[發(fā)明專利]一種用于探測淤泥的球形孔壓靜力觸探探頭

有效

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• 申請日: 2013-02-18
• 公開（公告）號: CN103147432A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄒海峰;劉松玉;蔡國軍
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學
• 主分類號: E02D1/00
• 分類號: E02D1/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張弛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可用于探測淤泥的球形孔壓靜力觸探探頭，屬于巖土工程領(lǐng)域中一種能夠直接、連續(xù)地分析測試河底或海底淤泥的靜力觸探裝置。

背景技術(shù)

靜力觸探技術(shù)是指利用壓力裝置將帶有觸探頭的觸探桿壓入試驗土層，通過量測系統(tǒng)測試土的錐尖阻力、側(cè)壁摩阻力等，可確定土的某些基本物理力學特性，如土的變形模量、土的容許承載力等。靜力觸探技術(shù)至今已有80多年的歷史。國際上廣泛應(yīng)用靜力觸探，部分或全部代替了工程勘察中的鉆探和取樣。我國于1965年首先研制成功電測式靜力觸探并應(yīng)用于勘察。近幾年隨著傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，出現(xiàn)了很多新的靜力觸探技術(shù)，這些技術(shù)能夠快速、準確地獲得土層的孔隙水壓力、地震波、污染物性狀、溫度、甚至影像。國外已將之大量應(yīng)用于環(huán)境巖土工程領(lǐng)域。我國在新型靜力觸探傳感器的研究起步比較晚，目前國內(nèi)廣泛使用的單雙橋靜力觸探僅能夠測試的貫入阻力或比貫入阻力，側(cè)壁摩阻力，可確定的土層基本物理力學特性非常有限。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國港口、航道和水利建設(shè)事業(yè)也隨之蓬勃發(fā)展，海底工程的建設(shè)、航道、河道、湖泊的疏浚和拓寬以及港口的新建、擴建等工程項目都不可避免地需要處理大量的淤泥。這些淤泥通常埋置于深水之下，且具有非常高的粘滯性和觸變性，強度低，靈敏度高。現(xiàn)有的取樣技術(shù)無法獲得無擾動試樣，且在運輸過程中同樣會產(chǎn)生水分喪失，使得室內(nèi)試驗結(jié)果嚴重偏離其真實值。現(xiàn)有的靜力觸探技術(shù)雖然可以用于評價淤泥的原位特性，然而由于淤泥的強度過低、部分呈懸浮物狀態(tài)，因此靜力觸探設(shè)備所產(chǎn)生的貫入阻力低于其本身的分辨率，故而測量精度難以滿足高質(zhì)量數(shù)據(jù)的要求。T形觸探器和圓盤動力CPTU探頭雖然增加了與淤泥接觸的面積，提高了分辨率，然而前者在貫入過程中容易受力不均衡，探頭等部件容易損壞；后者更適合于懸浮狀淤泥的探測，在凝固狀淤泥中貫入深度較淺，且為非勻速貫入過程，貫入速率對實測貫入阻力的影響非常顯著，需要作出有效修正。

故，需要一種新的技術(shù)方案以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供可以直接評價淤泥特性的用于探測淤泥的球形孔壓靜力觸探探頭。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明用于探測淤泥的球形孔壓靜力觸探探頭可采用如下技術(shù)方案：

一種用于探測淤泥的球形孔壓靜力觸探探頭，包括縱長的探桿、位于探桿前端的側(cè)壁摩擦筒、位于側(cè)壁摩擦筒內(nèi)的側(cè)壁摩阻力傳感器、位于側(cè)壁摩擦筒前端的球形探頭、位于球形探頭上的若干孔壓過濾環(huán)、與孔壓過濾環(huán)連接的孔隙水壓力傳感器；還包括溫度傳感器、球形阻力傳感器、測斜儀及模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

與背景技術(shù)相比，本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中不能直接評價淤泥原位特性的缺陷，通過貫入過程中產(chǎn)生的圓球貫入阻力、側(cè)壁摩阻力以及孔隙水壓力，能方便、快捷、連續(xù)的評價淤泥的原位特性，使得靜力觸探技術(shù)能更準確、全面地服務(wù)于巖土工程領(lǐng)域。本發(fā)明具有連續(xù)性、可靠性和可重復性的特點。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明用于探測淤泥的球形孔壓靜力觸探探頭的使用方法可采用如下技術(shù)方案：

將探頭置于水面5m以下停留數(shù)分鐘，使得探頭得到足夠的飽和；在地表貫入系統(tǒng)作用下球形探頭以恒定速率貫入淤泥層中；側(cè)壁摩阻力傳感器測量側(cè)壁摩擦筒受到的摩阻力，球形阻力傳感器測量球形探頭受到的貫入阻力；孔隙水壓力傳感器測量球形探頭受到的孔隙水壓力大小；采用溫度傳感器提供測試過程中探頭內(nèi)部的溫度，對實測值進行補償和修正；測斜儀提供該用于探測淤泥的球形孔壓靜力觸探探頭的傾斜角度，對貫入深度進行修正；所有測量和記錄的數(shù)據(jù)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，傳輸至地表的微機采集和存儲系統(tǒng)中保存，繪出實時連續(xù)的剖面圖。

附圖說明

圖1是本發(fā)明用于探測淤泥的球形孔壓靜力觸探探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。