[發(fā)明專利]一種可測量深部土體溫度的能源環(huán)境靜力觸探探頭

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310219671.2
• 申請日: 2013-06-03
• 公開（公告）號: CN103255757A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邊漢亮;蔡國軍;劉松玉
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: E02D1/00
• 分類號: E02D1/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可現(xiàn)場測量深部土體溫度的能源環(huán)境靜力觸探探頭，屬于巖土工程領(lǐng)域中一種能夠直接、連續(xù)地分析測試多年凍土、季節(jié)性凍土或受污染土體內(nèi)部溫度變化的靜力觸探裝置。

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(xué)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(zhǔn)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(xué)特性。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國高寒地區(qū)在多年凍土或季節(jié)性凍土上工程建設(shè)進(jìn)度加快，這就不可避免的要確定土體工程性質(zhì)參數(shù)。多年凍土或季節(jié)性凍土取樣困難，且試樣在運輸、儲存過程中對環(huán)境要求苛刻，試樣易受到擾動，室內(nèi)試驗結(jié)果嚴(yán)重偏離其真實值。現(xiàn)有原位測試技術(shù)不具備溫度測試的功能。另外，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時，土體污染也越來越多，土體受污染后的溫度特性也會發(fā)生改變，污染物在不同溫度下呈現(xiàn)不同的特性，原位測量土體內(nèi)部溫度是需要考慮的問題。本發(fā)明基于常規(guī)的靜力觸探探頭，提出了一種方便、快捷、測試成本低廉的原位測試儀器，可測量土體內(nèi)部實際絕對溫度或不同土層的相對溫度，為巖土工程實踐和地?zé)衢_發(fā)提供有力的檢測工具。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對國內(nèi)現(xiàn)有單雙橋靜探技術(shù)存在的缺陷，提出一種可測量深部土體溫度的能源環(huán)境靜力觸探探頭。

技術(shù)方案：本發(fā)明的一種可測量深部土體溫度的能源環(huán)境靜力觸探探頭采用同軸電纜傳遞信號和數(shù)據(jù)，上部為探桿和防水圈，中部設(shè)有模數(shù)轉(zhuǎn)換器，探桿下部設(shè)有密封圈和側(cè)壁摩擦筒，在側(cè)壁摩擦筒的內(nèi)部設(shè)有測斜儀、側(cè)壁摩阻力傳感器,探頭部分設(shè)有溫度傳感器、錐尖阻力傳感器，錐形探頭連接在側(cè)壁摩擦筒的下部，連接處由密封圈防水防土。

所述的錐形探頭頂角為60°，錐底直徑35.7mm，錐底截面積為10cm²。

所述的側(cè)壁摩擦筒外徑為35.7mm，表面積150cm²。

所述的溫度傳感器為熱電偶檢測儀，設(shè)置于探頭的中下部，可設(shè)置測量實際絕對溫度和不同土層的相對溫度兩種模式。

本發(fā)明的可直接測量深部土體溫度的能源環(huán)境靜力觸探探頭，其探測部分主要由同軸電纜、防水圈、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、密封圈、側(cè)壁摩擦筒、測斜儀、側(cè)壁摩阻力傳感器、溫度傳感器、錐尖阻力傳感器及其內(nèi)部的電路系統(tǒng)組成。試驗前，根據(jù)測試要求，選擇溫度測試模式。如需測量相對溫度，在貫入土層0.3～0.5m后停留2分鐘，使得探頭溫度與土層溫度相同，并設(shè)置起始溫度為0。在貫入系統(tǒng)作用下，溫度靜力觸探探頭以小于1.2m/min的恒定速率貫入土層中。側(cè)壁摩阻力傳感器測量側(cè)壁摩擦筒受到的摩阻力，錐尖阻力傳感器測量錐形探頭受到的貫入阻力，溫度傳感器測量土體溫度。溫度對探頭實測值影響較為顯著，因此根據(jù)溫度傳感器提供的溫度，對實測值進(jìn)行補(bǔ)償和修正。測斜儀提供探頭的傾斜角度，對貫入深度進(jìn)行修正。防水圈阻止水進(jìn)入探桿內(nèi)部，避免電路損壞。密封圈在防水的同時還可防止土體進(jìn)入側(cè)壁摩擦筒內(nèi)部。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，經(jīng)同軸電纜傳輸至地表的微機(jī)采集和存儲系統(tǒng)中保存，繪出實時連續(xù)的剖面圖。通過錐尖貫入阻力、側(cè)壁摩阻力以及土體溫度，可評價多年凍土、季節(jié)性凍土或受污染土的原位特性。

有益效果：由于多年凍土或季節(jié)性凍土取樣困難，試樣溫度容易變化。鉆孔取樣的擾動和運輸土樣過程中溫度發(fā)生變化，使得室內(nèi)試驗的結(jié)果嚴(yán)重偏離其真實值。現(xiàn)有原位測試一般不具備溫度測試功能。

本發(fā)明解決了國內(nèi)現(xiàn)有的單雙橋靜探技術(shù)不能直接測量土體原位溫度的缺陷，通過貫入過程中產(chǎn)生的錐尖貫入阻力、側(cè)壁摩阻力以及土體溫度，能方便、快捷、連續(xù)的評價多年凍土、季節(jié)性凍土或受污染土的原位特性，使得靜力觸探技術(shù)能更準(zhǔn)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(fù)性的特點。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖，