巖土工程原位旋轉觸探的測試方法及其專用設備的製作方法
2023-09-21 04:31:55
專利名稱：巖土工程原位旋轉觸探的測試方法及其專用設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種巖土工程原位旋轉觸探測試方法及其專用設備。
背景技術：
公知的靜力觸探是把一定規格圓錐形的、內部裝有傳感器的探頭藉助機械勻速壓入土層中，是根據探頭阻力來測定工程地質特徵的一種測試方法。由於地層中各種土層的軟硬不同，探頭所受的阻力自然也不同，傳感器將這種反映大小不同貫入阻力的電信號通過線纜傳輸到地面記錄儀表記錄下來，再通過貫入阻力與土的工程地質特徵之間的定性關係和統計相關關係，實現土層剖面、提供地基承載力、選擇樁尖持力層和予估單樁承載力等工程地質數據的勘探目的。它具有測試連續、快速、精度高、再現性好、功能多，兼具勘探與測試雙重作用的特點。所以，靜力觸探試驗在工程地質勘探中得到了廣泛的應用。但是，對於較深的勘探深度例如50m以上以及較硬地層例如密實的砂土層，由於靜力觸探貫入力不夠、地錨反力不足、探杆強度不夠等原因使探頭難以貫入，因此，靜力觸探方法只能適用於40m以下淺層地質的測試。
隨著高層建築、地鐵、高速鐵路等項目的不斷建設，高層建築樁基、地鐵、高速鐵路橋基等要求勘探深度往往在60～80m甚至以上，靜力觸探方法顯然不能滿足工程地質測試的要求。
為禰補靜力觸探測試深度較淺的缺陷，現階段只能用大量的鑽探、取樣、室內試驗手段來替代。但由於替代手段存在目力判別、取樣不連續，土樣易擾動等實際問題，使得深層巖土工程測試精度難以保證。
因此如何解決觸探深度問題，是國內外工程地質測試的一個難題。
發明內容
本發明是為了解決靜力觸探測試方法不能滿足高層建築樁基、地鐵、高速鐵路橋基等勘探深度要求以及穿透性較差和當前採用替代手段所存在的深層巖土工程勘探精度難以保證的技術問題，而公開的一種巖土工程原位旋轉觸探的測試方法及其專用設備。
本發明的旋轉觸探測試方法由以下步驟組成1、旋轉觸探車就位，進行支腿、調平；2、設置泥漿坑，注入水或泥漿，旋轉觸探車泥漿泵和旋轉水龍頭由管路連通泥漿坑；3、在地面將地下測試杆件經其通訊接口連接於地上讀數儀，地上讀數儀完成程序規定內容，包括傳感器檢查、初始值設置和確認、時鐘設定，使地下測試杆件與地上讀數儀時鐘同步；4、地上讀數儀顯示地下測試杆件初始值正常穩定後，斷開地下測試杆件與地上讀數儀的連接，地上讀數儀與探頭深度記錄儀相接，並進入現場測試選項程序；5、將地下測試杆件的下接頭安裝鑽頭，上接頭連接於過水鑽杆；6、啟動泥漿泵將水或泥漿作為衝洗液，通過旋轉水龍頭、過水鑽杆、地下測試杆件和鑽頭出水口實現水循環；7、啟動旋轉觸探車的液壓作業系統，由具有旋轉和向下壓力作用的動力頭帶動過水鑽杆、地下測試杆件和鑽頭向下旋轉貫入，地下測試杆件的壓力傳感器、扭矩傳感器和水壓傳感器連續輸出表示隨深度變化的連續貫入的壓力、旋轉扭矩、給水壓力的電量信號，地下測試杆件的數據採集存儲器周期性同時對各傳感器信號分別進行採集放大、A/D轉換和儲存處理；8、到預定深度，停止貫入，起拔過水鑽杆、地下測試杆件和鑽頭；9、卸下地下測試杆件，由其通訊接口連接於地上讀數儀，將地下測試杆件採集存儲的測試數據傳輸到地上讀數儀或轉存至數據卡；10、地上讀數儀根據測試數據分別建立與時間h相對應的連續貫入的壓力F、旋轉扭矩N和給水壓力W的關係曲線，即F-h、N-h和W-h關係曲線，瀏覽、編輯並列印A4幅面的輸出關係曲線圖和對應的數據、柱面圖形表格文件。
本發明的旋轉觸探測試方法還具有以下步驟所述的傳輸到地上讀數儀或轉存至數據卡的測試數據，傳輸於上級計算機進行後處理。
本發明的旋轉觸探測試專用設備是由CPU、顯示器、存儲器、通訊接口及專用鍵盤、印表機組成地上讀數儀，地上讀數儀設置有系統控制程序；地下測試杆件由連接過水鑽杆的上接頭、連接於上接頭底端的筒形中接頭、連接於筒形中接頭底端的傳動套、連接於傳動套底端的內接頭、連接於內接頭底端的扭力套和連接於扭力套底端、並安裝鑽頭的下接頭構成杆件主體，內接頭支撐並固定有位於扭力套外側的隔離套，筒形中接頭和傳動套構成數據採集存儲器腔體，數據採集存儲器的殼體支撐於內接頭，上接頭與筒形中接頭表面設有上外套，上接頭與筒形中接頭結合部與上外套之間設有過水空間，上接頭設有連通過水鑽杆和該過水空間的溝道，筒形中接頭與下接頭表面設有下外套，下外套與傳動套、隔離套之間設有過水空間，該過水空間所對應的下接頭設有連通鑽頭水道的過水孔，筒形中接頭設有連通前述兩過水空間的溝道；扭力套和固定其外表面的電阻應變片構成扭力傳感器，下接頭的安裝旋轉鑽頭的內螺紋腔體其腔頂部設有由承壓板和電阻應變片構成的水壓傳感器，下接頭上部設有頂杆，套裝於頂杆的盲管其端沿支撐於上接頭內側端，由頂杆、盲管和固定於盲管外表面的電阻應變片構成壓力傳感器，上接頭設有各傳感器的出線孔。
本發明的專用設備還可以採取以下技術措施所述的扭力套其外表面設有環形凹槽，電阻應變片固定於環形凹槽。
所述的隔離套底端部與下接頭相接合，隔離套與上、下接頭之間分別設有密封膠圈。
所述的下接頭、頂杆、盲管和扭力套分別設有連通上接頭出線孔的過線孔道。
所述的上接頭設有內螺紋部，數據採集存儲器殼體與該內螺紋部螺紋連接。
所述的數據採集存儲器設有帶側蓋的筒形殼體，筒形殼體中設置具有模擬量輸入信號整形放大電路、主控CPU、儲存器、時鐘電路和通訊接口的電路板和電池組電源，其中主控CPU、儲存器、時鐘電路和通訊接口構成單片機，整形放大電路構成的輸入通道其個數與傳感器模擬量輸入的個數相對應，整形放大電路的輸出連接於主控CPU模擬量輸入端，時鐘電路同步於地上讀數儀，通訊接口插接件的插口是由筒形殼體端部的座圈和螺紋連接於座圈的密封端蓋構成。
本發明的有益效果和優點在於本發明的連續貫入的壓力F、旋轉扭矩N、給水壓力W參數是鑽頭向下旋轉貫入過程中土體被切削破壞時所需要的力，具體地說垂直向的壓力F相當於靜力觸探的貫入阻力Ps，其大小數值變化、或連續曲線變化所反映的是沿深度變化的土層不同的工程性質，可直接用來進行土層的力學分層和確定該層土的地基承載力、變形模量、抗剪強度等主要設計參數。反應地層變化的壓力F參數連續曲線能直觀而形象地給出一個連續的土層工程性質沿深度變化的剖面，可以用來選擇地基持力層。
水平向的旋轉扭矩N相當於靜力觸探側摩阻力fs或十字板剪切強度Cu，其大小數值變化、或連續曲線變化所反映的是沿深度變化的土層不同工程性質、不同土性的土體可塑程度，可用來進行力學、物理性質分層和確定該層土的抗剪強度等主要設計參數。
