專利名稱：貫入式土層原位彈性波測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于巖土工程勘查技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種貫入式土層原位彈 性波測(cè)試裝置。
技術(shù)背景土層的彈性波速?gòu)V泛應(yīng)用于場(chǎng)地土分類、地震區(qū)劃中地基土分類、建 筑抗震地基設(shè)計(jì)及震動(dòng)分析，因此在工程建設(shè)中，場(chǎng)地或地基土層的彈性 波速測(cè)試是一項(xiàng)很重要的基礎(chǔ)性工作。目前原位測(cè)試土層彈性波速主要包 括檢層法和跨孔法兩種方法。其中檢層法需要首先在土層中鉆孔，然后將 檢波器置于待測(cè)土層的深度，之后在地面上采用叩板法激振或孔內(nèi)激振， 從而測(cè)得檢波器以上土層的平均彈性波速?？缈追ㄐ枰谕翆渝瑫r(shí)平行 鉆兩個(gè)孔， 一孔作為振源孔而放置振源，另一孔作為測(cè)試孔而放置檢波器， 從而測(cè)得振源與檢波器之間土層的彈性波速。這兩種方法均為目前《巖土工程勘查規(guī)范》(GB50021-2001)中所規(guī)定的測(cè)試方法。但是，以上兩種方法存在下列問(wèn)題首先測(cè)試前需要在土層中鉆孔， 因此費(fèi)用高、測(cè)試速度慢；此外，需要借助氣囊或水囊的壓力才能使檢波 器上的探頭與孔壁相接觸，因此操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力且耦合效果較差；另外，受 檢波器分辨率的限制，測(cè)試間距不可能很小，例如檢層法測(cè)試點(diǎn)豎向間距 最小為1m，因此僅能測(cè)試某厚度范圍內(nèi)的土層平均波速，所以僅具有統(tǒng)計(jì) 平均的意義，不可能做到連續(xù)、精確測(cè)試。 發(fā)明內(nèi)容為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種測(cè)試過(guò)程中不需要鉆 孔、測(cè)試速度快、耦合效果好，并且可以實(shí)現(xiàn)土層彈性波速連續(xù)、精確測(cè) 試的貫入式土層原位彈性波測(cè)試裝置。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的貫入式土層原位彈性波測(cè)試裝置包 括連接桿、彈性波阻尼塊、兩個(gè)輻射體、兩個(gè)外殼、兩個(gè)壓電陶瓷環(huán)狀振子、錐狀貫入頭、探頭連接部和兩根信號(hào)線；其中連接桿的中心部位形成有 一個(gè)用于引出信號(hào)線的中心孔；彈性波阻尼塊呈筒狀，并且套在連接桿的 外部圓周中間部位；兩個(gè)輻射體均呈環(huán)狀，并且分別緊貼在彈性波阻尼塊的兩端面而套在連接桿的外部圓周上；兩個(gè)外殼的一端分別連接在兩個(gè)輻 射體的外端面邊緣部位；兩個(gè)壓電陶瓷環(huán)狀振子分別緊貼在兩個(gè)輻射體的 外端面而套在連接桿的外部圓周上，并且位于外殼的內(nèi)部空間中；錐狀貫 入頭上與錐尖相對(duì)的內(nèi)端面中心部位凹陷形成有一個(gè)用于插入連接桿一端 的螺栓孔，而邊緣部位則與一個(gè)外殼的外端相連；探頭連接部呈圓柱體形， 其內(nèi)端面中心部位凹陷形成有一個(gè)用于插入連接桿另一端的螺栓孔，并且 探頭連接部的中心部位貫通形成有一個(gè)與螺栓孔相連通的用于引出信號(hào)線 的引線孔，而該端面的邊緣部位則與另一個(gè)外殼的外端相接；每個(gè)壓電陶 瓷環(huán)狀振子的兩端面上分別鍍有電極，兩個(gè)電極分別連接同一根信號(hào)線的 芯線與屏蔽層，而信號(hào)線的另一端則依次通過(guò)連接桿的中心孔以及探頭連 接部上的引線孔引至外部而與信號(hào)接收裝置相連。