專利名稱：電阻率靜力觸探探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電阻率靜力觸探探頭，屬于巖土工程領(lǐng)域中一種能夠連續(xù)地分析 測試土層原位電阻率的靜力觸探裝置。
背景技術(shù)：
靜力觸探技術(shù)是指利用壓力裝置將帶有觸探頭的觸探桿壓入試驗(yàn)土層，通過量測 系統(tǒng)測試土的錐尖阻力、側(cè)壁摩阻力等，可確定土的某些基本物理力學(xué)特性，如土的變形模 量、土的容許承載力等。靜力觸探技術(shù)至今已有80多年的歷史。國際上廣泛應(yīng)用靜力觸探， 部分或全部代替了工程勘察中的鉆探和取樣。我國于1965年首先研制成功電測式靜力觸 探并應(yīng)用于勘察。近幾年隨著傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，出現(xiàn)了很多新的靜力觸探技術(shù)，這些 技術(shù)能夠快速、準(zhǔn)確地獲得土層的孔隙水壓力、地震波、污染物性狀、溫度、甚至影像。國外 已將之大量應(yīng)用于環(huán)境巖土工程領(lǐng)域。我國在新型靜力觸探傳感器的研究起步比較晚，目 前國內(nèi)廣泛使用的單雙橋靜力觸探僅能夠測試的貫入阻力或比貫入阻力，側(cè)壁摩阻力，可 確定的土層基本物理力學(xué)特性非常有限。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對國內(nèi)現(xiàn)有單雙橋靜探技術(shù)存在的缺 陷，提出一種用于地基處理效果檢測的電阻率靜力觸探探頭。技術(shù)方案本發(fā)明的電阻率靜力觸探探頭上半段的外周包有兩個環(huán)形電極，在環(huán) 形電極的上下兩側(cè)為絕緣層；在該探頭下半段設(shè)有三分量地震檢波器，在三分量地震檢波 器的下部設(shè)有測斜儀，摩擦筒位于測斜儀的下方，在摩擦筒的中部設(shè)有孔隙水壓力傳感器， 在摩擦筒的下方連接有探頭，孔壓過濾環(huán)位于摩擦筒與探頭的連接處。探頭的錐角為60°，錐底截面積為10cm2，摩擦筒表面積150cm2?？讐哼^濾環(huán)厚度5mm，位于錐肩位置，探頭的有效面積比為0. 8。本發(fā)明的電阻率靜力觸探探頭，其電阻率測試部分主要由兩個銅質(zhì)環(huán)形電極以及 內(nèi)部的電路系統(tǒng)等所組成。銅電極之間用絕緣塑料隔離開來，形成0形環(huán)狀密封系統(tǒng)。通 過其內(nèi)部的電路系統(tǒng)與兩個電極同步、連續(xù)地測量內(nèi)部兩電極間的電壓變化，并計(jì)算電極 周圍土體的電阻率大小。有益效果因?yàn)殡娮杪熟o力觸探探頭所測土原位電阻率是土的基本參數(shù)之一，與 土的結(jié)構(gòu)、孔隙比、含水量及組成等密切相關(guān)，其變化可有效反映土體基本特性參數(shù)的變 化。因此可以通過對比地基加固前后電阻率的不同來進(jìn)行地基處理效果的評價(jià)，該項(xiàng)技術(shù) 具有連續(xù)性、可靠性和可重復(fù)性的特點(diǎn)。假設(shè)地基處理前后，土性參數(shù)a和膠結(jié)系數(shù)m保持不變，根據(jù)Archie模型定義地 基處理前后孔隙率比n' /n為(式中表示地基處理后的值)<formula>formula see original document page 3</formula>式中，n'為地基處理后土的孔隙率；n為地基處理前土的孔隙率。
用在電阻率靜力觸探現(xiàn)場測試中，地下水電阻率測試和假設(shè)的m值可以用來評價(jià) 地基處理前后土的孔隙率比。例如地基處理后砂土的孔隙率減小了，地基變得密實(shí)了。在探 頭貫入過程中擾動影響大的區(qū)域，體積應(yīng)變的大小和分布隨著密實(shí)度和應(yīng)力水平而改變， 實(shí)測證明兩者在地基處理后均得到了提高。在另外一個振動置換場地加固前后電阻率的改 變已得到了證實(shí)。


