CN217810918U - 用于土层原位水平应力测试的等间距触探装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于土层原位水平应力测试的等间距触探装置，该触探装置包括测试器、施力器和掘进端，所述施力器设置在所述测试器的顶端用于将所述测试器压入待测试土层中，所述掘进端设置在所述测试器的底端，其中所述测试器的一侧开设有若干等间距间隔布置的触探孔，所述测试器的内部设置有可受控伸缩的触探杆，所述触探杆可从所述触探孔伸出至所述测试器之外并进入所述待测试土层，所述触探杆的外侧端部设置有传感器。本实用新型的优点是：实现对土层进行原位水平应力的测试，等间距触探法可保证各组测试数据的稳定性与实用性，便于技术人员现场使用，并便于技术人员根据数据对比结果，准确判定土层原位应力状态、及时调整后续测试方案。

Description

用于土层原位水平应力测试的等间距触探装置

技术领域

本实用新型涉及土层原位测试技术领域，尤其是一种用于土层原位水平应力测试的等间距触探装置。

背景技术

近年来，国家在开展各类型基础设施建设工作过程中，往往需要分析拟建建构筑物在建设场地所受的应力状态，包含地基土本身的应力状态、及地基土对拟建建构筑物的应力作用。经常需要测定土层的水平向应力，现有测试多是通过现场取样，然后将土样带回实验室进行制样及水平向应力测试，工程建设各单位在经过采样、运输、制样、测试等各环节后，才能得到土层的应力测试数据，需要经理的工序复杂，各工序操作合规性直接影响测试数据的客观性，且室内测试严重破坏了土层的原状性。

发明内容

本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足，提供了用于土层原位水平应力测试的等间距触探装置，在同一触探深度内，可通过调整测试动板深度，实现进行双组触探作业，实现高精度的土层水平应力原位测试。

本实用新型目的实现由以下技术方案完成：

一种用于土层原位水平应力测试的等间距触探装置，其特征在于：该触探装置包括测试器、施力器和掘进端，所述施力器设置在所述测试器的顶端用于将所述测试器压入待测试土层中，所述掘进端设置在所述测试器的底端，其中所述测试器的一侧开设有若干等间距间隔布置的触探孔，所述测试器的内部设置有可受控伸缩的触探杆，所述触探杆可从所述触探孔伸出至所述测试器之外并进入所述待测试土层，所述触探杆的外侧端部设置有传感器。

所述测试器的内部设置有若干所述触探杆，若干所述触探杆之间等间距间隔布置，且相邻的所述触探杆之间的间距为相邻的所述触探孔之间的间距的整数倍。

所述测试器的内部设置有油压驱动装置，若干所述触探杆各自分别连接在一测试动板上，所述测试动板之间通过动板连接杆连接成竖向整体结构，若干所述测试动板均连接在一测试主板的一侧面，所述测试主板在所述油压驱动装置的驱动下沿水平方向位移以驱动所述触探杆伸缩。

所述油压驱动装置包括竖向设置在所述测试器内部的油腔，所述油压内设置有油塞，所述测试主板的另一侧面设置有测试基板，所述测试基板具有与所述油腔连通的进油通道，所述进油通道设有与所述测试主板连接的进油口，所述进油口沿水平方向布置。

所述测试基板和所述测试主板之间设置有主板伸缩体，所述主板伸缩体在所述油压驱动装置的驱动下伸缩并推动所述测试主板水平向位移。

所述测试动板的顶部设置有升降驱动装置，所述升降驱动装置包括动板升降器和升降体，所述动板升降器通过所述升降体连接所述测试动板，所述动板升降器连接驱动所述测试动板升降以实现所述触探杆在触探孔之间的位置切换。

所述测试器为半圆结构，其一侧为半圆形的外部腔壳，另一侧为平面的测试面腔壳，所述触探孔开设在所述测试面腔壳上；所述掘进端为半圆锥结构。

所述触探装置还包括控制器，所述控制器通过油压驱动装置控制所述触探杆的伸缩，以及通过升降驱动装置控制所述触探杆的升降，所述控制器连接有数据转存器，所述数据转存器与所述传感器连接并构成数据交互。

一种涉及上述用于土层原位水平应力测试的等间距触探装置的测试方法，其特征在于：所述测试方法包括以下步骤：

通过施力器将测试器和掘进端压入待测土层的待测深度范围处；

通过油压驱动装置控制各触探杆分别从对应的触探孔处伸出至所述测试器之外并使所述触探杆端部的传感器进入待测深度范围内不同深度的待测土层之中，使用所述触探杆上的传感器进行原位水平应力测试。

