一种带套管功能且可连续贯入的水下静力触探装置的制作方法

本发明涉及静力触探技术领域，具体为一种带套管功能且可连续贯入的水下静力触探装置。

背景技术

静力触探作为岩土工程技术领域进行土体原位测试的一种方法，是利用给进装置将底部装有探头的探杆贯入土层，通过测量贯入阻力和摩擦力等参数来评价土体的基本物理力学特性，如土的变形模量、土的容许承载力等。根据静力触探技术规范，要求探杆在贯入土层的过程中保持连续的、稳定的恒速给进，一般进给速度为2cm/s，这样才能够获得连续和稳定的土层测试数据。

传统的机械式和液压式静力触探机，由于采用的是单油缸组油缸间歇式进给方式，通常在一根探杆的开始部分有一段明显的加速过程，同时在两根探杆之间存在一段时间的停顿,用于给进机构回程和加接探杆，这样就使探杆贯入土层的速度不是均匀、连续和稳定的，在每根探杆的开始和结束段由于贯入速度达不到规范要求而造成了测试数据不好，影响到完整土层数据的获取。

也有一些双油缸组可以进行连续贯入，但不够完善，不能进行套管贯入，只能进行探杆贯入，贯入深度浅。

技术实现要素：

本发明提供了一种结构新颖的静力触探装置，能够实现对探杆和套管的连续贯入。

本发明的技术方案在于：包括探杆、套管、第一横向夹持机构、第二横向夹持机构、第三横向夹持机构及纵向连续贯入机构，所述套管套设在探杆外，第一、二横向夹持机构均固设于纵向连续贯入机构上，第三横向夹持机构固设于纵向连续贯入机构上或者外部支架上，能够对探杆和/或套管进行夹持和解除夹持；

纵向连续贯入机构包括两组固定件，分设于探杆两侧，每组固定件上纵向设置上执行件和下执行件，两组上执行件与固定件构成上贯入机构，两组下执行件与固定件构成下贯入机构，上、下执行件均能够在对应的固定件上独立纵向运动；

两组上执行件之间固定连接所述第一横向夹持机构，两组下执行件之间固定连接第二横向夹持机构，第三横向夹持机构设于下贯入机构的下方。

作为上述方案的优选，每组固定件为一根直杆，直杆上固设有上、下两处环形件，作为活塞，其中上环形件可拆卸，便于下执行件安装。每个环形件处套设有一组两端开口的液压缸筒，作为上/下执行件，所述液压缸筒与对应的环形件构成一组纵向贯入油缸，所述第一横向夹持机构和第二横向夹持机构分别与对应的液压缸筒固定连接。

作为上述方案的优选，所述固定件上由端面向内开设四条油路孔，并从固定件侧壁贯穿，每条油路孔一端分别对应与一组液压油缸内的上油腔或下油腔连通，另一端连接液压操作阀。

作为上述方案的优选，所述液压缸筒包括缸筒主体及端盖，所述缸筒主体内部为空腔，顶部开口，底部开设有能够与直杆配合的通孔，开口处通过端盖封闭，且端盖上开设有能够与直杆配合的通孔，所述缸筒主体外壁设有用于对第一、二横向夹持机构定位的定位台阶。

作为上述方案的优选，所述第一横向夹持机构、第二横向夹持机构和第三横向夹持机构均包括夹持座和活塞杆，所述夹持座上设有两个纵向通孔，夹持座通过两个纵向通孔分别固定套设在两纵向连续贯入机构的上执行件或下执行件上，夹持座中央设有一纵向的中央通孔，中央通孔内可穿过套管和探杆，夹持座内设有多个横向圆柱空腔，横向圆柱空腔的朝向夹持座外侧的一端封闭，另一端通过一通孔与中央通孔连通，横向圆柱空腔内设置活塞杆，所述活塞杆前端伸出至夹持座的中央通孔内，活塞杆与对应横向圆柱空腔构成一组横向夹持油缸，能够将套管或探杆夹持和解除夹持。

