本发明涉及海洋工程地基勘察领域，是一种探测筒型基础沉放过程侧摩阻力的环形触探装置。
背景技术：
筒型基础作为一种新型的海洋平台基础结构形式，由于其具有减少工程量、节省投资、缩短施工时间、可重复使用并且易于海上运输安装等优点，正逐步应用于海上风电的基础工程中。深海中海洋工程结构物在结构形式、承力特点、基础性能等方面与浅海结构物有很大的不同，在设计施工中对土体参数的需求也不同。因此，准确获取深海海床浅表层土体的强度参数对保证深海海洋结构物的安全稳定性具有极为重要的意义。筒型基础主要依靠内外压差(负压)实现沉放就位。但是筒型基础负压下沉的过程非常复杂且较难控制，需要考虑负压与下沉深度、筒壁内外土压力、筒壁内外孔隙水压力、筒壁内外侧摩阻力以及筒端阻力之间的关系，其中筒壁内外侧摩阻力在工程实际中是通过静力触探这种原位测试的方法得到的，锥式静力触探得到的贯入阻力与抗剪强度之间的关系更多的是依靠工程实践经验，因为经验参数范围较大，选取不当容易造成计算结果存在较大误差，很难准确测得筒型基础下沉过程筒土之间的摩擦阻力，其主要原因是筒型基础与普通桩基础的结构差异，筒型基础的中空结构以及负压沉放等因素使得该结构在沉放过程中的侧摩阻力变得复杂，不仅有外壁侧摩阻力，还有内壁摩阻力，因此很难用传统的锥式静力触探探头准确测得。
在公开号为cn103266636a，专利名称为一种原位量测筒型基础沉贯端阻力和摩阻力的装置及方法的中国专利中记载了一种用于实现对筒型基础沉放过程中沉贯端阻力以及侧摩阻力测量的装置，该装置是通过在筒型基础模型上安装摩擦环和一系列力传感器而实现对筒型基础沉放过程中沉贯端阻力以及侧摩阻力的测量，在实际工程应用中存在如下的局限性：1、装置尺寸较大，且依赖于筒型基础模型，每次测量之前均需定制响应的筒型基础模型且将相关传感器等安装在模型上才能进行试验，操作不便，回收复杂，不利于在现场多次测量；2、测量深度有限，这种装置的测量深度完全取决于筒型基础的筒裙高度，无法测得更深范围内土的相关参数，应用的灵活性差。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种探测筒型基础沉放过程侧摩阻力的环形触探装置，利用本装置在测试中根据测得的土体反力确定土的剪切强度，准确测量筒型基础在深海沉放过程中所受到的筒土之间的摩阻力。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种探测筒型基础沉放过程侧摩阻力的环形触探装置，包括测力探杆、桁架和探头圆筒，在探头圆筒上分别设置有下压力传感器、外壁摩阻力传感器、内壁摩阻力传感器和孔压传感器；
所述下压力传感器设置于桁架与探头圆筒连接处，用于测量通过测力探杆对探头圆筒施加的下压力；
所述外壁摩阻力传感器设置于探头圆筒的外壁上，用于测量筒体外壁与土体间的摩阻力，各外壁摩阻力传感器沿探头圆筒圆周等距设置且位于同一水平面；
所述内壁摩阻力传感器设置于探头圆筒的内壁上，用于测量筒体内壁与土体间的摩阻力，各内壁摩阻力传感器沿探头圆筒圆周等距设置且位于同一水平面；
所述孔压传感器设置于探头圆筒筒壁上的通孔内，用于测量通孔处的水压，其中一半数量的孔压传感器设置于外壁摩阻力传感器所处平面，另一半数量的孔压传感器设置于内壁摩阻力传感器所处平面。
在上述技术方案中，所述测力探杆的上端设置与动力机构相连接螺纹。
在上述技术方案中，所述测力探杆的外径小于圆筒筒壁外径。
在上述技术方案中，所述桁架通过连接螺丝与测力探杆的底部相连接。
在上述技术方案中，所述桁架包括4根竖杆，以等距排布的方式安装于探头圆筒的上沿上。
在上述技术方案中，所述外壁摩阻力传感器的数量为2-4个。
在上述技术方案中，所述内壁摩阻力传感器的数量为2-4个。
在上述技术方案中，所述孔压传感器的数量为4-8个。
在上述技术方案中，所述探头圆筒的筒壁厚度为2-4cm，外径为8-12cm，内径为4-6cm，高为20-30cm。
在上述技术方案中，所述探头圆筒的下沿设置为尖头结构用以消除下沉过程中端阻的影响。
本发明的优点和有益效果为：
