[實用新型]一種有效識別極薄土層的微尺度孔壓靜力觸探探頭

有效

• 申請號: 201320363914.5
• 申請日: 2013-06-21
• 公開（公告）號: CN203307792U
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 張濤;蔡國軍
• 申請（專利權）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所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本實用新型涉及一種微尺度孔壓靜力觸探探頭，屬于土木工程、巖土工程領域中一種能夠原位、快捷和精確的識別與評價地面下極薄土層以及液化后砂土承載力測定的靜力觸探裝置。

背景技術

靜力觸探技術是指利用壓力裝置將帶有觸探頭的觸探桿壓入試驗土層，通過量測系統測試土的錐尖阻力、側壁摩阻力等，可進行土層識別和確定土的某些基本物理力學特性，如土的容許承載力、土的重度等。靜力觸探技術至今已有80多年的歷史，在國際上已得到廣泛應用，我國于1965年首先研制成功電測式靜力觸探并應用于勘察。靜力觸探技術具有快速、連續、可靠和不取樣等特點，已經部分或全部代替了工程勘察中的鉆探和取樣。靜力觸探主要獲得的測試參數有三個，即：錐尖阻力、側壁摩阻力和孔隙水壓力，但是由于探頭錐尖的擾動，并不能完全較準確的探測各個地層情況，尤其是存在較薄或極薄的夾層時，標準靜力觸探裝置則無法獲得較為滿意的結果。國際上標準的靜力觸探探頭規格為：直徑35.7mm；錐角60°；錐底截面積10cm²；側壁摩擦筒表面積150cm²；貫入速率20mm/s。探頭測試的分辨率與擾動區域的大小密切相關，尺寸越大，探頭貫入剪切土體時的擾動區域也越大，導致分辨率越低。Tumay等（1998）研究認為，微型探頭可獲得較高的錐尖阻力和較低的側壁摩阻力，可得到更為精細的土層識別與劃分。工程現場實際中，地表下土層中往往存在較薄或極薄的夾層，如砂土夾層、粉土夾層等，這些土層厚度通常較小（厚度約為15mm），但對整個地基的承載力等特性有著非常重要的影響。多次液化后砂土地基的承載力的測定是評價砂土地基的重要指標之一，不同的液化次數后，砂土地基的承載力也不同。標準靜力觸探探頭的分辨率無法具備識別極薄土層和測定多次液化后砂土地基的承載力，因此，人們逐步研制與開發新型微探頭。

本實用新型的微尺度孔壓靜力觸探探頭，提供了一種可以連續、定量、高分辨率的原位測試儀器，為地質勘察、巖土工程中極薄土層的識別與評價以及液化后砂土承載力的測定提供有效的測試工具。

實用新型內容

技術問題：本實用新型要解決的技術問題是針對目前國內無法進行極薄土層（土層厚度≤15mm）的靜力觸探識別與評價和液化后砂土承載力的原位測定，提出一種可用于土木工程、巖土工程領域的可原位識別與評價極薄土層和測定液化后砂土承載力的靜力觸探探頭。

技術方案：本實用新型的有效識別極薄土層的微尺度孔壓靜力觸探探頭以不銹鋼導管為基體，在不銹鋼導管外側的下半部設置有摩擦套筒，不銹鋼導管與摩擦套筒通過有機硅膠密封圈連接密封，在不銹鋼導管內表面靠下部位設置有應變計，應變計通過導線與外部電路連接成單臂電橋，應變計的下方設置有孔隙水壓力傳感器，在摩擦套筒的下方設有孔壓過濾環，孔壓過濾環的下方是錐形探頭。

不銹鋼導管的外徑為5mm，內徑為2.8mm，與摩擦套筒接觸部分的壁厚為0.5mm。

摩擦套筒的長度為22.0mm，厚度為0.5mm，表面積為346mm²。

應變計的感應長度為1.0mm。

錐形探頭的錐角為60°，錐底截面積為19.6mm²。

微尺度孔壓靜力觸探探頭的貫入速率為1mm/s，單臂電橋的輸入電壓為2.0V，測試環境溫度宜為18～22℃，測試深度空間方向上測試頻率為2點/mm。

應變計對稱分布于不銹鋼導管內壁，用來測量微尺度探頭貫入土體時的錐尖阻力，應變計為專用的高靈敏度應變計，感應長度為1.0mm。兩個應變計與外部電路相接，組成惠斯通單臂電橋，整個測試電路的輸入電源電壓為2.0V，當微尺度探頭貫入土體時，應變計將自身電阻的變化通過信號放大器轉變為電壓變化輸入計算機，最終轉換為錐尖阻力變化。

探頭貫入速率的大小對土層排水條件有著重要的影響。根據Cho等（2004）提出的利用孔壓消散時間t_dis與貫入時間t_pen的比值關系來確定一定貫入速率下的排水條件，其相關計算表達式為：