作为上述方案的优选，所述夹持座上所有横向夹持油缸的上油腔通过一组油路孔连通，下油腔通过另一组油路孔连通，两组油路孔分别延伸至夹持座外部，连接液压操作阀。

作为上述方案的优选，所述夹持座内设有四个横向圆柱空腔，呈“十”字形分布，每根活塞杆前端连接有夹持块，所述夹持块前端面为能够与套管和探杆侧壁配合的圆弧面。

作为上述方案的优选，两组纵向贯入机构的固定件上端共同连接有一组第四横向夹持机构，所述第四横向夹持机构与第三横向夹持机构的结构相同。

上述结构的有益效果在于：

1、采用上、下两组贯入液压缸能够实现对套管和探杆的同时连续贯入，同时也能够在套管夹持状态下，实现对探杆的连续贯入。

2、在贯入阻力过大时，上下两组纵向贯入油缸能够同步贯入，提高贯入力。

3、设置第三、四横向夹持机构，在贯入过程中，能够对套管和探杆进行扶正，保证套管和探杆的直立贯入，提高贯入效率。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明中下执行件与固定件装配的结构示意图。

图3为本发明中第一、二、三、四横向夹持机构的内部结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图详细描述本发明的实施例。

本实施例的结构包括探杆1、套管2、第一横向夹持机构3、第二横向夹持机构4、第三横向夹持机构5及纵向连续贯入机构，所述套管2套设在探杆1外，第一、二、三横向夹持机构均固设于纵向连续贯入机构上，能够对探杆1和/或套管2进行夹持和解除夹持；

纵向连续贯入机构包括两组固定件7，分设于探杆1两侧，每组固定件7上纵向设置上执行件8和下执行件9，两组上执行件8与固定件7构成上贯入机构，两组下执行件9与固定件7构成下贯入机构，上执行件8和下执行件9均能够在对应的固定件上独立纵向运动；

两组上执行件8之间固定连接所述第一横向夹持机构3，两组下执行件9之间固定连接第二横向夹持机构4，两组固定件7下部固定连接第三横向夹持机构5(或第三横向夹持机构设于外部支架上，且位于下贯入机构下方，用于对套管/探杆的夹持和解除夹持)。

在本实施例中，所述固定件7为一根直杆，直杆上固设有两处环形件11，作为活塞，每个环形件11处套设有一组两端开口的液压缸筒，作为上、下执行件，所述液压缸筒与对应的环形件11构成一组纵向贯入油缸，所述第一横向夹持机构3和第二横向夹持机构4分别与对应的液压缸筒固定连接。

在本实施例中，所述固定件7上由下端面向内开设四条油路孔12，并从固定件7侧壁贯穿，每条油路孔12上端分别对应与一组液压油缸内的上油腔或下油腔连通，下端连接液压操作阀(本实施例附图中省略了液压操作阀)。

在本实施例中，所述液压缸筒包括缸筒主体10及端盖13，所述缸筒主体10内部为空腔，顶部开口，底部开设有能够与直杆配合的通孔，顶部开口处通过端盖13封闭，且端盖13上开设有能够与直杆配合的通孔，所述缸筒主体外壁设有用于对第一横向夹持机构或第二横向夹持机构定位的定位台阶。

在本实施例中，所述第一横向夹持机构3、第二横向夹持机构4和第三横向夹持机构5均包括夹持座18和活塞杆21，所述夹持座18上设有两个纵向通孔14，夹持座18通过两个纵向通孔14分别固定套设在两纵向连续贯入机构的上执行件7或下执行件8上，夹持座18中央设有一纵向的中央通孔15，中央通孔15内设置套管2和探杆1，夹持座18内设有多个横向圆柱空腔20，横向圆柱空腔20的朝向夹持座18外侧的一端封闭，另一端通过一通孔与中央通孔连通，横向圆柱空腔20内设置活塞杆21，所述活塞杆21前端伸出至夹持座18的中央通孔15内，活塞杆21与对应横向圆柱空腔20构成一组横向夹持油缸，能够将套管2或探杆1夹持和解除夹持。

