组装式土工离心机微型静力触探探头的制作方法

本实用新型涉及土工离心机技术领域，属于岩土工程领域一种测量与评价地基力学性质的测试仪器，具体涉及组装式土工离心机微型静力触探探头。

背景技术：

静力触探是岩土工程领域常用的测试手段，可有效地查明地层分布情况，并直接评价场地土层的力学性质。近年来，随着工程建设的的发展，静力触探技术在现场原位测试与室内土工模型试验中发挥着越来越大的作用，也愈发受到工程人员的重视。在室内模型实验中，受模型尺寸和测试精度等因素的限制，适用于现场测试的静力触探探头便不再适用，故有必要研制模型试验适用的微型、高精度静力触探探头。

岩土体作为一种非线性材料，其力学特性受应力状态的显著影响。因此，相比较于真实工程问题，常规室内模型试验存在一些缺陷和弊端。近年来，岩土离心模型试验作为一种新型试验技术得到了快速发展，其基本原理即通过高速旋转的离心场模拟n倍于地球重力的重力场，进而利用较小尺寸的室内模型来再现真实场地尺度的应力水平。静力触探技术可以很好地在离心机旋转过程中实时监测模型地基力学特性的变化，反映其真实力学参数与工程特性(例如密实状态、不排水抗剪强度、桩基承载力、抗液化能力等)。

现有文献一“anewsharedminiatureconepenetrometerforcentrifugetesting”公开了一种岩土离心模型适用的微型静力触探探头，该探头通过位于套筒内部的传力杆将圆锥端部所受的贯入阻力与套筒受力分隔开，利用o型橡胶密封圈实现了圆锥端部的防水，通过位于尾部的测力传感器实现了端部贯入构件阻力的测量。

现有文献二“atwo-dimensionalminiatureconepenetrationtestsystemforcentrifugemodelling”公开了一种基于应变片贴片技术，可测量端部贯入构件阻力、侧摩阻力和贯入过程中孔隙水压力的静力触探探头及其在机贯入装置，其核心技术之一即利用粘贴于探杆内部的应变片来测量端部贯入构件阻力和侧壁摩阻力。

但是现有静力触探探头存在以下缺点：

1、现有文献一，位于探头端部的o型橡胶密封圈仅能在承受较大压力状态下保持其密封性；当贯入结束，需要提起探头时，o型橡胶密封圈所受土的作用力变为拉力，这使得其密封性便很难保证，不仅严重影响实验结果，更严重增大了实验仪器破坏的风险；仅能实现端部贯入构件阻力的测量，无法获得土体的侧摩阻力，这一点与常规工程需求存在严重差异。

2、现有文献二，测试精度、可靠性和耐用性严重受限于贴片技术，一旦该探头存在损坏或失灵，其维修和更换极为不便；该探头功能单一，并且难以直接方便地切换到其他贯入试验。

技术实现要素：

为解决现有技术中的不足，本实用新型提供组装式土工离心机微型静力触探探头，原理明确，结构简单可靠，可精确反应离心场中岩土地基模型的静力触探贯入特征，并且组装式结构，方便维修。

本实用新型为实现上述目的，通过以下技术方案实现：组装式土工离心机微型静力触探探头，包括端部贯入构件，所述端部贯入构件顶端设置第一荷重传感器，所述第一荷重传感器顶端设置套筒，所述第一荷重传感器两端分别与端部贯入构件和套筒之间可拆卸固定连接，所述套筒顶端设置第二荷重传感器，所述第二荷重传感器与套筒可拆卸固定连接。

进一步的，所述第一荷重传感器为水下微型荷重传感器，所述第二荷重传感器为s型荷重传感器。

进一步的，所述端部贯入构件为端部贯入构件或t型贯入构件或球型贯入构件。

进一步的，所述第一荷重传感器两端分别与端部贯入构件和套筒之间螺纹连接。

进一步的，所述套筒顶端与第二荷重传感器之间通过连接件可拆卸固定连接。

进一步的，所述第二荷重传感器与套筒之间螺纹连接。

进一步的，所述套筒外侧壁为磨砂面。

进一步的，所述套筒为为一体成型不锈钢套筒。

进一步的，所述套筒顶部侧壁设置穿线孔。

进一步的，所述端部贯入构件与第一荷重传感器连接处设置防松螺纹胶、第一荷重传感器与套筒连接处设置防松螺纹胶、所述套筒与第二荷重传感器之间设置防松螺纹胶。

对比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

1、本装置原理明确，结构简单可靠，可精确反应离心场中岩土地基模型的静力触探贯入特征，不仅可以实现端部贯入构件阻力的测量，还可以实现土体的侧摩阻力测量。

2、本装置采用组装式结构，第一荷重传感器两端分别与端部贯入构件和套筒之间可拆卸固定连接，第二荷重传感器与套筒可拆卸固定连接，一方面方便维修，另一方便方便快速更换传感器，以满足不同软硬程度地基模型的贯入试验。