所述的錐狀貫入頭上的內(nèi)端面與其相近的壓電陶瓷環(huán)狀振子相隔間距 設(shè)置，由此形成密封腔，從而為壓電陶瓷環(huán)狀振子提供防潮、絕緣環(huán)境。所述的探頭連接部上的內(nèi)端面與其相近的壓電陶瓷環(huán)狀振子相隔間距 設(shè)置，由此形成密封腔，從而為壓電陶瓷環(huán)狀振子提供防潮、絕緣環(huán)境。所述的彈性波阻尼塊、輻射體、外殼、錐狀貫入頭和探頭連接部的外 部直徑相同。所述的連接桿的外圓周面上還套有絕緣管。本發(fā)明提供的貫入式土層原位彈性波測(cè)試裝置可以省去已有技術(shù)的鉆 孔步驟，因此能夠大大降低測(cè)試費(fèi)用。同時(shí)，本裝置中設(shè)有兩個(gè)相隔距離 較近的壓電陶瓷環(huán)狀振子，采用比原位激振高至少兩個(gè)數(shù)量級(jí)的測(cè)試頻率， 能夠大大提高地基勘査時(shí)土層彈性波速測(cè)試的精度及速度，因此能夠獲得 連續(xù)的土層彈性波速隨深度變化規(guī)律。此外該裝置可以同時(shí)測(cè)試橫波與縱 波波速并可以與靜力觸探結(jié)合起來(lái)，因此便于多種土性指標(biāo)的平行測(cè)試與 相互比較。


圖1為本發(fā)明提供的貫入式土層原位彈性波測(cè)試裝置縱向結(jié)構(gòu)剖視圖。
具體實(shí)施方式
卩面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的貫入式土層原位彈性波測(cè) 試裝置進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明提供的貫入式土層原位彈性波測(cè)試裝置包括連接桿5、彈性波阻尼塊3、兩個(gè)輻射體2、兩個(gè)外殼4、兩個(gè)壓電陶瓷環(huán)狀寸辰 子1、錐狀貫入頭7、探頭連接部8和兩根信號(hào)線9;其中連接桿5的中心部 位形成有一個(gè)用于引出信號(hào)線9的中心孔10;彈性波阻尼塊3呈筒狀，并 且套在連接桿5的外部圓周中間部位；兩個(gè)輻射體2均呈環(huán)狀，并且分別 緊貼在彈性波阻尼塊3的兩端面而套在連接桿5的外部圓周上；兩個(gè)外殼4 的一端分別連接在兩個(gè)輻射體2的外端面邊緣部位；兩個(gè)壓電陶瓷環(huán)狀振 子1分別緊貼在兩個(gè)輻射體2的外端面而套在連接桿5的外部圓周上，并 且位于外殼4的內(nèi)部空間中；錐狀貫入頭7上與錐尖相對(duì)的內(nèi)端面中心部 位凹陷形成有一個(gè)用于插入連接桿5 —端的螺栓孔11，而邊緣部位則與一 個(gè)外殼4的外端相連；探頭連接部8呈圓柱體形，其內(nèi)端面中心部位凹陷 形成有一個(gè)用于插入連接桿5另一端的螺栓孔12，并且探頭連接部8的中 心部位貫通形成有一個(gè)與螺栓孔12相連通的用于引出信號(hào)線9的引線孔 13，而該端面的邊緣部位則與另一個(gè)外殼4的外端相接；每個(gè)壓電陶瓷環(huán) 狀振子1的兩端面上分別鍍有電極，兩個(gè)電極分別連接同一根it號(hào)線9的 芯線與屏蔽層，而信號(hào)線9的另一端則依次通過(guò)連接桿5的中心孔10以及 探頭連接部8上的引線孔13引至外部而與信號(hào)接收裝置相連。所述的錐狀貫入頭7上的內(nèi)端面與其相近的壓電陶瓷環(huán)狀振子1相隔 間距設(shè)置，由此形成密封腔6，從而為壓電陶瓷環(huán)狀振子l提供防潮、絕緣 環(huán)境。