給水壓力W是鑽頭出水口處衝洗液排土壓力，可直接反映衝洗液對不同土體的消散壓力，即反映土體的可塑程度，其大小數值變化、或連續曲線變化所反映沿深度變化的不同土性的土體可塑程度，可用來進行物理性質分層。該指標同時也是依據旋轉扭矩N進行物理分層的補充參數。再通過貫入阻力與土的工程地質特徵之間的定性關係和統計相關關係，本方法根據壓力F、旋轉扭矩N、水壓力W參數連續曲線與土的工程地質特徵之間的定性關係和統計相關關係得出的測試結果與靜力觸探大量探例的測試結果對比充分證明，在同一地層條件下，兩種觸探方法的同性質測試數據具有明顯一致性的同步對應關係，所反映的地層物理性質、力學強度變化的效果相同，說明本發明的旋轉觸探方法具有相同於靜力觸探的測試精度而準確可靠。
本方法的測試結果經與鑽探、取樣、室內試驗與大量探例數據的對比分析，充分證明在同一地層條件下，本觸探方法與替代手段的同性質測試數據也具有一致性的同步對應關係，說明本發明的旋轉觸探測試方法在超出靜力觸探不可及的地層深度，其測試精度準確而可靠。由於本發明的旋轉觸探測試方法具有連續測試的特點，所反映的地層物理性質、力學強度變化的效果優於替代手段。
本發明是在鑽頭切削土體並同時給水的過程中完成地質參數的測試，給水具有冷卻地下測試杆件、排出切削土屑和減少地下測試杆件與土層磨擦力的作用，有利於設備貫入力絕大部分傳到底部鑽頭。
旋轉觸探測試的鑽頭在鑽進過程中，不僅能保證觸探孔的鉛直性，更重要地是在給水的配合下可以穿透較硬地層實現深孔觸探，實踐證明本方法的勘探測試深度可達80～100m，能夠滿足高層建築樁基、地鐵、高速鐵路橋基等勘探深度要求。
總之，本發明既保留了靜力觸探方法的優點，又可以解決靜力觸探不能解決的勘探深度問題，是一種有效且測試精度準確可靠的深層原位測試方法。
附圖1 本方法流程框圖。
附圖2 地上讀數儀實施例顯示界面圖。
附圖3-1 本方法實施例層底深度0-18.7m的旋轉觸探柱狀圖。
附圖3-2 本方法實施例層底深度18.7-37.7m的旋轉觸探柱狀圖。
附圖3-3 本方法實施例層底深度37.7-57.2m的旋轉觸探柱狀圖。
附圖3-4 本方法實施例層底深度57.2-73.6m的旋轉觸探柱狀圖。
附圖4-1 與本方法實施例同一地層層底深度的0-18.7m靜力觸探實驗曲線圖。
附圖4-2 與本方法實施例同一地層層底深度的18.7-36m靜力觸探試驗曲線圖。
附圖5-1 與本方法實施例同一地層的層底深度37.7-54m替代手段鑽孔柱狀圖。
附圖5-2 與本方法實施例同一地層的層底深度54-74m替代手段鑽孔柱狀圖。
附圖6 地下測試杆件結構示意圖。
附圖7 地下測試杆件結構剖面示意圖。
附圖8 圖7A部放大視圖。
附圖9 地下測試杆件各傳感器結構剖面示意圖。
附圖10 地下測試杆件的數據採集存儲器結構剖面示意圖。
附圖11 數據採集存儲器電原理框圖。
具體實施例方式
下面結合實施例及其附圖進一步說明本發明。
實施例本實施例的操作步驟結合圖1說明如下1、旋轉觸探車(鑽機)就位，進行液壓支腿、液壓下錨，使旋轉觸探車調平、穩定。
2、設置泥漿坑，注入水或泥漿，由管路連通泥漿坑、旋轉觸探車的泥漿泵和旋轉水龍頭，使抽水、給水、回水暢通。
3、觸探作業前，在地面將地下測試杆件經由通訊接口連接於地上讀數儀，該通訊接口設在地下測試杆件的數據採集存儲器中，地上讀數儀完成程序規定內容。
