袖珍T型触探仪的制作方法

本实用新型涉及一种在岩土工程中原位测试软黏土不排水抗剪强度工作，能及时评估软黏土地基极限承载力的触探仪。

背景技术：

在岩土工程施工验槽或光伏电站等轻型构筑物岩土工程勘察中，需要及时了解软粘土不排水抗剪强度，对地基极限承载力进行评估。准确评价地基极限承载力的前提是得到地基土体的不排水抗剪强度。该指标的测试方法主要有室内试验法和原位测试法两大类。室内测试方法采用野外取样，在室内对土样进行切削加工，制成一定规格的试样，再进行无侧限抗压强度试验、直剪试验或三轴压缩试验等。原位测试方法无需取样，直接在现场进行。目前工程中广泛应用的原位测试方法有十字板试验和静力触探试验等。

室内试验过程中试样受力条件明确，但取样和制样过程时间长，不能及时得到试验结果。十字板试验是目前最常用的原位直接测试方法，但设备系统复杂。静力触探结果解译需要经验参数，设备复杂。

工程实践中需要一种小巧、便于携带、结构简单的触探仪。

技术实现要素：

本实用新型所解决的技术问题在于提供一种小巧、便于携带、结构简单的袖珍T型触探仪。

本实用新型的技术方案为：一种袖珍T型触探仪，其特征在于，其具有外壳、探杆，探杆底部连接探头，外壳中间设置隔板，隔板与外壳底部之间设置有弹簧，探杆容置在弹簧之中，并穿出隔板；探杆中间设置有托板，弹簧下方压抵该托板；探杆上方设置有自锁装置，探杆与外壳形成读数结构。

该自锁装置包括设置于探杆上部的锁齿，锁齿部分穿过隔板，隔板与锁齿相邻位置设置抵住锁齿的靠背；隔板还设置有锁杆，锁杆设置用于卡住锁齿的卡置板，卡置板通过旋转轴与隔板转轴连接；卡置板一侧通过弹性压抵装置抵接，该弹性压抵装置具有拉杆，该拉杆一端抵住卡置板，另一端穿出于外壳，拉杆外侧环绕设置第二弹簧，该第二弹簧位于外壳与卡置板之间。

该拉杆与卡置板接触一侧设置抵接块，抵接块与卡置板接触面相匹配，该第二弹簧位于外壳与抵接块之间。

度数装置包括在外壳开设的观察窗，探杆设置指针，该指针位于托板上方，并位于弹簧内侧；该观察窗外侧设置刻度，观察窗内侧可看到指针。

该探头截面为椭圆形或圆形。探杆为变截面结构，上部粗下部细。

本实用新型的有益效果为：可配以圆形截面或椭圆形截面两种探头，成果解译不需要经验参数。探头水平投影面积是静力触探探头的10余倍，对于软黏土地层的变化更敏感，测试精度大大提高。选用合适大小的探头和适宜的探杆直径，将测力装置安装于探杆上部，使测力装置测到的力主要为探头阻力，在一定的测试深度范围内，可以忽略探杆侧阻的影响，从而大大简化设备，达到便携目的。本研究成果是对传统勘测和施工验槽手段的有益补充。

附图说明

图1为本实用新型整体示意图。

图2为图1中1-1’剖面结构示意图。

图3为图1的透视结构示意图。

图4为本实用新型自锁装置局部放大结构示意图。

图5为本实用新型指针局部放大结构示意图。

图6为阻力系数平均值随轴长比的变化曲线。

具体实施方式

如图1-5所示，本实用新型提供一种袖珍T型触探仪，其特征在于，其具有外壳1、探杆2，探杆2底部连接探头3，外壳1中间设置隔板4，隔板4与外壳1底部之间设置有弹簧5，探杆2容置在弹簧5之中，并穿出隔板4。

探杆2中间设置有托板6，弹簧5下方压抵该托板6。

探杆2上方设置有自锁装置，探杆2与外壳1形成读数结构。

该自锁装置包括设置于探杆上部的锁齿7，锁齿7部分穿过隔板4，隔板4与锁齿7相邻位置设置抵住锁齿的靠背8。

隔板7还设置有锁杆9，锁杆9设置有用于卡住锁齿的卡置板91，卡置板91通过旋转轴92与隔板4转轴连接；当然，卡置板也可以如本案实施例中，通过再设置一个连接件93与隔板连接，这是本领域技术人员可以想到的变化。

卡置板91一侧通过弹性压抵装置抵接，该弹性压抵装置具有拉杆10，该拉杆10一端抵住卡置板91，另一端穿出于外壳1，使得使用者可以通过拉动拉杆10来实现解锁，放开拉杆10来实现锁定。拉杆10外侧环绕设置第二弹簧11，该第二弹簧11位于外壳1与卡置板91之间。在本实施例中，该拉杆10与卡置板91接触一侧设置抵接块101，抵接块101与卡置板91接触面相匹配，使得其可以更好的进行抵接，该第二弹簧11位于外壳1与抵接块101之间。

度数装置包括在外壳1开设的观察窗12，探杆2设置指针13，该指针13位于托板6上方，并位于弹簧5内侧；该观察窗12外侧设置刻度14，观察窗12内侧可看到指针13。利用指针和刻度的配合来读取相应数据。当然，这里的刻度和指针只是度数装置的一种具体试试方式，其也可以以本领域技术人员熟知的其他方式实现，例如指针设于外壳，刻度设置在探杆等，在此不再赘述。

