用于海底淺層土體的自落式孔壓動(dòng)力觸探裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種用于海底淺層土體勘察的自落式孔壓動(dòng)力觸探裝置，該自落式孔壓動(dòng)力觸探裝置包括從上至下順序設(shè)置的第三落錘(16.3)、第二落錘(16.2)、第一落錘(16.1)、穩(wěn)定尾翼(15)、探桿；在探桿下筒體(18)外設(shè)有側(cè)壁摩擦套筒(7)，在側(cè)壁摩擦套筒(7)的內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有摩擦套管傳感器(5)，在探桿下筒體(18)中間設(shè)有孔隙水壓力傳感器(4)、錐尖壓力傳感器(6)、溫度補(bǔ)償傳感器(8)及測(cè)斜傳感器(9)；在探桿上筒體(17)中間設(shè)有孔隙水壓力傳感器(12)和加速度傳感器(13)，探桿尾部即探桿上筒體(17)的上部與穩(wěn)定尾翼(15)相連，該自落式孔壓動(dòng)力觸探設(shè)備適用于各種深度的海底淺層原位動(dòng)力測(cè)試，可原位測(cè)試各種土層的參數(shù)，具有快速、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)。
【專利說明】用于海底淺層土體的自落式孔壓動(dòng)力觸探裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種海底淺層土體勘察的自落式孔壓動(dòng)力觸探設(shè)備，屬于海洋巖土工程原位測(cè)試領(lǐng)域中一種動(dòng)力觸探設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]海底土體的工程性質(zhì)如不排水抗剪強(qiáng)度、壓縮指數(shù)和滲透系數(shù)等受到許多因素影響，如海底土體的顆粒級(jí)配，重度、有效應(yīng)力歷史及原位土體的孔隙水壓力等因素。海底土體的這些工程性質(zhì)通常與土體的原位應(yīng)力歷史及孔隙水壓力有關(guān)，在常規(guī)海洋勘察過程中，由于應(yīng)力擾動(dòng)，常規(guī)鉆孔取樣很難獲得海底土體的孔隙水壓力及土體的原位應(yīng)力歷史，所測(cè)的海底土體的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)往往不能代表土層的原始狀態(tài)指標(biāo)，大大降低了土體參數(shù)的工程應(yīng)用價(jià)值。
[0003]本發(fā)明提出了一種適用于各種深度的海底淺層土體原位孔壓動(dòng)力觸探裝置，可準(zhǔn)確獲得海底淺層土體的原位測(cè)試參數(shù)，也可以測(cè)得土體擾動(dòng)后的土體參數(shù)，可全面準(zhǔn)確了解海底淺層土體工程性質(zhì)，有效縮短海底土體工程地質(zhì)勘查評(píng)價(jià)周期，降低海洋工程勘察成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題:本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對(duì)目前國內(nèi)尚無快速評(píng)價(jià)海底淺層土體力學(xué)性質(zhì)原位測(cè)試的海洋勘察設(shè)備，開發(fā)了一種適用于各種深度的海底淺層土體的自落式原位孔壓動(dòng)力觸探裝置。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明的一種用于海底淺層土體的自落式孔壓動(dòng)力觸探裝置包括從上至下順序設(shè)置的第三落錘、第二落錘、第一落錘、穩(wěn)定尾翼、探桿；所述的探桿包括從上至下順序設(shè)置的探桿上筒體、中部擴(kuò)孔器、探桿下筒體，在所述探桿的最下端設(shè)有錐尖，在錐尖與探桿下筒體之間設(shè)有第一孔壓過濾環(huán)，在探桿上筒體與中部擴(kuò)孔器之間設(shè)有第二孔壓過濾環(huán)，在探桿下筒體外設(shè)有側(cè)壁摩擦套筒，在側(cè)壁摩擦套筒的上下兩端設(shè)有第一密封圈和第二密封圈，在側(cè)壁摩擦套筒的內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有摩擦套管傳感器，在探桿下筒體中間設(shè)有孔隙水壓力傳感器、錐尖壓力傳感器、溫度補(bǔ)償傳感器及測(cè)斜傳感器；在探桿上筒體中間設(shè)有孔隙水壓力傳感器和加速度傳感器，探桿尾部即探桿上筒體的上部與穩(wěn)定尾翼相連，穩(wěn)定尾翼與帶有自動(dòng)激發(fā)墜落裝置的第一落錘、第二落錘、第三落錘相連，整個(gè)動(dòng)力觸探設(shè)備由同軸電纜與上部相連傳輸信號(hào)。