地上讀數儀是由CPU、顯示器、存儲器、通訊接口及專用鍵盤、印表機組成的專用計算機，系統程序包括現場勘測程序、數據回放程序、傳感器標定程序、文件預覽程序、系統設置程序。其中現場勘測程序主要完成測試深度記錄、監視系統運行狀況。數據回放程序主要完成數據採集、存儲、傳輸、列印等控制。傳感器標定程序主要完成傳感器檢查、初始值設置和確認、時鐘設定，使地下測試杆件與地上讀數儀時鐘同步。文件預覽程序主要完成從地上讀數儀界面瀏覽觸探曲線的選擇控制，文件的移動、拷貝、刪除、重命名等操作。系統設置程序完成標註測試文件的工程名稱、孔號、深度係數及測量日期，曲線生成、顯示選擇及縱、橫坐標比例尺設定；錐間k值、扭矩k值、水壓k值參數設定。
地上讀數儀開機界面見圖2，顯示系統程序名稱供選擇，專用鍵盤中「R」為系統程序選擇和確認鍵，「K1」、「K2」、「K3」、「K4」分別為「R」鍵選中程序的子程序選擇和確認鍵，狀態指示燈分別顯示數據採集狀態、進入某程序後受控設備運行狀態等。
4、地下測試杆件斷開與地上讀數儀的連接，安裝數據採集存儲器密封端蓋。地上讀數儀的相關接口與鑽頭深度記錄儀即腳機輸出相接，地上讀數儀將記錄鑽頭深度與時間的對應關係。
5、將地下測試杆件的下接頭安裝鑽頭，上接頭連接於過水鑽杆；6、啟動泥漿泵將水或泥漿作為衝洗液，通過旋轉水龍頭、過水鑽杆、地下測試杆件和鑽頭出水口實現水循環。
7、開始觸探作業，啟動旋轉觸探車的液壓系統，由具有旋轉和向下壓力作用的鑽機帶動過水鑽杆、地下測試杆件和鑽頭向下旋轉貫入，地下測試杆件的壓力傳感器、扭矩傳感器和水壓傳感器即刻輸出表示隨深度變化的連續貫入的壓力、旋轉扭矩、給水壓力的電壓信號，地下測試杆件的數據採集存儲器周期性(本實施例周期設定0.5秒)對各傳感器信號分別進行採集放大、A/D轉換和儲存處理。
8、到預定深度73.60m，停止貫入，起拔過水鑽杆、地下測試杆件和鑽頭。
9、卸下地下測試杆件中數據採集存儲器的密封端蓋，由其通訊接口連接於地上讀數儀，兩機通訊，上傳時間信息的同時將對應上傳時間的測試數據傳輸給地上讀數儀，或者轉存至數據卡。
10、地上讀數儀根據測試數據分別建立與時間h(即深度)相對應的連續貫入的壓力F、旋轉扭矩N和給水壓力W關係曲線，即F-h、N-h和W-h關係曲線，瀏覽、編輯並列印A4幅面的輸出關係曲線圖和對應的數據、柱面圖形表格文件。
11、傳輸到地上讀數儀或轉存至數據卡的測試數據，通過通訊接口傳輸於上級計算機進行後處理，例如建立相應的資料庫和列印輸出關係曲線圖或數據表格文件。
公知理論和實踐說明，觸探測試是根據探頭反映的相關力的大小變化對土層進行力學分層，並在力學分層基礎上進行初步物理性質分層，確定土層名稱，進而為確定地基承載力、變形模量、抗剪強度等提供主要設計參數。
本方法涉及的相關力及其大小變化對於土層的力學分層和物理性質分層的實踐說明，上述理論同樣適用於本旋轉觸探測試方法，下面結合附圖以對比法予以較詳細說明。
附圖3-1、3-2是上述實施例在層底深度1-36m範圍內的地層分層柱狀圖，其中F-h，N-h，W-h關係曲線圖是實際測試曲線圖。曲線圖中後標有「F-h」，「N-h」，「W-h」表示曲線名稱。
為驗證本方法的測試精度，在距本實施例鑽孔1.0m的同一地層採用靜力觸探方法進行測試，所得層底深度1-36m的靜力觸探試驗曲線圖和相應的地層分層柱狀圖如附圖4-1、4-2所示，曲線圖中後標「qcx」、「fs」表示曲線名稱。
