專利名稱：離心機機載三要素靜力觸探儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及巖土工程靜力觸探儀器，尤其是涉及一種離心機機載三要素靜力觸探儀。
背景技術(shù)：
近年來，靜力觸探受到很多巖土工作者的關(guān)注，其原理是利用機械靜壓力將帶有傳感器的探頭由中空探桿以規(guī)定的速率貫入地層，傳感器測試到的信息通過中空探桿傳輸?shù)降孛嬗涗浧魃?，目前，靜力觸探測試成果已在巖土工程中廣泛應(yīng)用，其中主要包括四個方面修正錐尖阻力，使錐尖阻力真正反映土的性質(zhì)；評價滲流，固結(jié)特性；區(qū)分排水、部分排水、不排水貫入方式，以滿足不同需要；提高土分層與土質(zhì)分類的可靠性。但是，上述成果均來自于靜力觸探原位試驗，而靜力觸探原位試驗存在的不確定因為很多，其數(shù)據(jù)的利用受到很大的限制，且很多情況下只能用于初步估算。另外，原位靜力觸探設(shè)備體積較大，運輸不方便，當(dāng)需要探入的深度較深或土層較硬時，設(shè)備能提供的反力較小。此外，由于場地條件限制，使得部分地區(qū)難以實施靜力觸探。諸如上述原因使得利用不來就受到限制的靜力靜力觸探儀數(shù)據(jù)十分有限，從而在很大程度上限制了靜力觸探技術(shù)在巖土工程中的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服背景技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種離心機機載三要素靜力觸探儀，結(jié)合離心機超重力條件下場地縮尺效應(yīng)，為靜力觸探技術(shù)的發(fā)展提供豐富、有效的數(shù)據(jù)。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
本發(fā)明的底座上面沿長度方向兩側(cè)分別設(shè)有滑軌，在兩條滑軌間的底座上沿長度方向設(shè)有水平傳動絲桿，水平傳動絲桿一側(cè)的帶輪與安裝在底座上的水平移動電機軸上的帶輪通過水平移動傳動帶連接，兩條滑軌和水平傳動絲桿上方設(shè)置安裝靜力觸探儀用的機身平臺，機身平臺側(cè)面通過螺母與水平傳動絲桿連接；機身平臺上安裝有測量移動距離的水平移動距離測量儀和垂直移動距離測量儀，其中水平移動距離測量儀的標(biāo)尺與固定在底座上的垂直桿連接；機身平臺四角上分別設(shè)有對稱分布的立柱，四根立柱上端安裝頂板，沿機身平臺寬度方向的兩根立柱中間對稱設(shè)有垂直移動傳動絲桿，兩根垂直傳動絲桿的一端穿過頂板，兩根垂直傳動絲桿與橫梁構(gòu)成螺旋副，兩根垂直傳動絲桿的另一端安裝在機身平臺， 位于頂板與機身平臺間的任意一對角的兩根立柱之間裝有探桿夾持板，橫梁與探桿夾持板中間通過矩形鋼絲圈滑動連接；探桿一端安裝在橫梁上，且探桿穿過探桿夾持板和機身平臺后與探頭連接；垂直移動距離測量儀的標(biāo)尺與固定在橫梁上的水平桿連接；頂板上安裝有垂直移動用電機和傳動軸，且垂直移動用電機一側(cè)的帶輪與固定在傳動軸上的帶輪通過垂直移動傳動帶連接，傳動軸的兩端分別通過蝸輪副與兩根垂直傳動絲桿連接。所述的探頭為拆卸式的能測量錐尖阻力q。、側(cè)摩阻力fs和孔壓U三要素的探頭；探頭錐角為60°、45°或30°。本發(fā)明具有的有益效果是