[0006]所述的第三落錘、第二落錘、第一落錘相同，其外徑小于擴(kuò)孔器的外徑。
[0007]有益效果:本發(fā)明解決了國內(nèi)尚無適用于各種深度的海洋原位孔壓動(dòng)力觸探裝置，能夠快速準(zhǔn)確的獲得不同深度的海底淺層土體原位測(cè)試參數(shù)，受天氣和海洋波浪影響較小，可有效縮短深淺層土體?？辈熘芷冢档涂辈斐杀?。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明的總體裝置示意圖；
[0009]其中有:錐尖1、第一孔壓過濾環(huán)2、第一密封圈3.1、第二密封圈3.2、第一孔隙水壓力傳感器4、摩擦套管傳感器5、錐尖壓力傳感器6、側(cè)壁摩擦套筒7、測(cè)斜傳感器8、溫度補(bǔ)償傳感器9、中部擴(kuò)孔器10、第二孔壓過濾環(huán)11、第二孔隙水壓力傳感器12、加速度傳感器13、同軸電纜14，穩(wěn)定尾翼15、帶有自動(dòng)激發(fā)墜落裝置的第一落錘16.1、第二落錘16.2、第三落錘16.3、探桿上筒體17、探桿下筒體18。

【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0011]本發(fā)明的自落式孔壓動(dòng)力觸探裝置包括從上至下順序設(shè)置的第三落錘(16.3)、第二落錘16.2、第一落錘16.1、穩(wěn)定尾翼15、探桿；所述的探桿包括從上至下順序設(shè)置的探桿上筒體17、中部擴(kuò)孔器10、探桿下筒體18，在所述探桿的最下端設(shè)有錐尖1，在錐尖I與探桿下筒體18之間設(shè)有第一孔壓過濾環(huán)2，在探桿上筒體17與中部擴(kuò)孔器10之間設(shè)有第二孔壓過濾環(huán)11，在探桿下筒體18外設(shè)有側(cè)壁摩擦套筒7，在側(cè)壁摩擦套筒7的上下兩端設(shè)有第一密封圈3.1和第二密封圈3.2，在側(cè)壁摩擦套筒7的內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有摩擦套管傳感器5，在探桿下筒體18中間設(shè)有孔隙水壓力傳感器4、錐尖壓力傳感器6、溫度補(bǔ)償傳感器8及測(cè)斜傳感器9 ;在探桿上筒體17中間設(shè)有孔隙水壓力傳感器12和加速度傳感器13，探桿尾部即探桿上筒體17的上部與穩(wěn)定尾翼15相連，穩(wěn)定尾翼15與帶有自動(dòng)激發(fā)墜落裝置的第一落錘16.1、第二落錘16.2、第三落錘16.3相連，整個(gè)動(dòng)力觸探設(shè)備由同軸電纜14與上部相連傳輸信號(hào)。
[0012]所述的兩個(gè)孔壓過濾環(huán)厚度為5mm。
[0013]所述的孔隙水壓力傳感器最大量程3MPa，分辨率lOOPa。
[0014]所述的加速度傳感器靈敏度50pc/g，沖擊極限5000g。
[0015]所述的擴(kuò)孔器為圓柱臺(tái)體，錐角60° ,上部直徑72mm,下部直徑36mm。
[0016]所述的穩(wěn)定尾翼為十字板型,每一翼片高度50mm,寬度40mm。
[0017]所述的落錘每個(gè)質(zhì)量為1kg,落距為100mm,外徑60mm。
[0018]當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定勘察地點(diǎn)時(shí)，將自落式孔壓動(dòng)力觸探裝置整體浸沒在海水中，時(shí)間大于五分鐘，使第一孔壓過濾環(huán)2和第二孔壓過濾環(huán)11達(dá)到飽和狀態(tài)，固定好第一落錘16.1、第二落錘16.2、第三落錘16.3?？