CN208235490U - 一种深层动力触探能量测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种深层动力触探能量测试装置，包括重锤、导杆、锤座、第一探杆、冲击力测试单元、加速度测试单元、第二探杆和动探头，所述重锤的中心设有圆形通孔，重锤套在所述导杆上并能自由下落；所述锤座位于导杆下部，所述导杆与所述第一探杆连接，所述搭载机构的上端与第四接头连接，下端通过第五接头与第二探杆连接；所述加速度传感器通过第二导线与采集仪及主机连接；所述第二探杆与动探头连接。该装置结构简单、安装方便牢固，能避免孔内岩屑、水流等恶劣环境对传感器的干扰，能够适用于超过传感器量程瞬时能量的冲击。

Description

一种深层动力触探能量测试装置

技术领域

本实用新型涉及工程勘察领域，具体涉及一种深层动力触探能量测试装置。

背景技术

动力触探是工程勘察领域广泛应用的一种原位测试方法，主要用于确定砂土、碎石类土的承载力、变形模量等岩土参数。

动力触探采用孔口自由落锤冲击方式，冲击锤的能量通过探杆传递到探头。探杆为细长杆，当勘探地层较深时，探杆的变形及探杆与孔壁间的摩擦对冲击能量的损耗较大，现行规范规定埋深20m以内的可通过查表确定杆长修正系数，对动力触探击数进行修正，进而确定岩土参数、埋深大于20m的动力触探杆长修正缺乏可参照的标准。

通过测试动力触探杆不同位置的有效冲击能量，能够确定杆长修正系数，进而对动力触探击数进行修正并获取岩土参数，进而实现深层动力触探。目前的能量测试装置主要是在动力触探杆间安装一连接件，在连接件的外壁安装传感器，这种装置仅能应用于地面以上动力触探能量测试。在地面以下钻孔内，受钻孔孔壁碰撞、孔内岩屑、水流等恶劣环境的影响，传感器容易从连接件上脱落或损坏，无法进行地面以下钻孔内的动力触探能量测试，同时该类装置无冲击能量缓冲模块，当冲击瞬时能量超过传感器的量程时，即使在地面以上测量，传感器也容易受损破坏。

实用新型内容

本实用新型针对上述现有技术的不足，提供一种使用安全、能有效缓冲冲击能量、计算方便的深层动力触探能量测试装置。

为此，本实用新型的技术方案如下：

一种深层动力触探能量测试装置，包括重锤、导杆、锤座、第一探杆、冲击力测试单元、加速度测试单元、第二探杆和动探头，所述重锤的中心设有圆形通孔，重锤套在所述导杆上并能自由下落；所述锤座位于导杆下部，所述导杆与所述第一探杆连接；所述冲击力测试单元包括第三接头、缓冲垫、冲击力传感器、第四接头和固定螺栓，所述固定螺栓从下到上依次穿过所述第四接头的中孔、冲击力传感器的中孔、缓冲垫的中孔，并与第三接头连接；所述冲击力传感器通过第一导线与采集仪及主机连接；所述第一探杆与第三接头连接；所述加速度测试单元包括加速度传感器的搭载机构和加速度传感器，所述加速度传感器安装在所述搭载机构内的安装孔中；所述搭载机构的上端与第四接头连接，下端通过第五接头与第二探杆连接；所述加速度传感器通过第二导线与采集仪及主机连接；所述第二探杆与动探头连接。

其中，所述导杆通过第一接头与第一探杆连接；所述第一探杆通过第二接头与第三接头连接；所述搭载机构的下端通过第五接头与所述第二探杆连接。

优选的是，所述重锤通过线缆悬挂在钻机上，且能够升降。

优选的是，进行测试时，所述重锤距离锤座76cm并自由下落。

一种上述的深层动力触探能量测试装置进行深层动力触探冲击能量测试的方法，利用钻机将重锤提升到距离锤座一定高度，然后使所述重锤脱离钻机的线缆，向下自由降落并击打锤座，通过采集仪和主机采集并记录冲击力和加速度数据，利用公式：

