專利名稱：一種用于場地鑒別的聲學靜力觸探探頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種可用于場地鑒別的聲學靜カ觸探探頭，屬于土木工程領域中ー種能夠連續(xù)有效地分析測試土層原位聲學響應特征的靜力觸探裝置。
背景技術：
靜カ觸探技術是指利用壓カ裝置將帶有觸探頭的觸探桿壓入試驗土層，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特性，如土的變形模量、土的容許承載カ等。靜カ觸探技術至今已有80多年的歷史。國際上廣泛應用靜カ觸探，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カ觸探并應用于工程勘察。近幾年隨著傳感器技術的快速發(fā)展，出現(xiàn)了很多新的靜カ觸探技術，這些技術能夠快速、準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。國外已將之大量應用于土木工程和巖土工程領域。盡管新型傳感器技術的發(fā)展提高了 錐尖阻カ測量的精確度，然而側(cè)壁摩阻カ測量的精確性仍然有待于更進一步的提高，因此添加有其他新型傳感器的靜カ觸探技術(如孔壓靜力觸探技木)的研發(fā)有助于提高這ー測量技術的準確性與可靠性。當探頭貫入土中時，由于擠壓作用使得顆粒發(fā)生重排列和破碎，土顆粒繞探頭的轉(zhuǎn)動和滑動產(chǎn)生聲頻信號。通過測量聲頻信號的強度與頻率，則可以反映出土的晶粒大小、孔隙率或相對密實度特征、礦物成分以及土的結(jié)構(gòu)性等特點。室內(nèi)試驗的結(jié)果表明聲頻信號比錐尖阻カ更能清楚的反映土層的變化特征，因而更能精確的探測到地下土體中的薄夾層變化。根據(jù)這ー原理，本發(fā)明基于常規(guī)的靜カ觸探探頭，提出了一種可以方便、快捷、測試成本低廉的原位測試儀器，為巖土工程實踐提供有力的檢測工具。
發(fā)明內(nèi)容
技術問題本發(fā)明要解決的技術問題是針對國內(nèi)現(xiàn)有單雙橋靜探技術存在的缺陷，提出ー種用于土木工程和巖土工程領域的可用于場地鑒別的聲學靜カ觸探探頭。技術方案本發(fā)明用于場地鑒別的聲學靜カ觸探探頭為ー個圓柱狀，其外部自上至下順序設有探桿連接器、阻尼套管、密封圏、側(cè)壁摩擦筒、圓錐探頭；在探桿連接器內(nèi)設有防水圈，同軸電纜自上部穿過密封圈與位于探頭的中央的摸-數(shù)轉(zhuǎn)換器相連；密封圈位于側(cè)壁摩擦筒與探頭連接處的凹槽之間，側(cè)壁摩擦筒所包裹的探頭下部設有側(cè)壁摩阻カ載荷元件，側(cè)壁摩阻力載荷元件內(nèi)部設有側(cè)壁摩阻カ壓カ傳感器，錐尖阻力載荷元件位于側(cè)壁摩阻力載荷元件的下方，錐尖阻力載荷元件內(nèi)部設有錐尖阻カ壓カ傳感器，并由阻尼箱所包圍，圓錐探頭位于側(cè)壁摩擦筒的下方，并與探頭底部相連，圓錐探頭的內(nèi)部設有駐極體電容傳聲器，駐極體電容傳聲器通過導線依次與前置放大器和濾波器相連，前置放大器和濾波器均位于探桿內(nèi)部中央，側(cè)壁摩阻カ壓カ傳感器、錐尖阻力壓カ傳感器及濾波器均通過導線與摸-數(shù)轉(zhuǎn)換器相連接。阻尼套管的長度為150 mm。