讐簞?dòng)力觸探裝置在鋼絲繩牽引下以2m/s的速度自由墜落至海底，在孔壓動(dòng)力觸探裝置貫入海底土體過程中，可測(cè)得錐尖I的阻力、第一孔壓過濾環(huán)2和第二孔壓過濾環(huán)11的孔隙水壓力、側(cè)壁摩擦套筒7的摩擦力、測(cè)斜傳感器8的傾斜度及加速度傳感器13的加速度；當(dāng)裝置停止貫入時(shí)，進(jìn)行孔壓消散試驗(yàn)，可分別測(cè)得第一孔壓過濾環(huán)2和第二孔壓過濾環(huán)11的孔壓消散時(shí)間T5tl ;孔壓消散試驗(yàn)結(jié)束后，激發(fā)第一落錘16.1自由下落，錘擊孔壓動(dòng)力觸探裝置繼續(xù)貫入，貫入過程中繼續(xù)記錄錐尖I的阻力、第一孔壓過濾環(huán)2和第二孔壓過濾環(huán)11的孔隙水壓力、側(cè)壁摩擦套筒7的摩擦力、測(cè)斜傳感器8的傾斜度及加速度傳感器13的加速度，當(dāng)裝置停止貫入時(shí)，可以測(cè)得土體的孔壓消散時(shí)間T5tl ;順序激發(fā)第二落錘16.2和第三落錘16.3重復(fù)上述步驟進(jìn)行孔壓動(dòng)力觸探試驗(yàn)。
[0019]在貫入過程中，由于穩(wěn)定尾翼15的存在，使得第一落錘16.1、第二落錘16.2、第三落錘16.3作用時(shí)保持孔壓動(dòng)力觸探裝置的穩(wěn)定。
[0020]其中，第一孔壓過濾環(huán)2測(cè)得的孔壓消散時(shí)間T5tl相當(dāng)于原位土體的消散數(shù)據(jù)。第二孔壓過濾環(huán)11測(cè)得的孔壓消散時(shí)間T5tl為中部擴(kuò)孔器10擴(kuò)孔擾動(dòng)后的消散數(shù)據(jù)。
[0021]對(duì)測(cè)斜傳感器8及加速度傳感器13測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算可獲得最終的貫入深度。錐尖I的阻力、第一孔壓過濾環(huán)2和第二孔壓過濾環(huán)11的孔隙水壓力、側(cè)壁摩擦套筒7的摩擦力及第一孔壓過濾環(huán)2和第二孔壓過濾環(huán)11的孔壓消散時(shí)間T5tl測(cè)試數(shù)據(jù)可以用來對(duì)海底土體進(jìn)行原位土體及擾動(dòng)后土體的工程特性評(píng)價(jià)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于海底淺層土體的自落式孔壓動(dòng)力觸探裝置，其特征在于該自落式孔壓動(dòng)力觸探裝置包括從上至下順序設(shè)置的第三落錘(16.3)、第二落錘(16.2)、第一落錘(16.1)、穩(wěn)定尾翼(15)、探桿；所述的探桿包括從上至下順序設(shè)置的探桿上筒體(17)、中部擴(kuò)孔器(10)、探桿下筒體(18)，在所述探桿的最下端設(shè)有錐尖(1)，在錐尖(I)與探桿下筒體(18)之間設(shè)有第一孔壓過濾環(huán)(2)，在探桿上筒體(17)與中部擴(kuò)孔器(10)之間設(shè)有第二孔壓過濾環(huán)(11)，在探桿下筒體(18)外設(shè)有側(cè)壁摩擦套筒(7)，在側(cè)壁摩擦套筒(7)的上下兩端設(shè)有第一密封圈(3.1)和第二密封圈(3.2)，在側(cè)壁摩擦套筒(7)的內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有摩擦套管傳感器(5)，在探桿下筒體(18)中間設(shè)有孔隙水壓力傳感器(4)、錐尖壓力傳感器￠)、溫度補(bǔ)償傳感器(8)及測(cè)斜傳感器(9);在探桿上筒體(17)中間設(shè)有孔隙水壓力傳感器(12)和加速度傳感器(13)，探桿尾部即探桿上筒體(17)的上部與穩(wěn)定尾翼(15)相連，穩(wěn)定尾翼(15)與帶有自動(dòng)激發(fā)墜落裝置的第一落錘(16.1)、第二落錘(16.2)、第三落錘(16.3)相連，整個(gè)動(dòng)力觸探設(shè)備由同軸電纜(14)與上部相連傳輸信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于海底淺層土體的自落式孔壓動(dòng)力觸探裝置，其特征在于所述的第三落錘(16.3)、第二落錘(16.2)、第一落錘(16.1)相同，其外徑小于擴(kuò)孔器(10)的外徑。
【文檔編號(hào)】E02D1/00GK104164860SQ201410396532
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月12日
【發(fā)明者】林軍, 蔡國軍, 耿功巧 申請(qǐng)人:東南大學(xué)