[发明专利]一种软土场地土体参数长距离连续测量装置

说明书

本发明属于岩土、地质和环境等研究技术领域，提供了一种软土场地土体参数长距离连续测量装置，包括拖曳结构主体I、土体参数测量系统II以及拖拽系统III三部分。本发明所提装置突破了传统单点竖向测量装置不能获取横向连续土体参数的局限，通过一次拖拉试验即可完成土体强度、应变软化以及土体与结构物界面摩擦作用等参数的横向长距离连续现场测量，所测参数可用于指导防波堤工程、海底油气管线、电缆、光缆等工程的设计及施工。尤其随着深海油气资源开发日益增多，依托本发明所提方法对海底土体参数进行测量并应用于海底管线、海底电缆等工程设施的设计及稳定性评价具有重要意义。

技术领域

本发明属于岩土、地质和环境等研究技术领域，涉及一种软土场地土体参数长距离连续测量装置，该装置尤其适用于水下管线设计及施工前的土体参数调查。

背景技术

准确地测量土体参数是一切工程实施的基础。软土作为一种不良土体，一般具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、透水性差等特点。因此对软土场地进行设计和施工风险较高。实现软土场地土体参数精确测量是降低工程风险和优化工程设计的重要途径，而达到快速、连续、准确的测量不仅是对实验装置的重要考验，更是工程界所面对的主要难题。

传统土体参数的获取主要是通过现场重力取样或钻孔取样等方法获取芯状样，继而通过室内试验完成土体相关参数的测量。但该种方法由于取样过程对土体的扰动以及室内试验方法本身存在的局限性，很难准确估计实际场地的土体参数，这必然对工程造成不利的影响甚至影响工程安全。近些年，现场原位试验装置得到了快速发展，静力触探试验(CPT，CPTU)、原位T-bar试验，原位Ball-bar试验等得到了广泛应用，试验精度也得到了显著提升，尤其对于软土场地，这些实验装置体现了无法比拟的优越性。然而，这些实验装置均是针对某一个目标点通过测量设备竖向的单次贯入或循环贯入来获得土体参数，这对于单一目标点的土体参数测量具有良好的适用性。对于大范围长距离的场地，此类试验装置不能测量土体参数沿地层方向的变化。通过设置较多的竖向钻孔点可以从一定程度上获得土体参数沿地层方向的变化关系，但由此导致的工程费用和耗时的增加，使得实际工程中该种方案也变得不切实际。结合目前工程中遇到的问题，急需找到一种能够实现沿地层方向长距离连续测量土体参数的实验装置，该装置对建立于软土场地工程的设计及稳定性评价具有重要的意义。

发明内容

针对已有实验装置不能实现沿地层方向长距离测量土体参数的问题，本发明提出了一种可实现横向连续测量土体参数的装置，该装置可适用于湖泊、沼泽、河流、海洋等底部软弱土层的土体参数的沿地层方向连续测量，最终服务于防波堤、海底油气管线、电缆、光缆等依托于沿地层方向长距离浅层土体参数进行设计和施工的工程。尤其是随着深海油气资源开发日益增多，依托本发明所提装置对海底土体参数进行测量并应用于海底管线、海底电缆等工程设施的设计及稳定性评价具有极为重要意义。

本发明的技术方案：

一种软土场地土体参数长距离连续测量装置，包括拖曳结构主体I、土体参数测量系统II以及拖拽系统III三部分；

拖曳结构主体I包括拖曳结构顶板1、中空肋板2、拖缆拉环3、配重铅块4、拖拉滚轮5和固定螺丝6；所述的拖曳结构顶板1与中空肋板2组成拖曳结构主体I外部框架，中空肋板2的前端面为弧形面，中空肋板2的底表面有多个凹槽，二者均采用不锈钢结构；所述的拖曳结构顶板1上部设有中空结构用以施加配重铅块4，中空肋板2内可排设线缆；所述的拖拉滚轮5共2个，通过固定螺丝6布设于拖曳结构顶板1两侧，拖拉滚轮5可围绕固定螺丝6发生转动，用以控制中空肋板2的贯入深度；在拖拉滚轮5调整到指定角度后，拧紧固定螺丝6；所述的配重铅块4用以改变拖曳结构主体I自重保证拖曳结构主体I沉入土层一定深度；所述的拖缆拉环3布设于拖曳结构顶板1前端，用以与外部拖拽系统III相连接，使拖曳结构主体I在土层内匀速移动；

土体参数测量系统II包括CPT探头7、CPT安装支座8、T-bar探头9、T-bar安装支座10、拉压传感器11和摩擦板12；