1、離心機機載三要素靜力觸探儀設(shè)計理念為超重力條件下使用，質(zhì)輕，強度高，操作簡便，結(jié)合離心機場地縮尺效應(yīng)，在室內(nèi)能夠模擬原位靜力觸探實驗，為豐富靜力觸探試驗數(shù)據(jù)提供有效手段及發(fā)展靜力觸探試驗理論提供基礎(chǔ)。2、離心機機載三要素靜力觸探儀能夠沿底座長度方向水平運動，Ig情況下其運行最大距離為500mm，運行速度為lOOmm/min，在50g超重力場條件下能夠?qū)ζ矫?5m范圍內(nèi)的土體進(jìn)行探測。3、離心機機載三要素靜力觸探儀的探桿能夠沿垂直方向運動，Ig下其運行最大距離為500mm，運行最大速度為120mm/min，在50g超重力場條件下能夠?qū)ι疃?5m范圍內(nèi)的土體進(jìn)行探測，探桿下端內(nèi)部設(shè)置有螺紋，探頭的安裝于拆卸方便，同時該探桿可連接不同類型的探頭。4、離心機機載三要素靜力觸探儀配備探頭內(nèi)部配置有錐尖阻力測量應(yīng)變片、側(cè)摩阻力應(yīng)變片和孔壓計，能夠測量錐尖阻力qc、側(cè)摩阻力fs和孔壓U三要素的觸探頭，其錐角有60°、45°和30°三種，同時，該儀器的觸探頭為可拆卸式的，并不僅限于上述幾種，可根據(jù)不同試驗的需求，運用相應(yīng)尺寸的觸探頭進(jìn)行試驗。5、離心機機載三要素靜力觸探儀的探桿夾持板能夠防止探桿在貫入過程中發(fā)生傾斜，能夠提高實驗數(shù)據(jù)精度；
6、離心機機載三要素靜力觸探儀固定在離心機吊籃上，能夠提供試驗需要的支反力。


圖1是本發(fā)明的俯視圖。圖2是本發(fā)明的正視圖。圖3是本發(fā)明的右視圖。圖中，1、底座，2、滑軌，3、水平傳動絲桿，4、水平移動電機，5、機身平臺，6、立柱，7、 垂直傳動絲桿，8、水平移動距離測量儀，9、垂直移動距離測量儀，10、垂直桿，11、頂板，12、 垂直移動電機，13、螺母，14，橫梁，15、水平桿，16、探桿，17、探桿夾持板，18、探頭，19、矩形鋼絲圈，20、水平移動傳動帶，21、垂直移動傳動帶。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。如圖1、圖2、圖3、所示，本發(fā)明的底座1下側(cè)翼緣在四個方向均留有固定螺栓孔， 底座1上面沿長度方向兩側(cè)分別設(shè)有滑軌2，在兩條滑軌間的底座1上沿長度方向設(shè)有水平傳動絲桿3，水平傳動絲桿3 —側(cè)的帶輪與安裝在底座1上的水平移動電機4軸上的帶輪通過水平移動傳動帶20連接，兩條滑軌2和水平傳動絲桿3上方設(shè)置安裝靜力觸探儀用的機身平臺5，機身平臺5側(cè)面通過螺母13與水平傳動絲桿3連接；機身平臺5上安裝有測量移動距離的水平移動距離測量儀8和垂直移動距離測量儀9，其中水平移動距離測量儀8的標(biāo)尺與固定在底座1上的垂直桿10連接；機身平臺5四角上分別設(shè)有對稱分布的立柱6，四根立柱上端安裝頂板11，沿機身平臺5寬度方向的兩根立柱中間對稱設(shè)有垂直移動傳動絲桿7，兩根垂直傳動絲桿7的一端穿過頂板11，兩根垂直傳動絲桿7與橫梁14構(gòu)成螺旋副，兩根垂直傳動絲桿7的另一端安裝在機身平臺5，位于頂板11與機身平臺5間的任意一對角的兩根立柱之間裝有探桿夾持板17，橫梁14與探桿夾持板17中間通過矩形鋼絲圈19滑動連接；探桿16 —端安裝在橫梁14上，且探桿16穿過探桿夾持板17和機身平臺5后與探頭 18連接；垂直移動距離測量儀9的標(biāo)尺與固定在橫梁上的水平桿連接；頂板11上安裝有垂直移動用電機12和傳動軸，且垂直移動用電機12 —側(cè)的帶輪與固定在傳動軸上的帶輪通過垂直移動傳動帶21連接，傳動軸的兩端分別通過蝸輪副與兩根垂直傳動絲桿7連接。所述的探桿16上端固定于橫梁14中心處，探桿16為外部直徑為Φ 12的中空直管，內(nèi)部設(shè)置有信號傳輸線，下端內(nèi)徑表面設(shè)置有螺紋。所述的探頭18外徑與探桿16相同，內(nèi)部配置有錐尖阻力測量應(yīng)變片、側(cè)摩阻力應(yīng)變片和孔壓計，能測量錐尖阻力q。、側(cè)摩阻力fs和孔壓u三要素的探頭；探頭18錐角為 60°、45° 或 30°。本發(fā)明的具體試驗步驟
1、如各圖所示，試驗前應(yīng)檢查離心機機載三要素靜力觸探儀各個裝置是否安裝好，檢查各個部件的性能是否符合試驗要求；
2、對觸探頭進(jìn)行飽和、標(biāo)定，試驗前必須取得標(biāo)定數(shù)值；
3、試驗制模，將制作好的模型至離心機相應(yīng)位置，然后再將離心機機載三要素靜力觸探儀安裝在相應(yīng)位置；
4、離心機機載三要素靜力觸探儀安裝好后將其信號傳輸系統(tǒng)連接好，確認(rèn)信號線路能準(zhǔn)確及時的傳輸試驗數(shù)據(jù)；
5、根據(jù)試驗條件對模型進(jìn)行相關(guān)試驗，記錄試驗數(shù)據(jù)，試驗過程中，靜力觸探儀的水平位置通過水平移動電機、水平傳動絲桿和水平移動距離測量儀控制，靜力觸探儀的貫入深度通過垂直移動電機、垂直移動絲桿和垂直移動距離測量儀控制，且貫入過程中，在探桿夾持板接觸機身平臺前，探桿夾持板與橫梁之間通過矩形鋼絲圈連接，當(dāng)探桿夾持板接觸機身平臺后，探桿夾持板停止運動，橫梁繼續(xù)下壓，此時矩形鋼絲圈與橫梁間產(chǎn)生相對滑移直至貫入深度達(dá)到要求或達(dá)到貫入極限；
6、貫入結(jié)束后通過垂直移動電機、垂直移動絲桿和垂直移動距離測量儀控制探桿提升，提升過程中，橫梁先上升，當(dāng)橫梁與探桿夾持板間距離達(dá)到矩形鋼絲圈限定的距離后， 鋼絲圈帶動探桿夾持板隨橫梁一起上升至探頭漏出模型土面或液面；
7、探桿拔出后立即拆卸探頭并清理探頭，將其妥善保管；
8、試驗數(shù)據(jù)提取與資料整理。試驗過程中應(yīng)注意以下幾點
1、應(yīng)對離心機機載三要素靜力觸探儀進(jìn)行定期檢查，檢查量測儀器的性能是否符合規(guī)定要求，如在規(guī)定期限內(nèi)出現(xiàn)故障，應(yīng)隨時檢查。2、觸探頭使用前必須取得標(biāo)定數(shù)值，當(dāng)出現(xiàn)異常時應(yīng)重新標(biāo)定。3、觸探頭的貫入阻力超過其額定荷載值的20%應(yīng)立即停止貫入。4、貫入過程中應(yīng)密切關(guān)注試驗信號，如有異常信號出現(xiàn)應(yīng)采取措施并做好記錄。5、試驗完成終止貫入后，應(yīng)及時拔起觸探桿或觸探頭，探頭拔出后應(yīng)立即清洗，妥善保管，不應(yīng)使觸探頭暴曬和受凍。