当完成一组触探孔对应位置的测试后，通过所述油压驱动装置将所述触探杆收回至所述测试器内部，而后通过升降驱动装置驱动各所述触探杆升降以使各所述触探杆切换到另一组触探孔的位置，再次通过所述油压驱动装置控制所述触探杆伸出并进行该待测深度范围内另一组不同深度的原位水平应力测试。

本实用新型的优点是：实现对土层进行原位水平应力的测试，等间距触探法可保证各组测试数据的稳定性与实用性，便于技术人员现场使用，并便于技术人员根据数据对比结果，准确判定土层原位应力状态、及时调整后续测试方案；具有技术方案合理、创新性强、可操作性强、可有效节约测试时间、保证测试环境稳定性、避免现场取样、节能减排等优点。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的轴侧图；

图3为本实用新型的使用状态示意图（触探杆伸出时）；

图4为本实用新型中触探杆在待测土层内进行深度切换的状态示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本实用新型特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-4所示，图中标记1-38分别表示为：测试器1、施力器2、掘进端3、施力杆4、施力器械5、控制端6、控制主线7、线位管8、外部腔壳9、测试面腔壳10、油腔保护层11、油腔12、测试基板13、测试主板14、测试动板15、触探杆16、传感器17、触探孔18、进油通道19、出油口20、进油口21、传感线22、传感动垫片23、传感主垫片24、数据传输线25、动板连接杆26、油压控制线27、油塞伸缩体28、油塞29、主板伸缩体30、数据转存器31、连杆32、动板升降器33、升降体34、滑杆35、数据接口36、紧固体37、接口38。

实施例：如图1至图3所示，本实施例中的用于土层原位水平应力测试的等间距触装置主体主要由测试器1、施力器2和掘进端3三部分组成。其中，施力器2位于测试器1的顶部，与位于地表的施力器械5通过施力杆4连接，掘进端3位于测试器1的底部；施力器械5可施加向下的压力并通过施力杆4将作用力传递至施力器2，而施力器2则将压力施加在测试器1上，从而将测试器1压入待测试土层中。掘进端3的顶面与测试器1横截面一致，整体为半圆锥形构造，可减少土层阻力，利于测试器1的压入。

施力杆4内分布有中空的线位管8，控制主线7通过线位管8分别连接控制端6和测试器1，其中控制端6与施力器械5一起位于地表，便于技术人员在地面上对被压入地下的测试器1内的各构件进行控制，令其进行触探工作。测试器1顶部与位于施力器2内的控制主线7通过数据接口36连接，在数据接口36外侧分布有紧固体37，用于保证数据接口36连接的稳定性。在本实施例中，由于测试器1是在地下完成土层原位水平应力测试，而用于控制测试器1的控制端6位于地表，因此两者之间连接的控制主线7的长度具有一定的冗余量，以应对不同土层原位水平应力测试的深度要求。

结合图1和图2所示，测试器1最外侧为外部腔壳9，测试器1横断面成平面区域为测试面腔壳10，测试面腔壳10与外部腔壳9为一体成型结构，腔壳抗压抗拉能力强，为测试器1的主要受力构件，可保护测试器1内各构件工作环境的稳定性和结构安全。同时，测试面腔壳10立面成矩形分布，在土层中结构相对稳定，不易发生水平向侧移。测试面腔壳10与掘进端3联合作业，在测试器1压入土层过程中，可将土层向外部腔壳9区域挤压，保证测试面腔壳10的迎面侧土体的空间稳定性，维持待测土层的原始空间状态，从而提高土层原位水平应力测试的侧式精度。

外部腔壳9的内部为油腔保护层11，油腔保护层11具备较强的结构稳定性和抗高压能力，为测试工作构建稳定的油腔12。油腔12靠近测试面腔壳10方向，依次分布有测试基板13、测试主板14和测试动板15。测试基板14与油腔保护层11紧密接触，测试基板13内自下而上竖向分布有进油通道19，进油通道19一端通过出油口20与油腔12连接，另一端通过进油口21与测试主板15连接。测试基板13与测试主板14之间的连接位置设置有主板伸缩体30，该主板伸缩体30在油压的作用下可进行伸缩运动，进而推动测试主板14发生水平向位移。

在本实施例中，数据接口36与油腔12通过油压控制线27连接，可通过控制端6调整油塞伸缩体28的状态，进而推动油塞29在油腔12中的位移，从而调整油腔1中的油压，实现通过主板伸缩体30对测试主板14的水平向位移进行控制，最终可控制触探杆16的伸出长度。油塞29所在区域的油腔1横截面远大于进油通道19截面，可实现通过较小的油塞29位移，即可满足所有触探杆16在土层中的触探位移需求。同时，出油孔20位于油腔12最底部，可保证油腔12内油的利用率。