所述的探頭連接部8上的內(nèi)端面與其相近的壓電陶瓷環(huán)狀振子1相隔 間距設(shè)置，由此形成密封腔14，從而為壓電陶瓷環(huán)狀振子1提供防潮、絕 緣環(huán)境。所述的彈性波阻尼塊3、輻射體2、外殼4、錐狀貫入頭7和探頭連接 部8的外部直徑相同。所述的連接桿5的外圓周面上還套有絕緣管。組裝本發(fā)明提供的貫入式土層原位彈性波測(cè)試裝置時(shí)，首先在每個(gè)壓 電陶瓷環(huán)狀振子l的兩端面上焊接上電極，同時(shí)引出信號(hào)線9，然后將兩個(gè) 壓電陶瓷環(huán)狀振子1分別粘貼在兩個(gè)由鋁合金或有機(jī)玻璃制成的輻射體2 上。之后將信號(hào)線9通過(guò)連接桿5上的中心孔10穿出，在連接桿5的外圓6周面上套上絕緣管，然后將由特種橡膠材料制成的筒狀彈性波阻尼塊3套在連接桿5的外部圓周中間部位，之后在連接桿5兩端分別套入兩個(gè)輻射 體2及兩個(gè)壓電陶瓷環(huán)狀振子1。然后將兩個(gè)由不銹鋼材料制成的外殼4的 一端分別連接在兩個(gè)輻射體2的外端面邊緣部位，最后將從連接桿5上中 心孔10穿出的兩根信號(hào)線9從探頭連接部8上的引線孔13引至外部而與 信號(hào)接收裝置相連，再將錐狀貫入頭7與探頭連接部8分別連接在連接桿5 兩端即可完成整個(gè)組裝過(guò)程。當(dāng)需要利用本發(fā)明提供的貫入式土層原位彈性波測(cè)試裝置進(jìn)行土層的 彈性波速測(cè)試時(shí)，首先根據(jù)待測(cè)土層的深度在探頭連接部8上連接好一根 或多根探桿，然后使錐狀貫入頭7上的錐尖朝下，之后利用外力將整個(gè)貫 入式土層原位彈性波測(cè)試裝置貫入土層中，直至達(dá)到所需的深度。然后通 過(guò)信號(hào)線9給一個(gè)壓電陶瓷環(huán)狀振子1施加一脈沖電壓，以使壓電陶瓷環(huán) 狀振子1發(fā)生厚度或扭剪振動(dòng)。此振動(dòng)能量將以彈性波的形式向與之相連 的輻射體2中傳播，彈性波阻尼塊3能夠阻止此彈性波的傳播。由于輻射 體2與周圍土層能夠緊密接觸，因此彈性波只能進(jìn)入周圍土層。另外，由 于壓電陶瓷環(huán)狀振子1與土層聯(lián)系的唯一部件為輻射體2，因此進(jìn)入土層的 彈性波只能經(jīng)過(guò)最短路徑通過(guò)另一輻射體2被另一壓電陶瓷環(huán)狀振子1接 收。該壓電陶瓷環(huán)狀振子1接收到此振動(dòng)信號(hào)后又將之轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，此 電信號(hào)再通過(guò)信號(hào)線9傳至信號(hào)接收裝置。假設(shè)從脈沖電壓的發(fā)出到接收 到脈動(dòng)電信號(hào)這段時(shí)間為A"兩個(gè)輻射體2之間的凈距離為/.，則土層的彈性波速為丄/"。
權(quán)利要求
1、一種貫入式土層原位彈性波測(cè)試裝置，其特征在于所述的貫入式土層原位彈性波測(cè)試裝置包括連接桿(5)、彈性波阻尼塊(3)、兩個(gè)輻射體(2)、兩個(gè)外殼(4)、兩個(gè)壓電陶瓷環(huán)狀振子(1)、錐狀貫入頭(7)、探頭連接部(8)和兩根信號(hào)線(9)；其中連接桿(5)的中心部位形成有一個(gè)用于引出信號(hào)線(9)的中心孔(10)；彈性波阻尼塊(3)呈筒狀，并且套在連接桿(5)的外部圓周中間部位；兩個(gè)輻射體(2)均呈環(huán)狀，并且分別緊貼在彈性波阻尼塊(3)的兩端面而套在連接桿(5)的外部圓周上；兩個(gè)外殼(4)的一端分別連接在兩個(gè)輻射體(2)的外端面邊緣部位；兩個(gè)壓電陶瓷環(huán)狀振子(1)分別緊貼在兩個(gè)輻射體(2)的