CN209636771U - 一种适用于探测筒型基础沉贯阻力的条形静力触探探头 - Google Patents
一种适用于探测筒型基础沉贯阻力的条形静力触探探头 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种适用于探测筒型基础沉贯阻力的条形静力触探探头，包括探杆、探头块、滑轨、侧摩阻滑块、套筒滑轨、端阻滑块、第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器；相较于传统的锥形静力触探探头在结构上与对筒型基础沉贯阻力的预测上有了改进与提升：本实用新型使用探头块测量土体的单位侧摩阻力与单位端阻力，用于预测筒型基础沉贯阻力。探头块在结构上与筒型基础更为接近，还原了筒壁与筒端的真实受力情况，测得的单位侧摩阻力与单位端阻力可以准确评估筒型基础的下沉阻力。
Description
技术领域
本实用新型属于海洋工程土岩土勘察技术领域，具体涉及一种适用于探测筒型基础沉贯阻力的条形静力触探探头。
背景技术
随着世界经济迅猛发展，能源、环境和气候问题成为制约经济发展的主要因素，因此，清洁能源的开发是可持续发展的必然途径。风能作为一种清洁能源，具有蕴量巨大、可再生、分布广、无污染能诸多优点，同时风电技术也比较成熟，成本不断降低，是目前应用规模最大的新能源发电方式。发展风电已成为许多国家推进能源转型的核心内容和应对气候变化的重要途径，也是我国深入推进能源生产和消费革命、促进大气污染防治的重要手段。筒型基础是近几年逐渐受到重视的海上风电基础型式，与其他海洋基础相比，筒型基础利用从筒内泵出气/水形成压力压差提供贯入力，具有安装周期短，节约钢材，可重复利用等诸多优点，在降低工程造价和循环利用方面具有明显的优越性，具有广泛的应用前景。筒型基础安装过程由自重贯入与负压贯入两个阶段组成，两个阶段贯入阻力的准确计算是其安装成功的关键。筒型基础的沉贯阻力的计算依靠土体的物理性指标与力学参数，这些参数主要通过原位CPT贯入试验或取样室内土工试验获得，但是大量工程实践表明，两种方法获得的土体参数很难准确评估筒型基础的沉贯阻力。这是由于原位CPT测试方法中，CPT贯入试验的探头型式为锥形，在结构上与筒型基础有较大差别；室内土工试验中所用的土样在获取过程中经过了扰动，很难反映原状土的性质。因此，针对目前存在问题，提出了一种适用于探测筒型基础沉贯阻力的条形静力触探探头，与传统锥形探头相比，探头块与筒型基础的薄壁结构更为相近，测得的土体力学参数可以准确计算筒型基础的沉贯阻力。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于探测筒型基础沉贯阻力的条形静力触探探头。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种适用于探测筒型基础沉贯阻力的条形静力触探探头，包括探杆、探头块、滑轨、侧摩阻滑块、套筒滑轨、端阻滑块、第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器；
探头块为长方体，即底面为长方形的直四棱柱，在所述探头块的上端面设置探杆，在所述探头块的侧壁上分别开有第一长方体槽和第二长方体槽，第一长方体槽和第二长方体槽可位于探头块的同一侧壁或不同的侧壁上，在第一长方体槽内设置有竖直的滑轨，在滑轨上设置可沿其上下滑动的侧摩阻滑块；在所述探头块的下端设置有套筒滑轨，在探头块下方设置有可沿套筒滑轨上下滑动的端阻滑块；在第二长方体槽内设置有孔压传感器；
在所述探杆与探头块的连接处设置有第一压力传感器，在所述长方体槽的上壁上与侧摩阻滑块相对的位置上设置有第二压力传感器，在所述探头块下端面与端阻滑块相对的位置上设置有第三压力传感器。
在上述技术方案中，所述侧摩阻滑块的外壁与探头块开有长方体槽一侧的外壁位于同一直线上。
在上述技术方案中，所述端阻滑块与探头块具有相等的横截面面积。
在上述技术方案中，所述滑轨的数量为2。
在上述技术方案中，所述套筒滑轨的数量为2。
在上述技术方案中，所述所述端阻滑块设置于2套筒滑轨之间的中点处。
在上述技术方案中，所述孔压传感器的设置方式为沿竖直方向等距排布。
在上述技术方案中，所述孔压传感器的数量为3-5个。
在上述技术方案中，所述探杆的上端连接有液压驱动装置。
在上述技术方案中，所述探杆为钢制。