测试动板15与测试主板14接触部位分别分布有传感主垫片24和传感动垫片23，测试动板15上分布有触探杆16，传感动垫片23通过位于触探杆16内的传感线22与位于触探杆16外侧端部的传感器17连接，传感主垫片24与位于测试主板14内的数据传输线25连接。触探杆16及传感器17与测试面腔壳10上的触探孔18分别构成对应。不同的测试动板15间通过动板连接杆26连接，动板连接杆26可保证测试动板15位移和触探工作的一致性，保证同组不同深度触探数据的可对比性。

当测试主板14发生水平向位移时，测试动板15与触探杆16一起可发生同步位移，将传感器17推出触探孔18进入土层中，对土层进行触探作业，并将触探数据通过传感线22、传感动垫片23、传感主垫片24、数据传输线25传输至数据转存器31中，技术人员可使用控制端6通过控制主线7接收并分析数据转存器31中的数据，实现土层原位水平应力测试。

在本实施例中，在测试动板15的顶部还设置有升降驱动装置，该升降驱动装置包括动板升降器33和升降体34，该升降器33通过升降体34调整测试动板15在测试主板14上的竖向位置，等间距调整测试器1在同一深度时触探密度，提升数据采集率和测试样本数量。数据转存器31与动板升降器33一同通过连杆32悬挂于滑杆35上，可随着测试主板14、测试动板15一起在测试器1中发生水平方向的同步位移，滑杆35位于测试器1的顶部，滑杆35与连杆32可具备数据传输功能，在杆体内部可贯穿设置数据传输线。同时，在滑杆35连接有蜗杆驱动装置，使动板升降器33可通过连杆32在滑杆35的杆体长度方向上移动，使技术人员可通过控制端6控制测试动板15的触探工作和竖向位移。

施力器2与测试器1为可分离状态，接触部位分布有接口38，技术人员可通过移开施力器2，进行数据接口36连接，并通过测试器1顶部对各部件进行检修、维护和保养。

本实施例在测试时，以本实施例图2为例，本实施例中的测试器1的测试面腔壳10上开设有共计10个触探孔18，这10个触探孔18呈等间距布置；在测试器1的内部设置有共计5根触探杆16，这5根触探杆16亦呈等间距布置，但相邻触探杆16之间的间距为相邻触探孔18之间的间距的两倍，即如图1或图2所示，触探杆16在对应一组触探孔18时，相邻的触探杆16之间均横跨了一个触探孔18。本实施例具体采用以下测试方法：

（1）分离施力器2和测试器1，将数据接口36安放入测试器1顶部，并通过在数据接口36的外围安装紧固体37保证数据接口36的稳定性。数据接口36用于连接位于地面的控制端6与测试器1内的油压驱动装置和升降驱动装置。

（2）操作施力器械5，通过施力杆4对施力器2施加压力，将测试器1及掘进端3压制待测土层的待测深度范围处。如图2所示，本实施例中的测试器1上设置有共计10个触探孔18以及，该待测深度范围在本实施例中指的是位于最上方的触探孔与最下方的触探孔之间的范围。

（3）操作控制端6，使油塞伸缩体28伸张，推动油塞29在油腔12内向下移动，调整油腔中的油压，促使油通过出油口20进入进油通道19中，并分别通过各进油口21使主板伸缩体30伸张，从而推动测试主板14水平向移动，并带动与测试主板14接触的各测试动板15同步移动，将触探杆16沿水平方向顶出触探孔18，使触探杆16端部的传感器17同步进入待测深度范围内的各不同深度的土层中，如图4中（a）所示。

（4）传感器17测得的数据，依次通过传感线22、传感动垫片23、传感主垫片24、数据传输线25、数据转存器31、连杆32、滑杆35、数据接口36、控制主线7传回至控制端6中，技术人员对数据进行分析。本实施例通过等间距布置的触探杆16和触探孔18保证各组测试数据的稳定性与实用性，尤其是在原位测试时，可便于技术人员根据数据对比结果，准确判定土层原位应力状态、及时调整后续测试方案。

（5）根据分析结果需要，重复操作控制端6，将触探杆16收回测试器1中，并操作控制端6，控制动板升降器33，调整升降体34状态，进而调整测试动板15在测试器1中的竖向位置，将各触探杆16与下一组触探孔18对应，如图4中（b）所示。