以相同層底深度對比分析上述兩組附圖，其中旋轉觸探的貫入阻力F與靜力觸探錐頭阻力qcx相比較，旋轉觸探扭矩N與靜力觸探側壁摩阻力fs相比較，旋轉觸探水壓力W作為地層分層的補充參數。經對比分析可知兩種方法的可比曲線在各深度的峰值其大小變化及連續關係曲線的走向變化相符，所反應地層分層與力學性質、物理性質一致。具體分析如下層底深度1.0m①層曲線的走向相同，變化點均在層底深度1.0m處。靜力觸探的地層分層柱狀圖定名為填土，而旋轉觸探貫入阻力F、扭矩N均較高，而給水壓力W較低，也完全符合填土層夾雜物較多、鬆散的特點，其柱狀圖也定名為填土。
層底深度3.2m②層和7.00m③層曲線的走向相同，變化點均在層底深度3.2m處。靜力觸探柱狀圖將②層定為名粘土、③層定名為淤泥質粘土。旋轉觸探的②層貫入阻力F、扭矩N、給水壓力W同樣符合粘土的特點，而③層貫入阻力F、扭矩N、給水壓力W均低於②層，完全符合淤泥質粘土強度較低的特點，其柱狀圖也定名為淤泥質粘土。
層底深度11.0m④層曲線的走向變化均不明顯。靜力觸探錐頭阻力qcx比③層淤泥質粘土稍高，定名為粉質粘土。而旋轉觸探各參數值均較低，其中貫入阻力F也比③層淤泥質粘土稍高，與靜力觸探錐頭阻力qcx情況相符，故柱狀圖也定為粉質粘土。
層底深度12.2m⑤層，靜力觸探定名為粉質粘土，錐頭阻力qcx值約是④層的2倍。旋轉觸探曲線的走向與靜力觸探完全相同，變化點更明顯，貫入阻力F也約是④層的2倍，故柱狀圖也定為粉質粘土。
層底深度13.2m⑥層，靜力觸探定名為粘土，錐頭阻力qcx是⑤層的0.74倍。旋轉觸探貫入阻力F、扭矩N均較低，而給水壓力W卻較高，完全符合粘土的特點，並且貫入阻力F是⑤層的0.81倍，與靜力觸探相符，故柱狀圖也定為粉質粘土。
層底深度14.5m⑦層，14.5m處的峰值都明顯增大，靜力觸探定名為粉土，錐頭阻力qcx約是⑥層的5倍。旋轉觸探貫入阻力F、扭矩N均明顯增大，而給水壓力W卻明顯小於粘土，完全符合粉土土層密實、堅硬的特點(粉土給水壓力W相對粘性土更容易消散)，貫入阻力F約是⑥層的3倍，與靜力觸探相符。
同理，圖3-1與圖4-1在層底深度15.1m、17.8m、18.7m各層的對比，圖3-2與圖4-2在層底深度23.5m、25.0m、27.0m、28.3m、30.5m、32.9m、34.5m、35.2m、36m各層的對比，兩組附圖曲線的走向相同，變化點基本相同，同一深度反應地層力學性質與巖性定名相符，說明本方法與成熟的靜力觸探揭示地層一致，具有同等精度和可靠性。
但本方法在反映很薄夾層時的參數變化比靜力觸探更加明顯，如6.70m-6.9m淤泥質粘土，7.60-7.80m粉質粘土，說明本方法能明顯反映力學性質微小差異，因此其測試精度和可靠性優於靜力觸探方法。
從以上分析也能清楚看出本方法根據給水壓力W大小及其變化很容易準確的區分粘性土與砂土、粉土(砂土、粉土給水壓力W相對粘性土更容易消散)，因此本方法對地層劃分的準確程度也優於靜力觸探方法。
為驗證本方法如附圖3-3、3-4所示的、在靜力觸探不可及的層底深度37.7-73.60m範圍內的測試精度，在距本實施例鑽孔1.0m的同一地層採用鑽探取樣替代方法進行測試，所得層底深度37.7-74m的鑽孔柱狀圖分別如附圖5-1、5-2所示。
附圖3-3、3-4是上述實施例在層底深度37.7-73.60m範圍內的地層分層柱狀圖，其中F-h，N-h，W-h關係曲線圖是實際測試曲線圖。曲線圖中後標有「F-h」，「N-h」，「W-h」表示曲線名稱。