本装置在模拟了筒型基础沉放过程筒土接触条件的同时，实现了装置的微型化，尺寸和传统静力触探探头基本一致，小尺寸决定了该环形探头在实际应用中操作方便，回收容易，所有的操作流程与传统的锥式静力触探操作保持一致，有成熟的操作流程；完全不依赖筒型基础，该环形探头结合普通的探杆就组合为一套静力触探设备，测量中不需要依赖于筒型基础的沉放，通过在上下贯通的探头圆筒上端设置桁架连接测力探杆的方式，可以按照需求测取任一深度处的参数，具有很好的灵活性；该环形探头具有孔压传感器，可以测量土体中的孔隙水压力，测量精度高，装置成本低，易于在工程中推广应用。
附图说明
图1是本发明侧视结构示意图。
图2是本发明俯视结构示意图。
其中：1为测力探杆，2为连接螺丝，3为桁架，4为下压力传感器，5为外壁摩阻力传感器，6为探头圆筒，7为内壁摩阻力传感器，8为孔压传感器，9为尖头结构。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种探测筒型基础沉放过程侧摩阻力的环形触探装置，包括测力探杆1、桁架3和探头圆筒6，在探头圆筒上分别设置有下压力传感器4、外壁摩阻力传感器5、内壁摩阻力传感器7和孔压传感器8；所述下压力传感器设置于桁架与探头圆筒连接处，用于测量通过测力探杆对探头圆筒施加的下压力；所述外壁摩阻力传感器设置于探头圆筒的外壁上，用于测量筒体外壁与土体间的摩阻力；所述内壁摩阻力传感器设置于探头圆筒的内壁上，用于测量筒体内壁与土体间的摩阻力；所述孔压传感器设置于探头圆筒筒壁上的通孔内，用于测量通孔处的水压。
所述测力探杆的上端设置与动力机构相连接螺纹。所述测力探杆的外径小于圆筒筒壁外径。所述桁架通过连接螺丝与测力探杆的底部相连接。所述桁架包括4根竖杆，以等距排布的方式安装于探头圆筒的上沿上。所述外壁摩阻力传感器的数量为2个，对称设置于探头圆筒两侧；所述内壁摩阻力传感器的数量为2个。所述孔压传感器的数量为2个，其中1个设置于外壁摩阻力传感器所处平面，另一个设置于内壁摩阻力传感器所处平面。
实施例2
一种精准探测筒型基础沉放过程侧摩阻力的环形静力触探探头，包括测力探杆、桁架(对称分布的四根)、探头圆筒以及安装于探头圆筒上的各传感器，该探头圆筒由钢板制成，板厚2cm，外径8cm，内径4cm，高20cm，探头上端设有桁架，用于连接探头和探杆，且保证土体可以从探头圆筒上侧顺利通过，探头下端削尖形成尖头结构9以消除端阻的影响，探头中部采用嵌入式的方法安装孔隙水压力传感器，探头内外壁也采用嵌入式的方法对称地安装侧摩阻力传感器，探头圆筒通过桁架与圆柱形探杆相连接，探杆直径小于环形端头外径。在探杆下端安装有下压力传感器，下压力传感器为电阻式力传感器或光纤力传感器。探杆上端开有螺纹，可以与静力触探探杆相连接。
实施例3
在利用上述一种精准探测筒型基础沉放过程侧摩阻力的环形静力触探探头进行工作时，按照下述步骤进行：
(1)装置在静压动力设备作用下，按照设定速度，匀速压入水下土体中；在压入水体的过程中，土体进入探头圆筒中部并从上部离开，不需要依赖于筒型基础，可以按照需求测取任一深度处的参数；
(2)压入过程中，下压力传感器4测量和记录总的贯入压力p随深度变化过程，下沉过程中保持匀速，传感器测量出的某一深度总贯入阻力r＝p；
(3)压入过程中，土体与探头圆筒上用于测量内侧摩阻力的内壁摩阻力传感器7发生接触，二者之间压力随深度变化过程由传感器量测和记录；
(3)压入过程中，土体与探头圆筒上用于测量外侧摩阻力的外壁摩阻力传感器5发生接触，二者之间压力随深度变化过程由传感器量测和记录；
(3)压入过程中，土体与探头圆筒上用于测量孔压的孔压传感器8发生接触，二者之间压力随深度变化过程由传感器量测和记录；
fn＝(f1n+f2n)/2，f1n、f2n为对应位置传感器测得的单位面积内侧摩阻力大小；
相应的筒型基础沉放过程中所受的内侧摩阻力大小为：
fn＝fn*sn，sn为筒型基础内侧表面积；
探头下沉过程中单位面积受到的外侧摩阻力为：
fw＝(f1w+f2w)/2，f1w、f2w为对应位置传感器测得的单位面积外侧摩阻力大小；
相应的筒型基础沉放过程中所受的外侧摩阻力大小为：
fw＝fw*sw，sw为筒型基础外侧表面积。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。