[实用新型]一种有效识别极薄土层的微尺度孔压静力触探探头

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种微尺度孔压静力触探探头，属于土木工程、岩土工程领域中一种能够原位、快捷和精确的识别与评价地面下极薄土层以及液化后砂土承载力测定的静力触探装置。

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，可进行土层识别和确定土的某些基本物理力学特性，如土的容许承载力、土的重度等。静力触探技术至今已有80多年的历史，在国际上已得到广泛应用，我国于1965年首先研制成功电测式静力触探并应用于勘察。静力触探技术具有快速、连续、可靠和不取样等特点，已经部分或全部代替了工程勘察中的钻探和取样。静力触探主要获得的测试参数有三个，即：锥尖阻力、侧壁摩阻力和孔隙水压力，但是由于探头锥尖的扰动，并不能完全较准确的探测各个地层情况，尤其是存在较薄或极薄的夹层时，标准静力触探装置则无法获得较为满意的结果。国际上标准的静力触探探头规格为：直径35.7mm；锥角60°；锥底截面积10cm²；侧壁摩擦筒表面积150cm²；贯入速率20mm/s。探头测试的分辨率与扰动区域的大小密切相关，尺寸越大，探头贯入剪切土体时的扰动区域也越大，导致分辨率越低。Tumay等（1998）研究认为，微型探头可获得较高的锥尖阻力和较低的侧壁摩阻力，可得到更为精细的土层识别与划分。工程现场实际中，地表下土层中往往存在较薄或极薄的夹层，如砂土夹层、粉土夹层等，这些土层厚度通常较小（厚度约为15mm），但对整个地基的承载力等特性有着非常重要的影响。多次液化后砂土地基的承载力的测定是评价砂土地基的重要指标之一，不同的液化次数后，砂土地基的承载力也不同。标准静力触探探头的分辨率无法具备识别极薄土层和测定多次液化后砂土地基的承载力，因此，人们逐步研制与开发新型微探头。

本实用新型的微尺度孔压静力触探探头，提供了一种可以连续、定量、高分辨率的原位测试仪器，为地质勘察、岩土工程中极薄土层的识别与评价以及液化后砂土承载力的测定提供有效的测试工具。

实用新型内容

技术问题：本实用新型要解决的技术问题是针对目前国内无法进行极薄土层（土层厚度≤15mm）的静力触探识别与评价和液化后砂土承载力的原位测定，提出一种可用于土木工程、岩土工程领域的可原位识别与评价极薄土层和测定液化后砂土承载力的静力触探探头。

技术方案：本实用新型的有效识别极薄土层的微尺度孔压静力触探探头以不锈钢导管为基体，在不锈钢导管外侧的下半部设置有摩擦套筒，不锈钢导管与摩擦套筒通过有机硅胶密封圈连接密封，在不锈钢导管内表面靠下部位设置有应变计，应变计通过导线与外部电路连接成单臂电桥，应变计的下方设置有孔隙水压力传感器，在摩擦套筒的下方设有孔压过滤环，孔压过滤环的下方是锥形探头。

不锈钢导管的外径为5mm，内径为2.8mm，与摩擦套筒接触部分的壁厚为0.5mm。

摩擦套筒的长度为22.0mm，厚度为0.5mm，表面积为346mm²。

应变计的感应长度为1.0mm。

锥形探头的锥角为60°，锥底截面积为19.6mm²。

微尺度孔压静力触探探头的贯入速率为1mm/s，单臂电桥的输入电压为2.0V，测试环境温度宜为18～22℃，测试深度空间方向上测试频率为2点/mm。

应变计对称分布于不锈钢导管内壁，用来测量微尺度探头贯入土体时的锥尖阻力，应变计为专用的高灵敏度应变计，感应长度为1.0mm。两个应变计与外部电路相接，组成惠斯通单臂电桥，整个测试电路的输入电源电压为2.0V，当微尺度探头贯入土体时，应变计将自身电阻的变化通过信号放大器转变为电压变化输入计算机，最终转换为锥尖阻力变化。

探头贯入速率的大小对土层排水条件有着重要的影响。根据Cho等（2004）提出的利用孔压消散时间t_dis与贯入时间t_pen的比值关系来确定一定贯入速率下的排水条件，其相关计算表达式为：