本方法根據貫入阻力F值、旋轉扭矩N、給水壓力W值變化和走向，依據前述分層原則進行地層劃分，以相同層底深度對比分析上述兩組附圖，經對比分析可知本方法曲線變化點處與鑽探取樣分層點一致，所反應地層分層與力學性質、物理性質一致。具體分析如下在層底深度37.8m、38.5m、40.0m、41.4m、42.6m、43.2m、44.6m、47.8m、51.0m、54.0m、57.2m、59.6m、61.5m、62.2m、64.3m、65.7m、66.8m、68.5m、69.6m、70.2m、71.8m、73.6m處，兩種方法的柱狀圖同為土層分界點，同一深度反應地層力學性質與巖性定名相符，尤其本方法的粘性土與砂土、粉土分界點異常明顯，說明本方法與鑽探取樣方法所揭示的地層一致。而本方法曲線圖能準確反映很薄夾層地層力學性質的能力比鑽探替代手段更加明顯，如60.70-61.10m粉質粘土中夾粉土，64.40-64.80m粉質粘土中夾粉土等，說明本方法與深層鑽探替代手段測試精度相比有明顯提高。
由於本發明的旋轉觸探測試方法具有連續測試的特點，所反映的地層物理性質、力學強度變化的效果優於替代手段。
本方法的上述實施例所涉及的設備、特別是專用設備是地面組成——1、旋轉觸探動力設備，包括觸探車(鑽機)及裝載的靜壓和旋轉動力裝置。
2、循環給水系統，包括旋轉水龍頭、水泵、過水探杆。
3、地上讀數儀，它是由CPU、顯示器、存儲器、通訊接口及標準鍵盤、印表機組成的專用計算機，通訊接口包括連接上級計算機的數據傳輸接口。地上讀數儀可以完成系統標定、統一時鐘和接收、存儲各種測試數據、列印測試數據或關係曲線。
4、深度測量儀即腳機。
地下組成——1、過水探杆及鑽頭；2、位於鑽頭上部的、與鑽頭同步旋轉、貫入的地下測試杆件，其結構如圖6、7、8所示。
如圖6所示，探杆為一細而長的圓柱體，其直徑與所連接的過水鑽杆相當。圖6的地下測試杆件表面可見部件有上接頭1、上外套2、筒形中接頭3、下外套4和下接頭5。探杆上端由上接頭1螺紋連接於過水鑽杆，探杆下端的下接頭5用於螺紋連接鑽頭。
圖7中，筒形中接頭3螺紋連接於上接頭1底端，傳動套6螺紋連接於筒形中接頭3的底端。傳動套6的底端設有內接頭8，扭力套10上端的外螺紋部與內接頭8螺紋連接，內接頭8還套裝有扭力套10的隔離套9，該隔離套9由外螺紋部的螺母13緊固。扭力套10的底端與下接頭5螺紋連接，筒形中接頭3和傳動套6構成容納數據採集存儲器的腔體。內接頭8的內螺紋部與數據採集存儲器的筒形殼體7底端螺紋連接。內接頭8為空心接頭，其空心部是過線孔。
上接頭1及依次螺紋連接的筒形中接頭3、傳動套6、內接頭8、扭力套10和下接頭5構成了本杆件的主體。
圖7中，上接頭1與筒形中接頭3表面螺紋連接有上外套2，上接頭1與筒形中接頭3結合部與上外套2之間設有過水空間，上接頭1設有連通過水鑽杆和該過水空間的溝道14。
筒形中接頭3與下接頭5表面螺紋連接有下外套4，傳動套6、扭力套10的隔離套9與下外套4之間設有過水空間，該過水空間所對應的下接頭5設有連通鑽頭水道的過水孔12。如圖7、8所示，筒形中接頭3設有連通上外套2和下外套4所對應的過水空間的溝道14。
圖7所示的扭力套10以及扭力套中安裝的各傳感器可稱為測試探頭，其具體結構見圖9。
如圖9所示，扭力套10上端與內接頭8的外螺紋部螺紋連接，下端與下接頭5的外螺紋部螺紋連接。扭力套10外表面的環形凹槽處固定有電阻應變片15而構成扭力傳感器。內接頭8的外螺紋部套裝有位於扭力套外側、並且其底端部與下接頭5相接合的隔離套9，隔離套由緊固螺母13固定於上接頭。隔離套9與上、下接頭之間分別設有密封膠圈16。