对动力触探冲击能量进行计算，

其中：v(t)根据公式：

进行计算，

式中：

E为动力触探有效冲击能量，

f(t)为冲击力，

v(t)为速度，

g(t)为加速度，

a为冲击力和加速度的起始时间，

b为冲击力和加速度的终止时间。

其中，应对比时间—冲击力与时间—加速度曲线图的起始、终止时间是否一致，如不一致，起始时间取两者间的较大值，终止时间取两者间的较小值，重新绘制时间—冲击力、时间—加速度曲线图。

本实用新型的深层动力触探能量测试装置具有以下有益效果：

1、本实用新型中，冲击力和加速度传感器均安装于能量测试装置内部，整个装置结构简单、安装方便牢固，可避免孔内岩屑、水流等恶劣环境对传感器的干扰；

2、由于设计有缓冲冲击能量的缓冲垫，因此能够适用于超过传感器量程瞬时能量的冲击；

3、可用于地面上下钻孔内外动力触探杆不同部位的能量测试；

4、有效冲击能量计算快捷，效率高、成本低。

附图说明

图1是本实用新型的深层动力触探能量测试装置的结构示意图；

图2是本实用新型的深层动力触探能量测试装置的使用状态示意图。

其中：

1.钻机 2.重锤 3.导杆 4.锤座 5.第一接头 6.采集仪 7.第一探杆

8.主机 9.第二接头 10.第三接头 11、15、17：中孔 12.第一导线 13.缓冲垫

14.冲击力传感器 16.第四接头 18.固定螺栓 19.搭载机构 20.第二导线 21.安装孔

22.加速度传感器 23.第五接头 24.第二探杆 25.第六接头 26.动探头。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。

如图1和图2所示，本实用新型的深层动力触探能量测试装置包括：重锤2、导杆3、锤座4、第一探杆7、冲击力测试单元、加速度测试单元、第二探杆24和动探头26。

所述重锤2的中心设有圆形通孔，重锤2套在所述导杆3上并能自由下落；所述锤座4位于导杆3下部，所述导杆3与所述第一探杆7连接；所述冲击力测试单元包括第三接头10、缓冲垫13、冲击力传感器14、第四接头16和固定螺栓18，所述固定螺栓18从下到上依次穿过所述第四接头16的中孔17、冲击力传感器14的中孔15、缓冲垫13的中孔11，并与第三接头10连接，确保接头10、缓冲垫13、加速度传感器14与接头16通过螺栓18紧密连接。所述冲击力传感器14通过第一导线12与采集仪6及主机8连接；所述第一探杆7与第三接头10连接。

所述加速度测试单元包括加速度传感器的搭载机构19和加速度传感器22，所述加速度传感器22安装在所述搭载机构19内的安装孔21中；所述搭载机构19的上端与第四接头16连接，下端通过第五接头23与第二探杆24连接；所述加速度传感器22通过第二导线20与采集仪6及主机8连接；所述第二探杆24与动探头26连接。

另外，所述导杆3通过第一接头5与第一探杆7连接；所述第一探杆7通过第二接头9与第三接头10连接；所述搭载机构19的下端通过第五接头23与所述第二探杆24连接。所述重锤2通过线缆悬挂在钻机1上，且能够升降。

利用上述测试装置进行深层动力触探能量测试的方法包括：能量测试装置安装、能量测试和能量计算。具体如下：

S1-能量测试装置安装：

当钻孔至目的层后，按图2所示将各组件安装好。具体为：将重锤2通过线缆悬挂在钻机1上，并使其能够升降，重锤2中心留有圆形通孔；导杆3穿过重锤2的中心通孔，锤座4位于导杆3下部，导杆3通过第一接头5与第一探杆7连接，能量测试装置的上端通过第二接头9与第一探杆7连接，下端通过第五接头23与第二探杆24连接，第二探杆24通过第六接头25与动探头26连接。