3、端部贯入构件可以为端部贯入构件或t型贯入构件或球型贯入构件，通过更换端部贯入构件，以模拟不同类型的贯入试验。

附图说明

附图1是本实用新型立体图；

附图2是图1剖视图。

附图中所示标号：1、端部贯入构件；2、第一荷重传感器；3、套筒；4、第二荷重传感器；5、连接件；6、穿线孔。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

参考图1-2，组装式土工离心机微型静力触探探头，包括端部贯入构件1，在本实施例中，端部贯入构件1为端部贯入构件，端部贯入构件是一个由圆锥体和位于圆锥体顶部的圆柱组成的构件，端部贯入构件的顶部设置螺纹孔，以连接第一荷重传感器。端部贯入构件1顶端设置第一荷重传感器2，第一荷重传感器2为端部水下微型荷重传感器，用于测量土体的锥尖阻力特征；端部水下微型荷重传感器两端设有连接用的螺栓，测力元件设置于传感器主体内部，并通过焊接密封，以满足防水要求。所述第一荷重传感器2顶端设置套筒3，其中套筒3由整块304不锈钢切割、钻孔加工而成，以保证试验过程中的变形变形可以忽略不计。端部贯入构件、端部水下微型重传感器和套筒组成的长度范围均可以被贯入至模型地基内。所述套筒3顶端设置第二荷重传感器4，在本实施例中第二荷重传感器为s型荷重传感器，s型荷重传感器的测试结果反映了土体的端部贯入构件阻力和侧摩阻力特性。所述套筒3顶端与s型荷重传感器之间通过连接件5螺纹连接，套筒顶端设置螺纹孔，连接件两端设置螺栓，一端与套筒螺纹连接，另一端与s型荷重传感器连接。

其中，所述套筒3外侧壁为磨砂面，可模拟真实静力触探试验中探杆与地基土体的接触情况。

另外，第一荷重传感器2的供电与数据传输线缆通过其顶部螺栓引出，第一荷重传感器2的线缆穿过中空金属套筒3的内部，所述套筒3上部侧壁设置穿线孔6，穿线孔6用于将第一荷重传感器3的线缆引出。

为了增加连接牢固性，所述端部贯入构件1与第一荷重传感器2连接处设置防松螺纹胶、第一荷重传感器2与套筒3连接处设置防松螺纹胶、所述套筒3与第二荷重传感器4之间设置防松螺纹胶。

其中，将第一荷重传感器还可以更换为1000n或10000n量程的同类型元件，将第二荷重传感器可以更换为5000n或30000n量程的同类型传感器，以测试软弱或坚硬岩土地基的静力触探特性。

另外，端部贯入构件还可以为带螺纹孔的t型全流构件或球型全流构件，以模拟不同类型的贯入试验。

作为举例而非限定，可以在本实施例中将端部贯入构件1的材质设置为304不锈钢，中圆锥的底面直径10mm，圆锥角设置为60°，圆柱高度设置为2mm，圆锥的底面螺纹孔的规格设置为m5，孔深5mm。

作为举例而非限定，可以在本实施例中将端部水下微型荷重传感器2的量程设置为5000n，圆柱主体直径设置为10mm，高度10mm，所述带螺纹圆柱的规格为m5，长度为5mm。

作为举例而非限定，可以在本实施例中将中空金属套筒3的材质设置为604不锈钢，长度400mm，外径10mm，内径5mm，两端螺纹的规格均为m5，螺牙长度均为7mm。

作为举例而非限定，可以在本实施例中将中空金属套筒3上的穿线孔直径设置为2mm，位于距离中空金属套管顶端10mm处。

作为举例而非限定，可以在本实施例中将连接件4的材质设置为304不锈钢，两端螺纹规格m5，长度均为5mm，中部圆柱的高度为10mm，直径10mm。

作为举例而非限定，可以在本实施例中将尾部s型荷重传感器5两端的螺纹规格设置为m5，长度均为5mm，量程15000n。

作为举例而非限定，可以在本实施例中在岩土地基模型内埋设孔隙水压力传感器和土压力传感器，以监测探杆贯入过程中超孔隙水压力和土压力的变化。