所取土样来自南水北调工程某试验段的膨胀土，比较不同的探头刃口角度、刃口长度、上拔速率、土的压实度和相对密度情况下的拉拔阻力的变化，其中刃口角度不同时拉拔阻力的变化曲线如图2所示。

试验成果表明：通过采用本实用新型的模型试验装置开展室内模型试验能够得到上拔式静力触探拉拔阻力在不同条件下的变化规律，并可以此研究上拔式静力触探技术的工作机理。

Claims (4)

1.一种用于研究上拔式静力触探试验机理的模型试验装置，其特征在于：包括模型箱(1)、电动丝杆升降机构(2)、变形测量单元(3)、反力装置(4)，所述模型箱(1)是由钢板加工而成的无上盖的箱体，所述模型箱(1)用于装入试验土样和上拔式静力触探仪，所述反力装置(4)安装在模型箱(1)顶部以提供反力并防止拉拔过程中土体向上凸出，所述反力装置(4)包括反力框架(41)和盖板，反力框架(41)固定在盖板之上，用以支撑电动丝杆升降机构(2)和提供反力，盖板分为上盖板(42)和下盖板(43)，下盖板(43)安放在试验土样表面，上盖板(42)置于模型箱(1)和反力框架(41)之间，上盖板(42)与下盖板(43)通过盖板连接杆(44)相连，所述电动丝杆升降机构(2)固定在反力装置(4)之上，用来匀速提升上拔式静力触探仪，所述变形测量单元(3)安装在反力装置(4)上以观测拉拔过程中是否有竖向位移产生。

2.如权利要求1所述的用于研究上拔式静力触探试验机理的模型试验装置，其特征在于：所述模型箱(1)内侧尺寸为：长500mm、宽500mm、高750mm。

3.如权利要求1所述的用于研究上拔式静力触探试验机理的模型试验装置，其特征在于：上拔式静力触探仪包括拉杆(6)和上拔式静力触探探头(5)，所述电动丝杆升降机构(2)由电动机(21)和丝杆升降机(22)组成，电动机(21)和丝杆升降机(22)由螺纹连接，丝杆升降机(22)的丝杆下端设有接口，用于与拉杆(6)相连，拉杆(6)的下端与上拔式静力触探探头(5)连接。

4.如权利要求3所述的用于研究上拔式静力触探试验机理的模型试验装置，其特征在于：上拔式静力触探探头(5)位于模型箱(1)底部中央。