[发明专利]一种多功能水下动态贯入及原位测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于近海现场测试土体力学特性的多功能水下动态贯入原位 测试装置，属于岩土工程领域中一种能够动态测试近海海底超软土力学特性的半自 动化原位测试装置。

背景技术

海底表层超软土的力学特性对于开发深水油气田的发展越来越重要。与此同 时，其对于深水地区地质灾害评估(特别是海底生物的减少)的重要性也日益增加。 通常，海底沉积物具有质软、正常固结、细粒沉积、表面强度低(＜20kPa)和随 着深度的强度增加(1～2kPa/m)的特点。这导致取得优质土样进行室内试验非 常困难且成本较高，使得设计参数的确定更多地依赖于现场原位测试所得到的数 据。

孔压静力触探(CPTU)试验在超软土中所测数据的精度可能随海水深度的增 加而减少。这部分由于(1)海底高压力环境使得超软土贯入阻力所导致的负载增 量的测量精度降低，及(2)不等面积效应和上覆土层压力对贯入阻力的影响。传 统的静态海底孔压静力触探一般基于海底框架技术，有着设备笨重，测试步骤长， 所需配套船舶条件高，测试费用大等缺点。

本发明基于常规的孔压静力触探探头，提出了一种具有原位、多功能、自动化 程度高等特点的动态孔压孔压静力触探测试装置，使得勘测过程方便、快速、准确、 经济，能够为近海岩土工程勘测设计提供快捷有效成本低廉的测试参数。

发明内容

技术问题：本发明要解决的技术问题是针对传统静态海底孔压静力触探其设备 笨重，耗时长，所需配套条件困难，成本高等问题，提出一种能够动态测试近海海 底超软土力学特性的半自动化孔压原位触探装置。利用该测试装置能够快速有效地 测定海底超软土的工程力学特性，并自行进行数据的收集、处理、储存工作。

技术方案：本发明的一种多功能水下动态贯入原位测试装置由三部分组成，上 部为金属外壳密封室；中部为探杆；下部为多功能贯入仪，在金属外壳密封室上设 有外部数据接口与缆线挂孔，在密封室内上部设有测斜仪、数据储存芯片和微型处 理器；中部设有电源；下部设有双轴加速度计、温度传感器以及贯入测试数据接收 模块；探杆下部连接多功能贯入仪，多功能贯入仪包括摩擦筒、孔压过滤环与探头； 孔压过滤环位于摩擦筒与探头的连接处，探头与探杆直径相同。

金属外壳密封室外壳为钢制，整体上部为圆柱形长70cm，直径20cm，下部为 圆台形，高20cm，上直径20cm，下直径4.43cm。

所述测斜仪：顶角测量范围：0°～15°；测量精度为±0.1°；顶角分辨率为0.01°。

微型处理器及数据储存芯片的处理速度>40Hz。

直流电源，标准输出电压5V，输出电流100mA。

双轴加速度计，量程分别为±1.7g、±18g、±70g，灵敏度1000mV/g、1000mV/g、 27V/g。

圆锥探头的锥角为60°，锥底截面积为15cm²，摩擦筒表面积为180cm²。

孔压过滤环厚度为5mm，探头的有效面积比为0.8。

该原位测试装置有效测试深度<500m，锥尖阻力量程为25MPa，侧壁摩阻力量 程为0.25MPa，孔隙水压力量程为1MPa。

有益效果：本发明解决了传统静态海底孔压静力触探其设备笨重，耗时长， 所需配套条件困难，成本高等问题，能够方便、快速、精确、低成本地测定海底超 软土的工程力学性质，并自行进行数据的收集、处理、储存工作。为近海岩土工程 勘测设计提供快捷有效经济的测试参数。

附图说明

图1是本发明的元件装置图；

其中有：金属外壳密封室1，探杆2，多功能贯入仪3，外部数据接口4，测斜 仪5，缆线挂孔6，数据储存芯片7，微型处理器8，电源9，双轴加速度计10，温 度传感器11，贯入测试数据接收模块12，摩擦筒13，孔压过滤环14，圆锥探头15

具体实施方式

本发明的多功能近海水下动态贯入原位测试装置包括：