CN206736884U - T型触探矩形截面探头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型T型触探矩形截面探头为横杆，横杆与双桥静力触探探头相连接，该横杆的侧视图为矩形。横杆与双桥静力触探探头采用锥槽式连接结构或丝扣式连接结构。侧视图中，矩形长为2a，高为2b，0<b/a<1。本实用新型T型触探的探头改为矩形截面，可大幅减小探头表面粗糙度差异和不确定性带来的测试误差。探头加工制作方便，可极大地推动该方法在工程实践中的应用。
Description
技术领域
本实用新型涉T型触探探头结构。
背景技术
T型触探也叫全流触探，是测试软黏土的不排水抗剪强度的一种方法。软黏土的不排水抗剪强度是确定地基承载力、桩基承载力和路堤临界高度的重要指标，是软粘土地基基坑支护设计必需的参数。
该指标的测试方法主要有室内试验法和原位测试法两类。室内试验过程中试样受力条件明确，但在取样和制样过程，对试样扰动大，试验结果离散度大，代表性差。原位测试方法中，十字板试验是目前最常用的方法，但测试过程中土体的排水条件不能控制，测试效率低，只能得到沿深度各离散点的不排水抗剪强度，测点间距一般为1m。原位测试方法中，静力触探试验根据经验关系，间接求得软黏土不排水抗剪强度。此经验关系中包含上覆土压力修正、与土性和地区相关的经验系数等内容。这些经验系数的取值都将影响测试结果的准确性。
原位测试传统T型触探探头为圆柱形，测试结果解译有严格的理论依据，测试效率高，能得到沿深度的连续不排水抗剪强度值，但测试结果受探头表面粗糙度的影响较大，对应于完全光滑和完全粗糙两种极限工况，测试结果差值与均值比达26％。实际工程中，受加工以及现场磨损的影响，很难控制探头的粗糙度,一定程度上限制了该试验方法的应用。因此工程实践中需要一种减小探头粗糙度影响的新型T型触探探头。
采用其它形状探头的触探仪，以减小系统误差，一直是工程和学术界努力研究的方向。探头是触探仪的核心部件，不同形状的探头对应不同的数据解译方式，形成不同的触探仪。圆柱形T型触探的解译理论依据为剑桥大学的Randolph和牛津大学的Houlsby提出的解析式[1]。该解析式的求得涉及到复杂的理论分析。
[1]M.F.RANDOLPH,G.T.HOULSBY The limiting pressure on a circular pileloaded laterally in cohesive soil[J].Géotechnique,1984,34(4):613–623.
实用新型内容
本实用新型所解决的技术问题在于，针对现有圆形截面T型触探探头的缺点，提出一种新型的探头，从而提高测试精度和可靠度。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种T型触探矩形截面探头，该矩形截面探头为横杆，横杆与双桥静力触探探头相连接，该横杆的侧视图为矩形。
横杆与双桥静力触探探头采用锥槽式连接结构，横杆中部设置有顶角为60°的圆锥形容置槽，双桥静力触探探头具有竖杆及与竖杆底部相连接的顶帽，顶帽与该容置槽相切合。
横杆与双桥静力触探探头采用丝扣式连接结构，横杆中部设置有丝扣，丝扣通过接头与横杆相连接，双桥静力触探探头仅有竖杆，竖杆底部与丝扣相螺接。
侧视图中，矩形长为2a，高为2b，0<b/a<1。
本实用新型的有益效果如下。本实用新型通过大量的研究工作，求得了矩形截面探头阻力的近似解，分析了系统误差随矩形轴长比的变化，找到了最优的轴长比区间，得到了矩形截面探头工作所需的计算参数。T型触探的探头改为矩形截面，可大幅减小探头表面粗糙度差异和不确定性带来的测试误差。探头加工制作方便，可极大地推动该方法在工程实践中的应用。
附图说明
图1为本实用新型工作结构示意图。
图2a为本实用新型实施例横杆正视图。
图2b为图2a的侧视图。
图2c为图2a的俯视图。
图3a为本实用新型另一实施例横杆正视图。
图3b为图3a的侧视图。
图3c为图3a的俯视图。