權(quán)利要求
1.一種離心機機載三要素靜力觸探儀，其特征在于底座(1)上面沿長度方向兩側(cè)分別設(shè)有滑軌，在兩條滑軌間的底座(1)上沿長度方向設(shè)有水平傳動絲桿(3)，水平傳動絲桿 (3)—側(cè)的帶輪與安裝在底座(1)上的水平移動電機(4)軸上的帶輪通過水平移動傳動帶 (20)連接，兩條滑軌和水平傳動絲桿(3)上方設(shè)置安裝靜力觸探儀用的機身平臺(5)，機身平臺(5)側(cè)面通過螺母(13)與水平傳動絲桿(3)連接；機身平臺(5)上安裝有測量移動距離的水平移動距離測量儀(8)和垂直移動距離測量儀(9)，其中水平移動距離測量儀(8)的標(biāo)尺與固定在底座(1)上的垂直桿(10)連接；機身平臺(5)四角上分別設(shè)有對稱分布的立柱， 四根立柱上端安裝頂板(11)，沿機身平臺(5)寬度方向的兩根立柱中間對稱設(shè)有垂直移動用傳動絲桿，兩根垂直傳動絲桿的一端穿過頂板(11 )，兩根垂直傳動絲桿與橫梁(14)構(gòu)成螺旋副，兩根垂直傳動絲桿的另一端安裝在機身平臺(5)，位于頂板(11)與機身平臺(5)間的任意一對角的兩根立柱之間裝有探桿夾持板(17)，橫梁(14)與探桿夾持板(17)中間通過矩形鋼絲圈(19)滑動連接；探桿(16) 一端安裝在橫梁(14)上，且探桿(16)穿過探桿夾持板(17)和機身平臺(5)后與探頭(18)連接；垂直移動距離測量儀(9)的標(biāo)尺與固定在橫梁上的水平桿連接；頂板(11)上安裝有垂直移動用電機(12 )和傳動軸，且垂直移動用電機 (12) —側(cè)的帶輪與固定在傳動軸上的帶輪通過垂直移動傳動帶(21)連接，傳動軸的兩端分別通過蝸輪副與兩根垂直傳動絲桿連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種離心機機載三要素靜力觸探儀，其特征在于所述的探頭(18)為拆卸式的能測量錐尖阻力(!。、側(cè)摩阻力fs和孔壓u三要素的探頭；探頭(18)錐角為 60°、45° 或 30°。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種離心機機載三要素靜力觸探儀。底座沿長度方向設(shè)有滑軌和水平傳動絲桿，水平傳動絲桿與水平移動電機連接，滑軌和水平傳動絲桿上設(shè)置機身平臺；機身平臺上安裝有水平、垂直移動距離測量儀；機身平臺上設(shè)有立柱和垂直移動傳動絲桿，立柱上端安裝頂板，兩根垂直傳動絲桿與橫梁構(gòu)成螺旋副后安裝在機身平臺，任意一對角的兩根立柱之間裝有探桿夾持板；探桿一端安裝在橫梁上后與探頭連接；頂板上安裝有垂直移動用電機和傳動軸，且電機一側(cè)的帶輪與固定在傳動軸上的帶輪通過傳動帶連接，傳動軸的兩端分別通過蝸輪副與兩根垂直傳動絲桿連接。本發(fā)明能運用于離心機超重力環(huán)境下測量模型土體的錐尖阻力、側(cè)壁摩阻力和孔隙水壓力。
文檔編號E02D1/00GK102493423SQ20111037334
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月22日
發(fā)明者凌道盛, 周燕國, 孔令剛, 朱斌, 梁甜, 陳云敏, 黃錦舒 申請人:浙江大學(xué)