外端面而套在連接桿(5)的外部圓周上，并且位于外殼(4)的內(nèi)部空間中；錐狀貫入頭(7)上與錐尖相對(duì)的內(nèi)端面中心部位凹陷形成有一個(gè)用于插入連接桿(5)一端的螺栓孔(11)，而邊緣部位則與一個(gè)外殼(4)的外端相連；探頭連接部(8)呈圓柱體形，其內(nèi)端面中心部位凹陷形成有一個(gè)用于插入連接桿(5)另一端的螺栓孔(12)，并且探頭連接部(8)的中心部位貫通形成有一個(gè)與螺栓孔(12)相連通的用于引出信號(hào)線(9)的引線孔(13)，而該端面的邊緣部位則與另一個(gè)外殼(4)的外端相接；每個(gè)壓電陶瓷環(huán)狀振子(1)的兩端面上分別鍍有電極，兩個(gè)電極分別連接同一根信號(hào)線(9)的芯線與屏蔽層，而信號(hào)線(9)的另一端則依次通過(guò)連接桿(5)的中心孔(10)以及探頭連接部(8)上的引線孔(13)引至外部而與信號(hào)接收裝置相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的貫入式土層原位彈性波測(cè)試裝置，其特征在 于所述的錐狀貫入頭(7)上的內(nèi)端面與其相近的壓電陶瓷環(huán)狀振子O) 相隔間距設(shè)置，由此形成密封腔(6)，從而為壓電陶瓷環(huán)狀振子(1)提 供防潮、絕緣環(huán)境。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的貫入式土層原位彈性波測(cè)試裝置，其特征在 于所述的探頭連接部(8)上的內(nèi)端面與其相近的壓電陶瓷環(huán)狀振子(1) 相隔間距設(shè)置，由此形成密封腔(14)，從而為壓電陶瓷環(huán)狀振子(1)提 供防潮、絕緣環(huán)境。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的貫入式土層原位彈性波測(cè)試裝置，其特征在于所述的彈性波阻尼塊(3)、輻射體(2)、外殼(4)、錐狀貫入頭(7)和探頭連接部(8)的外部直徑相同。
5、根據(jù)權(quán)利要求l所述的貫入式土層原位彈性波測(cè)試裝置，其特征在于所述的連接桿(5)的外圓周面上還套有絕緣管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種貫入式土層原位彈性波測(cè)試裝置。其包括連接桿、彈性波阻尼塊、兩個(gè)輻射體、兩個(gè)外殼、兩個(gè)壓電陶瓷環(huán)狀振子、錐狀貫入頭、探頭連接部和兩根信號(hào)線。本發(fā)明提供的貫入式土層原位彈性波測(cè)試裝置可以省去已有技術(shù)的鉆孔步驟，因此能夠大大降低測(cè)試費(fèi)用。同時(shí)，本裝置中設(shè)有兩個(gè)相隔距離較近的壓電陶瓷環(huán)狀振子，采用比原位激振高至少兩個(gè)數(shù)量級(jí)的測(cè)試頻率，能夠大大提高地基勘查時(shí)土層彈性波速測(cè)試的精度及速度，因此能夠獲得連續(xù)的土層彈性波速隨深度變化規(guī)律。此外該裝置可以同時(shí)測(cè)試橫波與縱波波速并可以與靜力觸探結(jié)合起來(lái)，因此便于多種土性指標(biāo)的平行測(cè)試與相互比較。
文檔編號(hào)G01H5/00GK101520340SQ20091006826
公開日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2009年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月27日
發(fā)明者程國(guó)勇 申請(qǐng)人:中國(guó)民航大學(xué)