图4为本实用新型实施例横杆与双桥静力触探探头连接结构示意图。
图5为本实用新型另一实施例横杆与双桥静力触探探头连接结构示意图。
图6为计算模型简化图。
图7为阻力系数曲线。
图8为阻力系数差值与平均值之比曲线。
图9为阻力系数平均值随轴长比的变化。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型是一种T型触探矩形截面探头，该矩形截面探头为横杆1，横杆1与双桥静力触探探头2相连接，双桥静力触探探头2上方连接中空探杆21，中空探杆内部设置有探头传感器传输线22，通过探头传感器传输线22与显示装置23相连接，显示装置23用于显示探头读数。其重点在于，如图2a-c及图3a-c所示，该横杆1的侧视图为矩形。
在图2a-c及图4中，横杆1与双桥静力触探探头2采用锥槽式连接结构，横杆1中部设置有顶角A为60°的圆锥形容置槽3，双桥静力触探探头2具有竖杆4及与竖杆4底部相连接的顶帽5，顶帽锥角和容置槽顶角相匹配，也是60°，顶帽5与该容置槽3正好相切合紧密。此种结构该矩形截面探头压入地下后，就留在地下，不能提上来，是一次性的。
在图3a-c及图5中，横杆1与双桥静力触探探头2采用丝扣式连接结构，横杆1中部设置有丝扣6，丝扣6通过接头7与横杆1相连接，双桥静力触探探头2仅有竖杆4，竖杆4底部与丝扣6相螺接。此种结构是可以进行回收的。
本实用新型通过大量的研究工作，求得了矩形截面探头阻力的近似解，分析了系统误差随矩形轴长比的变化，找到了最优的轴长比区间，得到了矩形截面探头工作所需的计算参数。
本实用新型将传统T型触探的探头改为矩形截面，可大幅减小探头表面粗糙度差异和不确定性带来的测试误差。探头加工制作方便，可极大地推动该方法在工程实践中的应用。
本实用新型探头是截面为矩形的横杆。横杆可以与通用静力触探仪主机通过两种方式连接。
(1)锥槽式。矩形截面横杆侧面中部设置一顶角为60°的圆锥形容置槽。测试时，双桥静力触探机竖向探头与本探头容置槽相切合。
(2)丝扣式。矩形截面横杆侧面中部设置与静力触探机探头端部相连接的螺丝扣。摘下双桥静力触探探头顶帽，将此螺丝扣与静力触探探头端部相连。
测试时，利用静力触探机将本探头水平地压入地下。压入过程中，通过静力触探锥尖阻力，得到下压矩形截面探头所需的力，记为探头阻力P。一般每下行10cm记录一次。
对于软黏土，其不排水强度特性服从Tresca屈服条件。探头阻力P与软黏土不排水抗剪强度Su、探头长度L、探头截面矩形长和高(a和b)以及表面的粗糙度α有关。根据土塑性力学滑移线场理论，求水平薄片和垂直薄片探头阻力P，有两种方法，一种是通过构造静力容许的应力场，求得阻力下限解P-，一种是通过构造机动容许的位移速度场，求得上限解P+。如果上限解P+与下限解P-相同，则所得解为精确解P。
如图6所示，本实用新型将矩形探头分解成高度与探头高度一样的垂直薄片，以及与探头宽度一致的水平薄片两部分。假定这两部分产生的阻力(P1和P2)之和与矩形探头所受阻力P等得算式(1)：
P＝P1+P2 (1)
对于完全粗糙(α＝1)和完全光滑(α＝0)两种极限工况，阻力系数阻力系数(无量纲)与矩形截面轴长比ξ(ξ＝b/a)关系见表1。
表1探头阻力系数N
将完全粗糙和完全光滑两种工况条件下，阻力系数(NC和NS)随轴长比的变化见图7。从图6看出，随着轴长比ξ)的减小，两种工况阻力系数的差值逐渐减小。
完全光滑与完全粗糙两种工况阻力系数差值与阻力系数平均值 之比随轴长比的变化见图8。
从图8看出，矩形截面探头阻力系数差值与平均值之比，随着轴长比的增加，越来越大，系统误差增加。当轴长比b/a小于1时，矩形截面探头测试精度优于传统圆形截面探头。因此，侧视图中，矩形长为2a，高为2b，0<b/a<1。
当轴长比ξ＝0时，即探头为一水平放置的无厚薄片时，差值为0，测试结果与探头表面的粗糙度无关，系统误差最小。但受材料强度的限制，不可能采用ξ＝0的探头，而是选择一个适宜ξ值(0<ξ<1)，制作探头进行试验。
