[发明专利]基于电阻率孔压静力触探的装置及饱和砂土剪胀性评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于电阻率孔压静力触探评价饱和砂土剪胀性的新方法，属于岩土工程领域中一种能够直接、原位测试饱和砂土剪胀系数的静力触探装置。

背景技术

静力触探技术是指利用压力装置将带有触探头的触探杆压入试验土层，通过量测系统测试土的锥尖阻力、侧壁摩阻力等，可确定土的某些基本物理力学特性，如土的变形模量、土的容许承载力等。静力触探技术至今已有80多年的历史。国际上广泛应用静力触探，部分或全部代替了工程勘察中的钻探和取样。我国于1965年首先研制成功电测式静力触探并应用于勘察。近几年随着传感器技术的快速发展，出现了很多新的静力触探技术，这些技术能够快速、准确地获得土层的电阻率、孔隙水压力、地震波、污染物性状、温度等。目前准确评价砂土特性仍具有许多困难，尤其是对剪胀性的评价。室内试验难以取得典型无扰动试样、地下水取样测试耗时、耗力，这就使得对饱和砂土剪胀性的测试依赖于现场原位试验。电阻率孔压静力触探技术(RCPTU)就是常用的有效方法之一。电阻率孔压静力触探技术是在原有孔压静力触探技术(CPTU)基础上改进起来的，虽然RCPTU能够对土层的许多岩土工程特性进行详细的描述和评估，但是对饱和砂土的体积变化特性，如剪胀性评价，仍未得到较好的定义。

本发明基于电阻率孔压静力触探技术，提出了一种无需室内试验和地下水取样测试，快速、准确、方便评价饱和砂土剪胀性的新方法，为岩土工程勘察与地基处理效果评估实践提供了强有力的检测和评价手段。

发明内容

技术问题：本发明要解决的技术问题是针对国内无法进行饱和砂土剪胀性的原位测试评价，提出一种基于电阻率孔压静力触探测试技术，可用于岩土工程领域评价饱和砂土剪胀性的基于电阻率孔压静力触探的装置及饱和砂土剪胀性评价方法。

技术方案：本发明的基于电阻率孔压静力触探的装置，其电阻率孔压静力触探装置顶端设有电源同轴电缆，在电源同轴电缆下方采用绝缘材料和环形电极组成的电阻率传感器，在该电阻率孔压静力触探装置的下半部自上而下顺序连接有摩擦筒和孔隙水压力传感器，在摩擦筒的下方连接有孔压过滤环和锥形探头。锥形探头规格符合国际标准。

本发明基于电阻率孔压静力触探的装置的顶部设有电源同轴电缆；在该电阻率孔压静力触探装置中部自上而下顺序设有绝缘材料和环形电极组成电阻传感器；电阻率孔压静力触探装置的下部设有侧壁摩擦筒，侧壁摩擦筒上设有孔隙水压力传感器，在孔隙水压力传感器下方连接有孔压过滤环，孔压过滤环的下部设有圆锥探头。

所述的孔压过滤环厚度为5mm，圆锥探头不等端面积比为0.8。

所述的圆锥探头的锥角为60°，锥底横截面直径35.7mm，锥底截面积为10cm²。

所述的侧壁摩擦筒的长度为133.7mm，表面积150cm²。

所述的环形电极的数量为5个，厚度为1.5mm，宽度为5mm，排列间距自上而下分别为30mm、19mm、40mm、30mm，分布于电阻率孔压静力触探装置的总长度为119mm。

本发明基于电阻率孔压静力触探的装置的饱和砂土剪胀性评价方法包括：假设土体为各向同性介质，根据土体电阻率与电阻的关系，得到土体电阻率ρ为：

ρ=ALR=KR=KVI]]>

式中，V为两电极间电压（V），I为电路电流（A）；A为测试土体横截面积（m²），L为土体长度（m），K为与电极几何特性有关的标定系数，可以由室内恒温模型标定试验直接获得；

为了定量评价孔压静力触探贯入时饱和砂土的剪胀特性，需要建立一个与剪胀大小相关的参数，定义的剪胀系数D可表示为：