下接頭5的安裝旋轉鑽頭的內螺紋腔體其腔頂部設有由承壓板17和電阻應變片15構成的水壓傳感器，並由空心緊固螺母18固定。承壓板17與下接頭5的內螺紋腔體之間設有密封膠圈16。
水壓傳感器下部的內螺紋腔體設有連通腔體內外的過水孔12，其作用是使本探頭以外的給水裝置與旋轉鑽頭水道相連通，並將水壓傳遞於水壓傳感器。
下接頭5上部螺紋連接有頂杆19，套裝於頂杆的盲管20其端沿支撐於內接頭8內側端，由頂杆19、盲管20和固定於盲管外表面的電阻應變片15構成壓力傳感器。
下接頭5的中心軸孔、頂杆19的軸肩斜孔和盲管20一端沿直孔構成水壓傳感器信號線的過線孔道21。扭力套10環形凹槽處的直孔和盲管20另一端沿直孔構成扭力傳感器信號線的的過線孔道21。經有關過線孔道21引出的水壓傳感器和扭力傳感器的信號線從內接頭8設置的出線孔22引出連接於數據採集存儲器。壓力傳感器的信號線從內接頭8的出線孔22直接引出連接於數據採集存儲器。
圖7所示地下測試杆件的數據採集存儲器結構見圖10、11。
如圖10所示，筒形殼體7設有側蓋7-1，筒形殼體的下端螺紋連接於內接頭8的內螺紋部。筒形殼體中設置具有模擬量整形放大電路、主控CPU、儲存器、時鐘電路和通訊接口的電路板23和電池組電源。測試探頭各傳感器信號線由插接件24引入電路板。電路板設置的通訊接口插接件25設在筒形殼體的上端，座圈26和螺紋密封連接於座圈的端蓋27構成通訊接口插接件25的插口。
如圖11所示，數據採集存儲器的主控CPU晶片IC5、儲存器晶片IC6、時鐘電路IC7和全雙工的RS232通訊接口IC8構成單片機。模擬量整形放大電路IC1-4構成四輸入通道，它與傳感器輸入模擬量的個數相對應。各整形放大電路的輸出連接於主控CPU晶片IC5的模擬量輸入端，時鐘電路IC6同步於地上地上讀數儀的時鐘。本實施例的電池組電源設置在圖10所示的電路板23。
權利要求
1.巖土工程原位旋轉觸探的測試方法，其特徵在於由以下步驟組成(1)旋轉觸探車就位，進行支腿、調平；(2)設置泥漿坑，注入水或泥漿，旋轉觸探車泥漿泵和旋轉水龍頭由管路連通泥漿坑；(3)在地面將地下測試杆件經其通訊接口連接於地上讀數儀，地上讀數儀完成程序規定內容，包括傳感器檢查、初始值設置和確認、時鐘設定，使地下測試杆件與地上讀數儀時鐘同步；(4)地上地上讀數儀顯示地下測試杆件初始值正常穩定後，斷開地下測試杆件與地上讀數儀的連接，地上讀數儀與探頭深度記錄儀相接，並進入現場測試選項程序；(5)將地下測試杆件的下接頭安裝鑽頭，上接頭連接於過水鑽杆；(6)啟動泥漿泵將水或泥漿作為衝洗液，通過旋轉水龍頭、過水鑽杆、地下測試杆件和鑽頭出水口實現水循環；(7)啟動旋轉觸探車的液壓作業系統，由具有旋轉和向下壓力作用的動力頭帶動過水鑽杆、地下測試杆件和鑽頭向下旋轉貫入，地下測試杆件的壓力傳感器、扭矩傳感器和水壓傳感器連續輸出表示隨深度變化的連續貫入的壓力、旋轉扭矩、給水壓力的電量信號，地下測試杆件的數據採集存儲器周期性同時對各傳感器信號分別進行採集放大、A/D轉換和儲存處理；(8)到預定深度，停止貫入，起拔過水鑽杆、地下測試杆件和鑽頭；(9)卸下地下測試杆件，由其通訊接口連接於地上讀數儀，將地下測試杆件採集存儲的測試數據傳輸到地上讀數儀或轉存至數據卡；(10)地上讀數儀根據測試數據分別建立與時間h相對應的連續貫入的壓力F、旋轉扭矩N和給水壓力W的關係曲線，即F-h、N-h和W-h關係曲線，瀏覽、編輯並列印A4幅面的輸出關係曲線圖和對應的數據、柱面圖形表格文件。