一种条形静力触探探头在探测筒型基础沉贯阻力中的应用，可利用上述探头验证压力值测量值的准确性，方法如下：
将第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器，三个压力传感器的测量压力带入下式(1)中，验证公式两侧是否相等，如果相等则证明探头测试值数据可靠，如果不相等，则证明探头测试值数据不可靠，用于测试的压力传感器可能存在故障；
P总＝A fs1+Q-G (1)
其中，P总为沉贯总阻力，P总＝P+G，P为贯入过程中外部施加力的大小，单位是kN，G为探头的总重量，单位是kN。
A为探头块总的侧面积；fs1为沉贯深度处单位侧摩阻力，单位是kN/m2，fs1＝(P1+G1)/As1，第二压力传感器测得的侧摩阻力为Fs，单位是kN/m2，侧摩阻力Fs＝P1+G1，其中侧摩阻滑块与土体接触面积为As1，单位是m2。
Q为端阻力，单位是kN，Q＝P2+G2，第三压力传感器测量的压力值P2为贯入深度处端阻力滑块的端阻力减去阻端阻滑块的自重G2。
本实用新型的优点和有益效果为：
1、一种适用于探测筒型基础沉贯阻力的条形静力触探探头，相较于传统的锥形静力触探探头在结构上与对筒型基础沉贯阻力的预测上有了改进与提升：本实用新型使用探头块测量土体的单位侧摩阻力与单位端阻力，用于预测筒型基础沉贯阻力。探头块在结构上与筒型基础更为接近，还原了筒壁与筒端的真实受力情况，测得的单位侧摩阻力与单位端阻力可以准确评估筒型基础的下沉阻力。
2、探头块结构上安装有第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器，三个压力传感器的测量压力结果关系应为：P总＝Afs1+Q-G(A为探头块总的侧面积)。因此，三个压力传感器的测量压力值可以相互印证，如满足三个压力传感器压力关系，说明测量数据的可靠性，如不满足，说明传感器可能出现问题，需要做相应的仪器检测，即探头块可以实现测量数据的自我验证，保证测量数据的准确性。
附图说明
图1为本实用新型侧视结构示意图。
图2为本实用新型俯视结构示意图。
其中：1为探杆，2为第一压力传感器，3为探头块，4为第二压力传感器，5为滑轨，6为侧摩阻滑块，7为孔压传感器，8为套筒滑轨，9为第三压力传感器，10为端阻滑块。
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，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。
实施例1
一种适用于探测筒型基础沉贯阻力的条形静力触探探头，包括探头块、第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、孔压传感器、滑轨、侧摩阻滑块、端阻滑块、套筒滑轨，其中探头块为长方体，即底面为长方形的直四棱柱，长3cm、宽0.8cm、高5cm，在所述探头块的侧壁上开有第一长方体槽，在第一长方体槽内设置有竖直的滑轨，在滑轨上设置可沿其上下滑动的侧摩阻滑块；在所述探头块的下端设置有套筒滑轨，在探头块下方设置有可沿套筒滑轨上下滑动的端阻滑块；在探头块的上端面设置第一压力传感器，在所述长方体槽的上壁上与侧摩阻滑块相对的位置上设置有第二压力传感器，在所述探头块下端面与端阻滑块相对的位置上设置有第三压力传感器。
所述第一压力传感器安装在探头块顶部，用于测量贯入过程中外部施加力的大小P，其中探头块及探头内部结构的总重量为G，则沉贯总阻力为P总＝P+G
所述第二压力传感器安装在侧摩阻滑块的上部，用于测量贯入过程中的侧摩阻力Fs。侧摩阻滑块与探头块通过滑轨连接，目的是消除滑块与探头块间的摩擦力，当探头贯入时，土体对侧摩阻滑块的摩擦力向上，侧摩阻滑块向上运动与第二压力传感器接触，第二压力传感器测量的压力值P1为沉贯深度处侧摩阻滑块的侧摩阻力减去侧摩阻滑块的自重G1。因此，侧摩阻力Fs＝P1+G1，其中侧摩阻滑块与土体接触面积为As1，则该沉贯深度处单位侧摩阻力fs1＝(P1+G1)/As1。
所述第三压力传感器安装在端阻滑块的上部，用于测量贯入过程中端阻力Q。端阻力滑块与探头块通过套筒滑轨连接，套筒间通过导轨连接，并涂抹润滑油，目的是消除套筒间的摩擦力，当探头贯入时，端阻滑块与土体接触并向上运动与第三压力传感器接触，第三压力传感器测量的压力值P2为贯入深度处端阻力滑块的端阻力减去阻端阻滑块的自重G2,。因此，端阻力Q＝P2+G2，其中，端阻力滑块与土体接触的面积为As2，则该沉贯深度处单位端阻力q＝(P2+G2)/As2。