圓錐探頭的錐角為60°，錐底截面積為10 cm2，側(cè)壁摩擦筒表面積150 cm2。本發(fā)明的可用于場地鑒別的聲學靜カ觸探探頭，其聲學測量部分主要由駐極體電容傳聲器、前置放大器、濾波器、阻尼套管、阻尼箱、摸-數(shù)轉(zhuǎn)換器、同軸電纜以及內(nèi)部的電路系統(tǒng)等組成。駐極體電容傳聲器接收來自于錐頭深度處顆粒繞錐頭轉(zhuǎn)動或滑移時產(chǎn)生的聲頻信號，并將聲頻信號轉(zhuǎn)換為電信號，通過導線傳遞給前置放大器。電信號經(jīng)前置放大器放大后傳遞給濾波器。濾波器消除由于電學干擾和機械干擾產(chǎn)生的期望頻率之外的噪聲信號，再將主頻信號傳遞給模-數(shù)轉(zhuǎn)換器。模-數(shù)轉(zhuǎn)換器將接收到的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并與錐尖阻力信號和側(cè)壁摩阻力信號集成在同一根同軸電纜上，通過同軸電纜傳遞至上部計算機中處理和保存。阻尼套管和阻尼箱減小側(cè)壁摩擦筒、上部探桿摩擦作用和加荷系統(tǒng)所產(chǎn)生的噪音干渉，保證所檢測到聲頻信號的主頻率始終反映了錐頭深度處的土層特性。地表微機采集和存儲系統(tǒng)連續(xù)采集接收的聲頻-電信號，繪出實時連續(xù)的剖面圖。有益效果盡管新型傳感器技術的發(fā)展提高了錐尖阻カ測量的精確度，然而側(cè)壁摩阻カ測量的精確性仍然有待于更進一步的提高，因此添加有其他新型傳感器的靜カ觸探技術(如孔壓靜力觸探技木)的研發(fā)有助于提高這ー測量技術的準確性與可靠性。本發(fā)明解 決了國內(nèi)現(xiàn)有的單雙橋靜探技術不能測量土層聲學響應特征的缺陷，能方便、快捷、連續(xù)測量錐頭深度處土層的聲學響應特征，包括土層受擾動后產(chǎn)生聲頻信號的強度與頻率，進而使得靜カ觸探技術能更準確、可靠地服務于土木工程和巖土工程領域。該項技術具有連續(xù)性、可靠性和可重復性的特點。
圖I是本發(fā)明的元件裝置 其中有同軸電纜I、探桿連接器2、防水圈3、阻尼套管4、摸-數(shù)轉(zhuǎn)換器5、
密封圈6、側(cè)壁摩擦筒7、側(cè)壁摩阻力載荷元件8、側(cè)壁摩阻カ壓カ傳感器9、錐尖阻カ載荷元件10、錐尖阻カ壓カ傳感器11、阻尼箱12、圓錐探頭13、駐極體電容傳聲器14、前置放大器15、濾波器16。
具體實施例方式本發(fā)明的可用于場地鑒別的聲學靜カ觸探探頭包括同軸電纜I傳遞數(shù)字信號，上部為探桿連接器2，探桿連接器2內(nèi)設有防水圈3，其下為阻尼套管4，模-數(shù)轉(zhuǎn)換器5位于探頭的中央，并與同軸電纜I相連，側(cè)壁摩擦筒7位于探頭下部的外圍，密封圈6位于側(cè)壁摩擦筒7與探頭連接處的凹槽之間，側(cè)壁摩擦筒7所包裹的探頭下部設有側(cè)壁摩阻カ載荷元件8,側(cè)壁摩阻力載荷元件8內(nèi)部設有側(cè)壁摩阻カ壓カ傳感器9,錐尖阻力載荷元件10位于側(cè)壁摩阻力載荷元件8的下方，錐尖阻力載荷元件10內(nèi)部設有錐尖阻カ壓カ傳感器11，并由阻尼箱12所包圍，圓錐探頭13位于側(cè)壁摩擦筒7的下方，并與探頭底部相連，圓錐探頭的內(nèi)部設有駐極體電容傳聲器14，駐極體電容傳聲器14通過導線依次與前置放大器15和濾波器16相連，前置放大器15和濾波器16均位于探桿內(nèi)部中央，側(cè)壁摩阻力壓カ傳感器9、錐尖阻カ壓カ傳感器11及濾波器16均通過導線與模-數(shù)轉(zhuǎn)換器5相連接。阻尼套管長度為150 mm。圓錐探頭錐角為60°，錐底截面積為10 cm2，側(cè)壁摩擦筒表面積150 cm2。
該探頭集成了常規(guī)靜カ觸探的功能(可測端阻、摩阻)和測試土層聲學響應特征的功能，進ー步發(fā)展了靜カ觸探技術的內(nèi)容。靜カ觸探探頭的貫入過程中，除了產(chǎn)生錐尖阻力和側(cè)壁摩阻力之外，還由于擠壓作用使得顆粒發(fā)生重排列和破碎，土顆粒繞探頭的轉(zhuǎn)動和滑動產(chǎn)生聲頻信號。駐極體電容傳聲器接收這一聲頻信號，并將其轉(zhuǎn)換為電信號，通過導線傳遞 給前置放大器。電信號經(jīng)前置放大器放大后傳遞給濾波器。濾波器消除由于電學干擾和機械干擾產(chǎn)生的期望頻率之外的噪聲信號，再將主頻信號傳遞給模-數(shù)轉(zhuǎn)換器。模-數(shù)轉(zhuǎn)換器將接收到的電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并與錐尖阻力信號和側(cè)壁摩阻力信號集成在同一根同軸電纜上，通過同軸電纜傳遞至地表微機采集和存儲系統(tǒng)中處理和保存，繪出實時連續(xù)的剖面圖。阻尼套管和阻尼箱減小側(cè)壁摩擦筒、上部探桿摩擦作用和加荷系統(tǒng)所產(chǎn)生的噪音干渉，保證所檢測到聲頻信號的主頻率始終反映了錐頭深度處的土層特性。
