[發明專利]一種基于錘擊能量量測的動力觸探動貫入阻力計算方法

有效

• 申請號: 202111236145.8
• 申請日: 2021-10-22
• 公開（公告）號: CN113959874B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 沈志平;劉慧;付君宜;孫秀東;李振慶;彭又賢
• 申請（專利權）人: 貴州正業工程技術投資有限公司
• 主分類號: G01N3/48
• 分類號: G01N3/48;G01N3/06;G01N11/12;G01L5/00;G01L1/04
• 代理公司: 貴州派騰知識產權代理有限公司 52114
• 代理人: 宋妍麗

本發明公開了一種基于錘擊能量量測的動力觸探動貫入阻力計算方法，通過探頭處加裝的加速度傳感器和應變片，測試得到錘擊過程中探頭加速度和探頭處應變隨時間的變化量，并量測錘擊貫入度；通過資料收集或室內試驗測量得到探頭上部傳感器加裝處的截面積和彈性模量；對加速度和應變進行積分運算得到錘擊傳到探頭處的錘擊能量；對加速度進行二次積分的到錘擊能量測點的最大位移量，用最大位移量減去位移量測點到探頭處的變形量和貫入度，得到土體的彈性變形量；根據土體的彈性變形能和塑性變形能等于探頭處的錘擊能量，通過等式變換計算即可得到動力觸探過程中土體的動貫入阻力。本發明與現有的動貫入阻力量測方法(荷蘭公式)相比，具有考慮探桿的彈性變形，考慮探桿與土體側壁摩擦力的影響，考慮土體的彈性變形，計算結果更為精確的優點。

技術領域

本發明涉及一種基于錘擊能量量測的動力觸探動貫入阻力計算方法，屬于巖土工程原位試驗技術領域。

背景技術

圓錐動力觸探試驗是利用一定的錘擊動能，將一定規格的圓錐探頭打入土中，根據打入時的阻抗大小判別土層的變化，對土層進行分層，估計土層的物理力學性質指標，鑒別土的密實度，具有簡便、易行的特點，在巖土工程原位勘察和檢測領域應用廣泛。以動貫入阻力作為動力觸探指標，具有以下意義：采用單位面積上的動貫入阻力作為計量指標，有明確的力學量綱，便于與其他物理量進行對比；為逐步走向讀數量測自動化(例如應用電測探頭)創造相應條件；便于對不同的觸探參數(落錘能量、探頭尺寸)的成果資料進行對比分析。

現有的動貫入阻力計算方法主要為荷蘭公式，其在計算工程中要基于以下幾點假定：探桿為剛性體；不考慮探桿與土體側壁摩擦力的影響；略去土體的彈性變形。

基于以上假定建立的物理模型與真實的圓錐動力觸探試驗過程差距較大。

針對上述問題，本發明以圓錐動力觸探能量量測為基礎，結合加速度傳感器積分計算，提供一種基于錘擊能量量測的動力觸探動貫入阻力計算方法。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種基于錘擊能量量測的動力觸探動貫入阻力計算方法，以解決現有動貫入阻力計算公式(荷蘭公式)中需假定探桿為剛性體、不考慮探桿與土體側壁摩擦力影響、且需略去土體彈性變形中假定過多和現實條件差距較大的不足。

本發明通過以下技術方案得以實現。

本發明提供的一種基于錘擊能量量測的動力觸探動貫入阻力計算方法，包括以下步驟：

①通過探頭處加裝的加速度傳感器和應變片測試獲取錘擊過程中探頭加速度和探頭處應變隨時間的變化量g(t)、ε(T)，并量測錘擊過程中探桿的下降量：動力觸探貫入度e；

②錘擊結束后所有的彈性變形恢復，只剩塑性變形保留，探桿為金屬材料，其動力觸探貫入度e等于土體的塑性變形；

③通過資料收集或室內試驗測量得到探頭上部傳感器加裝處的截面積A和彈性模量E；

④錘擊傳到探頭處的能量E_總為：

其中，T₀為錘擊過程起始時間，T₁為錘擊過程結束時間；

能量量測處到探頭錘尖處的最大變形量Δl為：

Δl＝ε_maxl

其中，I為探頭上部傳感器加裝處到探頭錘尖處的長度；

⑤將錘擊過程中探頭加速度g(t)進行積分，獲取錘擊過程中速度對時間的變化函數v(T)：

其中，T為錘擊作用時間變量；

⑥將速度v(T)對時間進行積分，獲取位移對時間的變化函數X(T′)：