在本实施例中，所述夹持座18上所有横向夹持油缸的上油腔通过一组油路孔16连通，下油腔通过另一组油路孔17连通，两组油路孔分别延伸至夹持座18外部，连接液压操作阀(本实施例附图中省略了液压操作阀)。

在本实施例中，所述夹持座18内设有四个横向圆柱空腔，呈“十”字形分布，每根活塞杆21前端连接有夹持块19，所述夹持块19前端面为能够与套管2或探杆1侧壁配合的圆弧面。

在本实施例中，两组纵向贯入机构的固定件上端共同连接有一组第四横向夹持机构6，所述第四横向夹持机构6与第三横向夹持机构5的结构相同。

上述结构的工作原理如下：

所述固定件和第一、二、三、四横向夹持机构上的液压操作阀分别通过油路连接油泵，工作时，将套管2和探杆1组件向下穿过第一、二、三、四横向夹持机构的中央通孔及海床基座，通过对应的油泵控制两组纵向贯入油缸上升至最高位，然后通过油泵控制第一横向夹持机构3的横向夹持油缸，使活塞杆21向前伸出以将套管2夹紧，通过向上方的两组纵向夹持油缸的下油腔注油，使两组液压缸筒沿直杆向下运动，通过第一横向夹持机构3带动套管2和探杆1同时向下贯入，当上方的两组液压缸筒运动到最下方后停止贯入，然后通过对应油泵控制第一横向夹持机构3解除对套管2的夹持，下方两组液压缸筒之间的第二横向夹持机构4夹紧套管2，通过油泵控制下方两组液压缸筒向下运动，带动套管2和探杆1向下贯入；在下方两组液压缸筒向下贯入的同时，油泵控制上方两组液压缸筒以大于下方液压缸体运行速度向上运动至最高位，当下方液压缸筒到达最低位时，上方液压缸筒已经运动到最高位，第二横向夹持机构4松开套管，同时第一横向夹持机构3夹紧套管2，准备下一次的贯入。当第二横向夹持机构4夹持套管2上端向下贯入至最低位后，第三横向夹持机构5上的四个横向夹持油缸向前伸出将套管2夹紧，上、下两组纵向贯入油缸和第一、二横向夹持油缸继续对探杆1实施向下连续贯入。

两组纵向贯入油缸既能够实现交替连续贯入，同时在贯入阻力过大时，利用上下纵向贯入油缸同时进行贯入，能够有效提高贯入力。

在对套管和探杆起拔时也是同样道理，既可以交替连续起拔，也可以在遇到起拔阻力过大时，利用上下纵向贯入油缸同时进行起拔，能够有效提高起拔力。

基于上述横向夹持机构的结构特点，可以有效提高对套管和探杆夹持力，还可以减少油管的使用，每个夹持块限制在四方形空腔里(如图3所示)，可以避免活塞杆受套管或探杆的贯入力影响。

在贯入过程中，可以通过控制第三、四横向夹持机构上的横向夹持油缸，使油缸前端夹持块对套管2或探杆1保持接触不挤压或与套管2/探杆1之间保持较小间隙，可以起到对套管2和探杆1扶正的作用，从而能够有效保证套管2和探杆1能够直立贯入，提高贯入效率；在套管被贯入至最低位后，第三横向夹持机构起到对套管夹紧的作用。

需要说明的是：

1、在本实施例中，为了提高贯入效率，同一根直杆上，当上方液压缸筒下降至最低位时，下方液压缸筒能够上升至最高位，且两液压缸筒之间不发生干涉，即上、下液压缸筒之间的最大间距为上、下液压缸筒的行程之和。

2、本实施例中，在探杆外套设有套管，在对探杆的贯入过程中，套管可以为探杆提供径向约束力，以防止探杆倾斜，提高探杆的贯入深度。

3、套管下端与探杆通过自锁机构201连接，为现有技术。该自锁机构能够在夹持机构夹持套管2、贯入机构对套管2实施向下贯入时，探杆1能够与套管2同步向下贯入，而在将套管2夹紧后，对探杆1单独施加向下的贯入力时，探杆1能够独立向下贯入。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。