圖1是本發(fā)明的測量原理圖；其中有絕緣塑料1，環(huán)形電極2，三分量地震檢波器3，測斜儀4，摩擦筒5，孔隙水 壓力傳感器6，探頭7，孔壓過濾環(huán)8。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的電阻率靜力觸探探頭上半段的外周包有兩個環(huán)形電極2，在環(huán)形電極2 的兩側(cè)為絕緣層1 ；在該探頭下半段設(shè)有三分量地震檢波器3，在三分量地震檢波器3的下 部設(shè)有測斜儀4，摩擦筒5位于測斜儀4的下方，在摩擦筒5的中部設(shè)有孔隙水壓力傳感器 6，在摩擦筒5的下方連接有探頭7，孔壓過濾環(huán)8位于摩擦筒5與探頭7的連接處。探頭7 的錐角為60°，錐底截面積為10cm2。該探頭集成了常規(guī)靜力觸探的功能(可測端阻、摩阻、傾斜和孔壓)及土電阻率測 試功能。土的電阻率是表征土體導(dǎo)電性的基本參數(shù)，是土的固有物性參數(shù)之一，取決于土的 孔隙率、孔隙形狀、孔隙液電阻率、飽和度、固體顆粒成分、形狀、定向性、膠結(jié)狀態(tài)等。土電 阻率及其相關(guān)指標(biāo)的變化規(guī)律反映土體的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的變化規(guī)律。因此，基于電阻 率靜力觸探技術(shù)可用于地基處理效果的評估。電阻率靜力觸探探頭設(shè)備的核心部分為電阻 率傳感器，探頭采用四電極排列方式，以消除氣體發(fā)生和電鍍可能造成的誤差。探頭有一特 制的電伺服系統(tǒng)，使用自動修正技術(shù)確保在0 lOOOOms/s范圍內(nèi)的測試精度。探頭規(guī)格 符合國際標(biāo)準(zhǔn)錐角60°，錐底截面積為10cm2，側(cè)壁摩擦筒面積150cm2。三分量地震檢波器3 型號為m317259，固有頻率100HZ/60HZ，靈敏度104mV/kine， 阻抗215Q。陀螺測斜儀4:頂角測量范圍0° 15° ；精度士0.1° ；頂角分辨率0. 01° ；如圖1所示為測量的原理圖。由于探桿周圍土中電場的復(fù)雜性，且邊界條件難于 控制，使得由探頭所測得的土電學(xué)特征很復(fù)雜。通過歐姆定律得出了觸探試驗(yàn)的理論方程， 土電阻率是通過測試恒定電流下兩電極間的電壓降A(chǔ)V，并根據(jù)歐姆定律計(jì)算出土電阻R
的大小而得出的。試樣的豎向電阻率P可表示為
<formula>formula see original document page 4</formula>式中，S為電極面積(m2)，L為電極間距(m)，I為電流強(qiáng)度(A)。由于邊界條件的復(fù)雜性，使得探頭所得的土的電學(xué)特征很復(fù)雜。通過歐姆定律得 出了觸探試驗(yàn)的理論方程<formula>formula see original document page 4</formula>式中，<formula>formula see original document page 4</formula>，P 為土的電阻率，AV 為電壓差，I為電流。
權(quán)利要求
一種電阻率靜力觸探探頭，其特征在于在該探頭上半段的外周包有兩個環(huán)形電極(2)，在環(huán)形電極(2)的上下兩側(cè)為絕緣層(1)；在該探頭下半段設(shè)有三分量地震檢波器(3)，在三分量地震檢波器(3)的下部設(shè)有測斜儀(4)，摩擦筒(5)位于測斜儀(4)的下方，在摩擦筒(5)的中部設(shè)有孔隙水壓力傳感器(6)，在摩擦筒(5)的下方連接有探頭(7)，孔壓過濾環(huán)(8)位于摩擦筒(5)與探頭(7)的連接處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻率靜力觸探探頭，其特征在于探頭(7)的錐角為60°， 錐底截面積為10cm2，摩擦筒表面積150cm2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電阻率靜力觸探探頭，其特征在于孔壓過濾環(huán)(8)厚度5mm， 位于錐肩位置，探頭的有效面積比為0. 8。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種電阻率靜力觸探探頭，在該探頭上半段的外周包有兩個環(huán)形電極(2)，在環(huán)形電極(2)的兩側(cè)為絕緣層(1)；在該探頭下半段設(shè)有三分量地震檢波器(3)，在三分量地震檢波器(3)的下部設(shè)有測斜儀(4)，摩擦筒(5)位于測斜儀(4)的下方，在摩擦筒(5)的中部設(shè)有孔隙水壓力傳感器(6)，在摩擦筒(5)的下方連接有探頭(7)，孔壓過濾環(huán)(8)位于摩擦筒(5)與探頭(7)的連接處。采用該探頭，具有原位、快速、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，為土木工程地基處理實(shí)踐提供有力的檢測工具。
文檔編號G01N27/04GK101799442SQ20101014500
公開日2010年8月11日 申請日期2010年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月12日
發(fā)明者劉松玉, 童立元, 蔡國軍 申請人:東南大學(xué)