[發明專利]一種基于球型全流孔壓觸探貫入儀及其固結系數評價方法

有效

• 申請號: 201610546164.3
• 申請日: 2016-07-12
• 公開（公告）號: CN106192969B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 蔡國軍;夏涵
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: E02D1/02
• 分類號: E02D1/02
• 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

本發明涉及一種基于球型全流孔壓觸探貫入儀的固結系數評價方法，屬于巖土工程領域中一種能夠直接、連續地分析測試植物根系加固土的原位測試方法。

背景技術

固結系數是巖土設計中土的一個非常重要的指標，固結系數通常是在室內通過對未擾動土的測試求得的。但是在海底環境中，取樣和運輸過程中不能保證試樣的完整性和無擾動性，因此最好是在原位測試中獲取。目前測算原位固結系數最普遍的方法是孔壓靜力觸探，通過貫入位置孔隙水壓力的消散到50％來計算土的固結系數。但是這種方法的耗時是非常長的，一般來說，如果要消散到50％需要好幾個小時甚至更長。海洋巖土工程勘察中，每天所需費用高達50萬元以上，這種測試方法顯然是不經濟的。

全流觸探相比靜力觸探的優點在于：(1)全流觸探探頭投影面積是靜力觸探探頭的十倍，在極軟土中可以獲取更精確的貫入阻力；(2)通過探頭的循環貫入可以獲得土的不排水強度和靈敏度。靜力觸探非常復雜，貫入阻力受到土的剛度、應變和應變各項異性的影響，并且與應變率和靈敏度也有較大的關系，而土的各向異性和剛度對于全流觸探的影響較小。

全流觸探球型探頭上可以安裝孔隙水壓力傳感器，通過對全流觸探球型探頭的不同位置安置孔隙水壓力傳感器的測試結果與孔壓靜力觸探底部孔隙水壓力傳感器的測試結果進行比較分析，可以算出土的固結系數。通過使用球型全流觸探貫入儀的軟土固結系數原位評價方法，可以使孔壓靜力觸探與全流觸探同時進行，使孔隙水壓力消散速度大幅度提高。

發明內容

技術問題：本發明的目的是針對現有技術存在的不足，提供一種基于球型全流孔壓觸探貫入儀的固結系數評價方法。

技術方案：為實現上述發明目的，本發明的基于球型全流孔壓觸探貫入儀上部為孔壓靜力觸探探桿，在孔壓靜力觸探探桿的下部連接轉換頭，在轉換頭的下部連接全流觸探探桿，在全流觸探探桿的下部連接全流觸探球型探頭；在全流觸探球型探頭中沿橫向的圓周設有多個孔壓傳感器，該孔壓傳感器外有孔壓過濾環；在孔壓靜力觸探探桿底端與轉換頭的連接處設有一個孔壓傳感器，該孔壓傳感器外有孔壓過濾環。

在所述的全流觸探球型探頭上，孔壓傳感器一共九個，其中全流觸探球型探頭底部一個，沿橫向的最大圓周設有四個，沿橫向的最大圓周與底部之間的中部表面四個。

在所述的全流觸探球型探頭上，沿橫向的最大圓周的四個孔壓傳感器外設有一個孔壓過濾環，在沿橫向的最大圓周與底部之間的中部表面的四個孔壓傳感器外設有一個孔壓過濾環，將孔壓傳感器包裹。

全流觸探球型探頭直徑為60mm，全流觸探探桿直徑為20mm，長度為200～300mm，孔壓靜力觸探探桿直徑35.7mm。

本發明的基于球型全流孔壓觸探貫入儀的固結系數評價方法具體如下：

1).在試驗前需要將孔壓過濾環在裝滿甘油的容器中，并且在100kPa～120kPa的真空壓力下飽和24h以上；

2).孔壓過濾環在甘油的容器中完全飽和后安裝在全流觸探球型探頭和孔壓靜力觸探探桿底端，將全流觸探球型探頭在15mm/s～25mm/s的速度下連續貫入，到達需要評價深度土的固結系數位置停止貫入，通過球型全流觸探貫入儀上的孔壓傳感器監測孔隙水壓力消散數據；

3).當孔隙水壓力消散到超孔隙水壓力的50％～80％以上后，則可以繼續進行下一個點的測試。

4).將通過孔壓靜力觸探探桿下端部的孔壓傳感器、全流觸探球型探頭的孔壓傳感器測得的超孔隙水壓力消散數據用公式計算出土的固結系數，評價土體的工程性質；

所述的固結系數，計算公式如下：

式中：

t₅₀-孔隙水壓力消散50％時的時間；

R-圓錐半徑；

I_r-剛度指數；

T₅₀-無量綱時間因素。

全流觸探土的固結系數計算公式：

式中：

D_b-全流觸探球型探頭直徑；

d-全流觸探探桿直徑；

I_r-剛度指數；

t_max-孔隙水壓力達到最大值的時間；

t₅₀-孔隙水壓力消散50％時的時間。