S2-能量测试：分别通过第一导线12、第二导线20将冲击力传感器14和加速度传感器22与采集仪6及主机8连接起来，利用钻机1将重锤2提升到距离锤座4一定高度(76cm)然后使重锤2脱离钻机1的线缆，向下自由降落并击打锤座4，通过采集仪8和主机6采集并记录冲击力和加速度数据。

S3-能量计算：拾取冲击力和加速度非零的数据及相应的采集时间，以时间为横坐标、冲击力和加速度为纵坐标，采用最小二乘法进行拟合，分别绘制时间—冲击力、时间—加速度曲线图，对比时间—冲击力与时间—加速度曲线图的起始、终止时间是否一致，如不一致，起始时间取两者间的较大值，终止时间取两者间的较小值，重新绘制时间—冲击力、时间—加速度曲线图，利用公式：

即可对动力触探冲击能量进行计算。

其中的v(t)根据公式：

进行计算。

上述两个公式中：

E为动力触探冲击能量；

f(t)为冲击力；

v(t)为速度；

g(t)为加速度；

a为冲击力和加速度的起始时间；

b为冲击力和加速度的终止时间。

本实用新型的深层动力触探能量测试装置为模块化设计，包括冲击力测试单元、加速度测试单元、接头等模块，各模块间可拆卸，各模块间通过接头无缝连接，测试装置两端与探杆通过接头连接，冲击力传感器安装在冲击力测试单元中，加速度传感器安装在加速度测试单元中，冲击力传感器、加速度传感器、采集仪、主机通过导线连接，可实时测量动力触探的冲击力和加速度，并显示在主机上，利用所测试的冲击力和加速度参数进行计算，即可得到动力触探有效冲击能量。

Claims (6)

1.一种深层动力触探能量测试装置，其特征在于：包括重锤(2)、导杆(3)、锤座(4)、第一探杆(7)、冲击力测试单元、加速度测试单元、第二探杆(24)和动探头(26)，

所述重锤(2)的中心设有圆形通孔，重锤(2)套在所述导杆(3)上并能自由下落；

所述锤座(4)位于导杆(3)下部，所述导杆(3)与所述第一探杆(7)连接；

所述冲击力测试单元包括第三接头(10)、缓冲垫(13)、冲击力传感器(14)、第四接头(16)和固定螺栓(18)，所述固定螺栓(18)从下到上依次穿过所述第四接头(16)的中孔(17)、冲击力传感器(14)的中孔(15)、缓冲垫(13)的中孔(11)，并与第三接头(10)连接；所述冲击力传感器(14)通过第一导线(12)与采集仪(6)及主机(8)连接；

所述第一探杆(7)与第三接头(10)连接；

所述加速度测试单元包括加速度传感器的搭载机构(19)和加速度传感器(22)，所述加速度传感器(22)安装在所述搭载机构(19)内的安装孔(21)中；所述搭载机构(19)的上端与第四接头(16)连接，下端通过第五接头(23)与第二探杆(24)连接；所述加速度传感器(22)通过第二导线(20)与采集仪(6)及主机(8)连接；

所述第二探杆(24)与动探头(26)连接。

2.根据权利要求1所述的深层动力触探能量测试装置，其特征在于：所述导杆(3)通过第一接头(5)与第一探杆(7)连接。

3.根据权利要求2所述的深层动力触探能量测试装置，其特征在于：所述第一探杆(7)通过第二接头(9)与第三接头(10)连接。

4.根据权利要求3所述的深层动力触探能量测试装置，其特征在于：所述搭载机构(19)的下端通过第五接头(23)与所述第二探杆(24)连接。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的深层动力触探能量测试装置，其特征在于：所述重锤(2)通过线缆悬挂在钻机(1)上，且能够升降。

6.根据权利要求5所述的深层动力触探能量测试装置，其特征在于：进行测试时，所述重锤(2)距离锤座(4)76cm并自由下落。