（6）重复步骤（3），进行新一组触探孔18所对应深度的土层原位水平应力测试。

（7）当测试器1完成当前待测深度范围内的测试之后，使用施力器2配合施力器械5将测试器1压入土层内的下一待测深度范围，而后重复步骤（1）至步骤（6），进行新一深度范围内的土层原位水平应力测试。

（8）在测试完成后，可通过夹具等装置将测试器1从土层内进行回收。

本实施例在具体实施时：各部件均可重复利用，可用抗压能力强、结构稳定、且质量较轻、绿色环保的合金材料制作。传感器、主板伸缩体、油塞伸缩体等的工作原理，可用市场现有技术。

测试器1的测试面腔壳10上所开设的触探孔18的数量以及测试器1内的触探杆16的数量可根据实际情况进行选择，但需呈整数倍关系，以保证使用效果和测试精度。例如以图4为例，本实施例中的触探孔18的数量是触探杆16的两倍，而在实际设计中，也可设置一根触探杆16，而后通过升降驱动装置使该触探杆16在各触探孔18处逐一伸出并进行测试，但其测试效率较低；反之，也可设置与触探孔18的数量相等的触探杆16，在一个待测深度范围内使每根触探杆16在对应的触探孔18处伸出即可，实现一个待测深度范围一次伸缩一次测试，但是相对地，该方式的制造成本较高且数据传输线路较为复杂，不易维护。

虽然以上实施例已经参照附图对本实用新型目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本实用新型作出各种改进和变换，故在此不一一赘述。

Claims (8)

1.一种用于土层原位水平应力测试的等间距触探装置，其特征在于：该触探装置包括测试器、施力器和掘进端，所述施力器设置在所述测试器的顶端用于将所述测试器压入待测试土层中，所述掘进端设置在所述测试器的底端，其中所述测试器的一侧开设有若干等间距间隔布置的触探孔，所述测试器的内部设置有可受控伸缩的触探杆，所述触探杆可从所述触探孔伸出至所述测试器之外并进入所述待测试土层，所述触探杆的外侧端部设置有传感器。

2.根据权利要求1所述的一种用于土层原位水平应力测试的等间距触探装置，其特征在于：所述测试器的内部设置有若干所述触探杆，若干所述触探杆之间等间距间隔布置，且相邻的所述触探杆之间的间距为相邻的所述触探孔之间的间距的整数倍。

3.根据权利要求2所述的一种用于土层原位水平应力测试的等间距触探装置，其特征在于：所述测试器的内部设置有油压驱动装置，若干所述触探杆各自分别连接在一测试动板上，所述测试动板之间通过动板连接杆连接成竖向整体结构，若干所述测试动板均连接在一测试主板的一侧面，所述测试主板在所述油压驱动装置的驱动下沿水平方向位移以驱动所述触探杆伸缩。

4.根据权利要求3所述的一种用于土层原位水平应力测试的等间距触探装置，其特征在于：所述油压驱动装置包括竖向设置在所述测试器内部的油腔，所述油压内设置有油塞，所述测试主板的另一侧面设置有测试基板，所述测试基板具有与所述油腔连通的进油通道，所述进油通道设有与所述测试主板连接的进油口，所述进油口沿水平方向布置。

5.根据权利要求4所述的一种用于土层原位水平应力测试的等间距触探装置，其特征在于：所述测试基板和所述测试主板之间设置有主板伸缩体，所述主板伸缩体在所述油压驱动装置的驱动下伸缩并推动所述测试主板水平向位移。

6.根据权利要求3所述的一种用于土层原位水平应力测试的等间距触探装置，其特征在于：所述测试动板的顶部设置有升降驱动装置，所述升降驱动装置包括动板升降器和升降体，所述动板升降器通过所述升降体连接所述测试动板，所述动板升降器连接驱动所述测试动板升降以实现所述触探杆在触探孔之间的位置切换。

7.根据权利要求1所述的一种用于土层原位水平应力测试的等间距触探装置，其特征在于：所述测试器为半圆结构，其一侧为半圆形的外部腔壳，另一侧为平面的测试面腔壳，所述触探孔开设在所述测试面腔壳上；所述掘进端为半圆锥结构。

8.根据权利要求1所述的一种用于土层原位水平应力测试的等间距触探装置，其特征在于：所述触探装置还包括控制器，所述控制器通过油压驱动装置控制所述触探杆的伸缩，以及通过升降驱动装置控制所述触探杆的升降，所述控制器连接有数据转存器，所述数据转存器与所述传感器连接并构成数据交互。

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