探头阻力P与探头长度L、矩形截面半轴长(a和b)、软黏土地基不排水抗剪强度Su，有关系式(2)如下：
采用上式直接求得软黏土的不排水抗剪强度。
图1为为探头工作示意图。工作中采用静力触探机施加下压荷载F，将矩形截面探头水平地压入地下。下压过程中，通过探头压力传感器测读探头锥尖阻值。该值为矩形截面探头所受地基土阻力除以静力触探探头顶帽横截面积后的数值，单位为MPa。因此将探头读数乘以该横截面积，即得矩形截面探头在下压过程中所受阻力P。
实际应用时，探头阻力P与探头长度L、矩形截面探头半轴长a和b、软黏土地基不排水抗剪强度Su，可由如下关系式(3)表达。
式中，为阻力系数平均值，与轴长比b/a、探头表面粗糙度有关，具体取值见图9或表2。
表2阻力系数平均值
根据关系式(3)可得软黏土不排水抗剪强度Su关系式(4)：
测试过程中，沿深度一般每10cm测一读数，测试速度1.2m/min，由关系式(4)计算得到不排水抗剪强度Su，绘制沿深度变化曲线。
Claims (4)
1.一种T型触探矩形截面探头，该矩形截面探头为横杆，横杆与双桥静力触探探头相连接，其特征在于，该横杆的侧视图为矩形。
2.如权利要求1所述的T型触探矩形截面探头，其特征在于，横杆与双桥静力触探探头采用锥槽式连接结构，横杆中部设置有顶角为60°的圆锥形容置槽，双桥静力触探探头具有竖杆及与竖杆底部相连接的顶帽，顶帽与该容置槽相切合。
3.如权利要求1所述的T型触探矩形截面探头，其特征在于，横杆与双桥静力触探探头采用丝扣式连接结构，横杆中部设置有丝扣，丝扣通过接头与横杆相连接，双桥静力触探探头仅有竖杆，竖杆底部与丝扣相螺接。
4.如权利要求1所述的T型触探矩形截面探头，其特征在于，侧视图中，矩形长为2a，高为2b，0<b/a<1。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201720472841.1U CN206736884U (zh) | 2017-04-28 | 2017-04-28 | T型触探矩形截面探头 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN201720472841.1U CN206736884U (zh) | 2017-04-28 | 2017-04-28 | T型触探矩形截面探头 |
Publications (1)
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| CN206736884U true CN206736884U (zh) | 2017-12-12 |
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Family Applications (1)
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| CN201720472841.1U Active CN206736884U (zh) | 2017-04-28 | 2017-04-28 | T型触探矩形截面探头 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN206736884U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107326889A (zh) * | 2017-07-31 | 2017-11-07 | 天津大学 | 一种探测软粘土不排水剪切强度的条形探头及计算方法 |
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2017
- 2017-04-28 CN CN201720472841.1U patent/CN206736884U/zh active Active
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