该探头截面一般为椭圆形或圆形。两种探头测试结果解译均有严格的理论依据。并且，探杆可以为变截面结构，上部粗下部细，材料采用高强钢，在本实施例中，以指针为界限，指针上方探杆粗，而指针下方探杆细。

圆形截面探头测试结果解译采用剑桥大学的Randolph和牛津大学的Houlsby提出的解析式[1]。该解析式采用塑性理论中的极限分析方法，假定黏土体服从Tresca材料屈服准则，土体充满无限空间，无限长圆杆水平放置在其中，竖向均速运动。土体在探头周边一定范围内发生塑性流动，基于上限定理和下限定理求得了无限空间，无限长圆杆运动阻力与土体不排水强度的解析关系式。当测试深度较浅时，需考虑浅埋效应。

[1]M.F.Randolph,G.T.Houlsby The limiting pressure on a circular pile loaded laterally in cohesive soil[J].Géotechnique,1984,34(4):613–623.

对于椭圆形探头，经大量研究也得到了相应的解译方法。圆形截面探头可以看作是椭圆形截面探头的特例。当采用轴长比为0.3和0.5的探头时，由于表面粗糙度的影响带来的测试误差分别为4.5％和7％，均小于圆形截面探头的13％。为了适应不同强度的土体，可以制作不同大小和规格的探头，供工程实践中选用。

探头大小根据可提供的下压荷载(可按一个人的重量的20％～40％考虑)减去探杆所受地基土阻力确定。

探杆采用高强钢制作。为了减小探杆所受地基土阻力影响，在满足压杆稳定要求的前提下，探杆直径应尽量小。为了忽略浅埋效应，探头应贯入地下一定深度，理论上贯入阻力应达到恒定为止，因此探杆长度不能太小。同时，为了忽略探杆侧摩阻力，测试深度受探杆侧摩阻力与探头阻力的比值控制，探杆长度不能太大。实际操作中的探杆长度可按探头宽度的10～50倍制作。

弹簧量程根据可提供的下压荷载确定。刻度表铭刻在外壳上。指针与探杆固定。刻度表根据弹簧劲度系数和探头规格标定，数值可以显示地基土不排抗剪强度或地基极限承载力。

自锁装置的作用是在探头贯入地基的测试过程中，将探杆锁定在测试过程中的最大值。方便在拔出探头后读数。外拉拉杆可释放探杆，复位读数结构。

外壳部分用于连接或固定探杆、测量系统和自锁装置。

贯入一定深度后，可忽略浅埋效应时，弹簧的压缩量乘以弹簧的劲度系数即得探头阻力(P_T)与探杆阻力(P_R)之和(P)。当探杆阻力可以忽略时，P_T≈P。对于不同形状的探头，可以将测量系统中的刻度直接标定为软粘土不排水抗剪强度或地基承载力极限值。具体标定方法如下：

(1)对于圆形截面探头，根据文献[1]理论，探头阻力(P_T)与探头长度(L)、直径(D)、软黏土地基不排水抗剪强度(S_u)，有关系式(1)。

$\frac{P_T}{S_{u}DL}=C---\left(1\right)$

式中，C为常数，对应于探头表面完全光滑与完全粗糙两种情况，分别为9.1和12.0。实际应用中可取中值10.5。

根据式(1)可得软黏土不排水抗剪强度S_u：

$S_u=\frac{P_T}{10.5DL}---\left(2\right)$

(2)对于椭圆形截面探头，探头阻力(P_T)与探头长度(L)、椭圆轴长(a和b)、软黏土地基不排水抗剪强度(S_u)，有关系式(3)。

$\frac{\sqrt{2}{P}_T}{2\sqrt{a^2+b^2}{S}_{u}L}=N---\left(3\right)$

式中，N为阻力系数，与轴长比(b/a)、探头表面粗糙度有关，实际应用中可根据探头轴长比(b/a)，取完全光滑与完全粗糙工况下的平均值，如图6，进行计算。

根据式(3)可得软黏土不排水抗剪强度S_u：

$S_u=\frac{\sqrt{2}{P}_T}{2\sqrt{a^2+b^2}\stackrel{\‾}{N}L}---\left(4\right)$

基于式(2)或(4)求得的软黏土不排水抗剪强度S_u，再根据式(5)求得软黏土地基极限承载力P_u：

P_u＝5.14S_u (5)

实际使用时，将探头水平置于地表，人工按压外壳施加探杆顶部荷载，缓慢而均匀地将探头水平地贯入地下。贯入速度控制在1.2m/min左右。贯入过程中可听到哒哒的锁杆声。当无哒哒声或贯入深度达到10～50倍探头宽度时，可以停止贯入。拔起触探仪，从刻度上读取软粘土不排水抗剪强度或地基承载力极限值。

当测试深度较大，认为探杆阻力(P_R)不能忽略时，可以先不带探头仅贯入探杆进行第一次测试，读取刻度值；加上探头进行第二次测试，再读取刻度值。两次测试结果的差值可以消除探杆阻力影响，作为软粘土不排水抗剪强度或地基承载力极限值。