一种可实时变速的孔压静力触探动态连续贯入装置及其使用方法与流程

本发明涉及孔压静力探测装置及其使用方法，具体为一种可实时变速的孔压静力触探动态连续贯入装置及其使用方法。

背景技术：

孔压静力触探技术是通过压力装置将带有触探头的触探杆压入试验土层，通过量测系统测试土的锥尖阻力、侧壁摩阻力和由于土体大变形导致的孔压增长和消散等，进而可以确定土层的某些特定的物理力学性质，如土的变形模量、土的容许承载力等。但传统的贯入方式是利用压力装置和探杆之间的摩擦提供探头的贯入力，压力装置与探杆在贯入过程中同时向下运动一定深度后，贯入过程停止，待压力装置恢复到原始高度后继续贯入，周而复始。该贯入方式会消耗较长时间，此外由于贯入过程的不连续性，触探头所测量的孔压增长过程与真实过程存在一定的差距。在贯入间隙，锥尖阻力会受到明显大于相同深度处连续贯入时所得到的锥尖阻力，使得数据的解译不够真实可靠。

随着社会经济的不断发展，交通工程的建设也是日新月异，动力荷载对于路基、路面的影响逐渐成为研究的重点。连续贯入的原位测试技术可以分为匀速和变速两种贯入方式，使得现场测试土体动力特性成为可能。不仅如此，随着需求的不断增加，对工程贯入深度的要求也在不断提高，比如在深层土体的液化势评价上，传统孔压静力触探技术就显得无所适从；在测土层剪切波速时，同样是因为深度受限，致使静力触探技术无法得出地震工程领域的重要参数-vs20和vs30，即，地下20米和地下30米的平均剪切波速。目前限制贯入深度的因素有两个：1、深部土体的锥尖阻力过大；2、压力装置所能提供的贯入压力有限。因此，贯入深度和匀速贯入是亟需解决的两个问题。目前对于原位测试表层土体不排水抗剪强度的最高效的方式是十字板剪切试验，但是传统的原位测试方法却对深层土体的不排水抗剪强度束手无策。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种可以实现贯入过程不间断、加速甚至变加速贯入的孔压静力触探动态连续贯入装置，本发明的另一目的是提供一种更大贯入力、增加贯入深度并探测深层土体不排水抗剪强度的孔压静力触探动态连续贯入装置及其使用方法。

技术方案：本发明所述的一种可实时变速的孔压静力触探动态连续贯入装置，包括表面设有螺纹的探头和探杆，以旋转掘进的方式取代传统的压入式贯入，在遭遇坚硬土层或者砂土层时能够减小锥尖阻力的大小，增加贯入深度，有利于保护探头，探杆插入旋转贯入装置，探头与探杆的连接处设置防水圈，探头包括圆锥段和圆柱段，圆柱段靠近圆锥段处设置孔压过滤环，圆柱段嵌套在侧壁摩擦筒内，侧壁摩擦筒的内部设置数模转换器。

旋转贯入装置的顶部和底部均设置滑轮，旋转贯入装置通过滑轮与测试车相连。探杆的数量为两个以上。探杆沿垂直方向通过螺纹连接延长。探杆连接处设置三角形的搭扣。

旋转贯入装置的下部设置去土器，去土器与测试车固定连接。

数模转换器与同轴电缆相连，通过同轴电缆将采集到的数据传输到地表。

上述可实时变速的孔压静力触探动态连续贯入装置的使用方法，包含以下步骤：

(a)将第一节带全螺纹的探杆旋进旋转贯入装置；

(b)启动旋转贯入装置，探杆下探穿过去土器后暂停，将同轴电缆穿过第一节探杆并连接数模转换器；

(c)带螺纹的探头的圆柱段旋进首节探杆中；

(d)启动旋转贯入装置，并在每节探杆下探2/3～5/6长度之后，将下一节探杆旋进上一节探杆尾部，待探杆的搭扣对准扣紧，结束旋进；

(e)到达贯入深度后，反向开启旋转贯入装置，待每节探杆上拔1/6～1/3长度时，用大小与搭扣匹配的金属闩抵住搭扣，反向旋转探杆，分离每一节螺纹探杆，最后一节探杆上拔1/6～1/3长度后，暂停旋转贯入装置，旋下探头，试验结束。

有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著性特点：本装置实现了现场原位孔压静力触探试验的连续动态贯入，以旋转方式旋进土层，因此探头上的摩擦筒所测得的数据可以近似看成对于深层土体进行了十字板试验，进而近似得到深层土体的不排水抗剪强度；采用的带有外螺纹的触探头旋转贯入，可以在遭遇坚硬土层或者砂土层时明显降低探头所受锥尖阻力；本装置的压力系统不依靠摩擦，而是采用将扭力转化为推力的旋转式贯入方式，在相同的电动机功率下，可以提供更大的贯入力，增加贯入深度；探杆与探杆之间采用螺纹和三角形搭扣相结合的方式连接，螺纹咬合是为了提高探杆之间的刚度，搭扣连接探杆螺纹的契合，反向启动时不会脱钩。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明旋转贯入装置7的局部放大图。

图3为本发明探杆10的连接示意图。

具体实施方式

如图1～2，测试车上固定有旋转贯入装置7和取土器9，旋转贯入装置7上下各由若干滑轮8支撑，其相对高度是固定的，放置于在测试车上。旋转贯入装置7的中空，带螺纹的探杆10依次穿过旋转贯入装置7和取土器9，与探头6的圆柱段61螺纹连接，圆柱段61外嵌套侧壁摩擦筒4。圆锥段61上有螺纹，圆柱段61靠近圆锥段62处设置孔压过滤环5，探杆10内的同轴电缆1与侧壁摩擦筒4内的数模转换器3相连。探杆10和探头6的连接处用防水圈2密封。

如图3，在螺纹探杆10全身遍布与旋转贯入装置7内部相匹配的外螺纹，螺纹探杆10与螺纹探杆10之间同样采用螺纹11连接，并配有三角形的搭扣12设计。目的是为了在组装探杆10时能够准确找到上下探杆10螺纹的相对位置，便于贯入。由于搭扣12的存在，在试验完毕之后，只需倒转旋转贯入装置7，探杆10和探头6就能自动取出钻孔，方便高效。在拆卸探杆10时需人为按住三角形搭扣12，反向拧出连接口即可完成拆卸。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种可实时变速的孔压静力触探动态连续贯入装置及其使用方法，所述装置包括表面设有螺纹的探头和探杆，探杆插入旋转贯入装置，探头与探杆的连接处设置防水圈，探头包括圆锥段和圆柱段，圆柱段嵌套在侧壁摩擦筒内，侧壁摩擦筒的内部设置数模转换器。所述使用方法包含以下步骤：将第一节带全螺纹的探杆旋进旋转贯入装置；启动旋转贯入装置，将同轴电缆连接数模转换器；探头旋进首节探杆中；启动旋转贯入装置，将下一节探杆旋进上一节探杆尾部；到达贯入深度后，反向开启旋转贯入装置，分离探杆，旋下探头，试验结束。本发明将扭力转化为推力的旋转式贯入方式，在相同的电动机功率下，可以提供更大的贯入力，增加贯入深度。

技术研发人员：刘薛宁;蔡国军;段伟
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：2019.07.11
技术公布日：2019.11.05