所述的滑轨作用为是使侧摩阻滑块可以上下滑动，同时消除侧摩阻滑块与探头块间的摩擦力。所述的套筒滑轨作用为消除端阻力滑块向上运动时的端阻力，实现端阻滑块受力向上运动并与第三压力传感器接触。
实施例2
在上述实施例1的基础上，在探头块的上端连接探杆，所述探杆的作用是连接探头块与上部液压驱动装置，液压驱动装置通过探杆为探头块提出贯入的驱动力。依据测量地点的水深和需要测量的土体深度，通过增加或减少探杆的数量来实现需要达到的测量深度。
实施例3
在上述实施例2的基础上，在所述探头块的侧壁上再开出第二长方体槽，第一长方体槽和第二长方体槽可位于探头块的同一侧壁或不同的侧壁上，在第二长方体槽内设置有孔压传感器，孔压传感器的设置方式为沿竖直方向等距排布，数量为3个。孔压传感器用于测量贯入过程中孔隙水压力值u，从而分析超孔压的累计情况。当探头贯到土体某一深度h处，孔压传感器的测量值为u，该深度静水压力为p静＝γwhw(hw为水深)，因此，h深度处超孔压u1＝u-γwhw。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上对本实用新型做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本实用新型的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种适用于探测筒型基础沉贯阻力的条形静力触探探头，其特征在于：包括探杆、探头块、滑轨、侧摩阻滑块、套筒滑轨、端阻滑块、第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器；
探头块为长方体，即底面为长方形的直四棱柱，在所述探头块的上端面设置探杆，在所述探头块的侧壁上分别开有第一长方体槽和第二长方体槽，第一长方体槽和第二长方体槽可位于探头块的同一侧壁或不同的侧壁上，在第一长方体槽内设置有竖直的滑轨，在滑轨上设置可沿其上下滑动的侧摩阻滑块；在所述探头块的下端设置有套筒滑轨，在探头块下方设置有可沿套筒滑轨上下滑动的端阻滑块；在第二长方体槽内设置有孔压传感器；
在所述探杆与探头块的连接处设置有第一压力传感器，在所述长方体槽的上壁上与侧摩阻滑块相对的位置上设置有第二压力传感器，在所述探头块下端面与端阻滑块相对的位置上设置有第三压力传感器。
2.根据权利要求1所述的一种适用于探测筒型基础沉贯阻力的条形静力触探探头，其特征在于：所述侧摩阻滑块的外壁与探头块开有长方体槽一侧的外壁位于同一直线上。
3.根据权利要求1所述的一种适用于探测筒型基础沉贯阻力的条形静力触探探头，其特征在于：所述端阻滑块与探头块具有相等的横截面面积。
4.根据权利要求1所述的一种适用于探测筒型基础沉贯阻力的条形静力触探探头，其特征在于：所述滑轨的数量为2。
5.根据权利要求1所述的一种适用于探测筒型基础沉贯阻力的条形静力触探探头，其特征在于：所述套筒滑轨的数量为2。
6.根据权利要求1所述的一种适用于探测筒型基础沉贯阻力的条形静力触探探头，其特征在于：所述端阻滑块设置于2套筒滑轨之间的中点处。
7.根据权利要求1所述的一种适用于探测筒型基础沉贯阻力的条形静力触探探头，其特征在于：所述孔压传感器的设置方式为沿竖直方向等距排布。
8.根据权利要求1所述的一种适用于探测筒型基础沉贯阻力的条形静力触探探头，其特征在于：所述孔压传感器的数量为3-5个。
9.根据权利要求1所述的一种适用于探测筒型基础沉贯阻力的条形静力触探探头，其特征在于：所述探杆的上端连接有液压驱动装置。
10.根据权利要求1所述的一种适用于探测筒型基础沉贯阻力的条形静力触探探头，其特征在于：所述探杆为钢制。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN109537560A (zh) * | 2018-12-05 | 2019-03-29 | 天津大学 | 一种适用于探测筒型基础沉贯阻力的条形静力触探探头及其应用 |
| CN111829870A (zh) * | 2020-07-09 | 2020-10-27 | 广州海洋地质调查局 | 一种取样管内静力触探测试装置 |
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