2.根據權利要求1所述的測試方法，其特徵在於所述的傳輸到地上讀數儀或轉存至數據卡的測試數據，傳輸於上級計算機進行後處理。
3.巖土工程原位旋轉觸探的專用設備，其特徵在於由CPU、顯示器、存儲器、通訊接口及專用鍵盤、印表機組成地上讀數儀，地上讀數儀設置有系統控制程序；地下測試杆件由連接過水鑽杆的上接頭、連接於上接頭底端的筒形中接頭、連接於筒形中接頭底端的傳動套、連接於傳動套底端的內接頭、連接於內接頭底端的扭力套和連接於扭力套底端、並安裝鑽頭的下接頭構成杆件主體，內接頭支撐並固定有位於扭力套外側的隔離套，筒形中接頭和傳動套構成數據採集存儲器腔體，數據採集存儲器的殼體支撐於內接頭，上接頭與筒形中接頭表面設有上外套，上接頭與筒形中接頭結合部與上外套之間設有過水空間，上接頭設有連通過水鑽杆和該過水空間的溝道，筒形中接頭與下接頭表面設有下外套，下外套與傳動套、隔離套之間設有過水空間，該過水空間所對應的下接頭設有連通鑽頭水道的過水孔，筒形中接頭設有連通前述兩過水空間的溝道；扭力套和固定其外表面的電阻應變片構成扭力傳感器，下接頭的安裝旋轉鑽頭的內螺紋腔體其腔頂部設有由承壓板和電阻應變片構成的水壓傳感器，下接頭上部設有頂杆，套裝於頂杆的盲管其端沿支撐於上接頭內側端，由頂杆、盲管和固定於盲管外表面的電阻應變片構成壓力傳感器，上接頭設有各傳感器的出線孔。
4.根據權利要求3所述的專用設備，其特徵在於所述的扭力套其外表面設有環形凹槽，電阻應變片固定於環形凹槽。
5.根據權利要求3所述的專用設備，其特徵在於所述的隔離套底端部與下接頭相接合，隔離套與上、下接頭之間分別設有密封膠圈。
6.據權利要求3所述的專用設備，其特徵在於所述的下接頭、頂杆、盲管和扭力套分別設有連通上接頭出線孔的過線孔道。
7.根據權利要求3所述的專用設備，其特徵在於所述的上接頭設有內螺紋部，數據採集存儲器殼體與該內螺紋部螺紋連接。
8.根據權利要求3所述的專用設備，其特徵在於所述的數據採集存儲器設有帶側蓋的筒形殼體，筒形殼體中設置具有模擬量輸入信號整形放大電路、主控CPU、儲存器、時鐘電路和通訊接口的電路板和電池組電源，其中主控CPU、儲存器、時鐘電路和通訊接口構成單片機，整形放大電路構成的輸入通道其個數與傳感器模擬量輸入的個數相對應，整形放大電路的輸出連接於主控CPU模擬量輸入端，時鐘電路同步於地上地上讀數儀，通訊接口插接件的插口是由筒形殼體端部的座圈和螺紋連接於座圈的密封端蓋構成。
全文摘要
本發明是一種巖土工程原位旋轉觸探測試方法及其專用設備。本方法以連續貫入的壓力F、旋轉扭矩N、給水壓力W參數及其大小數值變化反映沿深度變化的土層不同的工程性質，可直接用來進行土層的力學分層和確定該層土的地基承載力、變形模量、抗剪強度等主要設計參數。專用設備包括地上讀數儀、由探杆、探頭和測試數據地下採集存儲裝置組成的地下測試杆件。本發明既保留了靜力觸探方法的優點，又可以解決靜力觸探不能解決的勘探深度問題，測試深度可達80～100m，是一種有效且測試精度準確可靠的深層原位測試方法。
文檔編號G01L9/04GK1955380SQ20061001431
公開日2007年5月2日 申請日期2006年6月12日 優先權日2006年6月12日
發明者趙鳳林, 陳新軍, 葉啟民 申請人:鐵道第三勘察設計院