權利要求
1.一種用于場地鑒別的聲學靜力觸探探頭，其特征在于該探頭為一個圓柱狀，其外部自上至下順序設有探桿連接器(2)、阻尼套管(4)、密封圈(6)、側(cè)壁摩擦筒(7)、圓錐探頭(13);在探桿連接器(2)內(nèi)設有防水圈(3)，同軸電纜(I)自上部穿過密封圈(6)與位于探頭的中央的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)相連；密封圈(6)位于側(cè)壁摩擦筒(7)與探頭連接處的凹槽之間，側(cè)壁摩擦筒(7)所包裹的探頭下部設有側(cè)壁摩阻力載荷元件(8)，側(cè)壁摩阻力載荷元件(8)內(nèi)部設有側(cè)壁摩阻力壓力傳感器(9)，錐尖阻力載荷元件(10)位于側(cè)壁摩阻力載荷元件(8)的下方，錐尖阻力載荷元件(10)內(nèi)部設有錐尖阻力壓力傳感器(11)，并由阻尼箱(12)所包圍，圓錐探頭(13)位于側(cè)壁摩擦筒(7)的下方，并與探頭底部相連，圓錐探頭的內(nèi)部設有駐極體電容傳聲器(14)，駐極體電容傳聲器(14)通過導線依次與前置放大器(15)和濾波器(16)相連，前置放大器(15)和濾波器(16)均位于探桿內(nèi)部中央，側(cè)壁摩阻力壓力傳感器(9)、錐尖阻力壓力傳感器(11)及濾波器(16)均通過導線與模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)相連接。
2.根據(jù)權利要求I所述的可用于場地鑒別的聲學靜力觸探探頭，其特征在于阻尼套管(4)的長度為150 _。
3.根據(jù)權利要求I所述的可用于場地鑒別的聲學靜力觸探探頭，其特征在于圓錐探頭(14)的錐角為60°，錐底截面積為10cm2，側(cè)壁摩擦筒(7)表面積150 cm2。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種用于場地鑒別的聲學靜力觸探探頭，該探頭為一個圓柱狀，其外部自上至下順序設有探桿連接器(2)、阻尼套管(4)、密封圈(6)、側(cè)壁摩擦筒(7)、圓錐探頭(13)；該探頭內(nèi)置同軸電纜(1)以傳遞數(shù)字信號，上部為探桿連接器(2)，探桿連接器(2)內(nèi)設有防水圈(3)，其下為阻尼套管(4)，模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(5)位于探頭的中央，并與同軸電纜(1)相連，側(cè)壁摩擦筒(7)位于探頭下部的外圍，密封圈(6)位于側(cè)壁摩擦筒(7)與探頭連接處的凹槽之間，側(cè)壁摩擦筒(7)所包裹的探頭下部設有側(cè)壁摩阻力載荷元件(8)，側(cè)壁摩阻力載荷元件(8)內(nèi)部設有側(cè)壁摩阻力壓力傳感器(9)，錐尖阻力載荷元件(10)位于側(cè)壁摩阻力載荷元件(8)的下方，內(nèi)部設有錐尖阻力壓力傳感器(11)。
文檔編號E02D1/00GK102817346SQ201210305899
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月27日 優(yōu)先權日2012年8月27日
發(fā)明者蔡國軍, 鄒海峰, 劉松玉, 杜廣印 申請人:東南大學