[实用新型]一种用于原位测试软土波速的弯曲元系统

说明书

本实用新型涉及一种用于原位测试软土波速的弯曲元系统，包括钻杆和探头，探头连接于钻杆的一端，系统还包括信号发生器、信号采集装置和上位机，探头包括发射端传感器和接收端传感器，探头底部设有环钢刀，发射端传感器和接收端传感器均为弯曲元传感器，并分别连接至信号发生器和信号采集装置，信号发生器和信号采集装置均连接至上位机；信号发生器生成波形信号，由发射端传感器发送，接收端传感器将采集到的波形通过信号采集装置解析后，由上位机计算得到波速。与现有技术相比，本实用新型采用了一种结构更为合理的探头，可以安全可靠的贯入土体深部，实现对深部土体的测试。

技术领域

本实用新型涉及土体原位测试领域，尤其是涉及一种用于原位测试软土波速的弯曲元系统。

背景技术

土的剪切波波速(v_p)和压缩波波速(v_s)测试具有重要的意义如下：(1)可以推算土样的弹性模量E₀和剪切模量G₀，即土样在小应变情况下的模量，该参数可作为动力分析的参数，也可作为小应变弹塑性本构模型的参数。(2)作为一种无损测试方法，通过弹性参数的变化来间接表征土体内部结构的变化，是电镜扫描等图像法的必要补充。当前测试波速的方法主要有以下两种：(1)室内试验法(主要为共振柱法和弯曲元波速法)；(2)原位测试法，具体包括面波法、钻孔波速法、地震静力触探、地震扁铲等。由于室内试验时不可避免地会受到取土扰动的影响，因此原位测试法所得结果更为可靠。对于上面提到的土体波速原位测试方法，均需要在地表或钻孔中安装特殊的激振设备，操作复杂；另外，这些方法也不能连续自动地测试不同深度处土体的波速，测试效率较低。

弯曲元传感器是采用粘贴在一起的两片压电陶瓷片制作而成的传感器，可以作为应力波的发射和接收的传感器。弯曲元波速测试是在土样两端安装一对弯曲元(BenderElement)传感器，一个发射应力波，另外一个接收应力波，通过应力波在土样中的传播时间来得到土样的波速。弯曲元波速测试是室内测试土样波速的最普遍的方法之一。对于这种传感器在原位测试中的应用，中国专利CN101413823A公开了一种用于测试地表土体波速的便携式压电陶瓷弯曲元土体剪切波速测试装置，然而，该测试装置只能用于地表面或浅土层土体的波速测试，而不能测量一定深度土体的波速，因此运用收到限制；中国专利CN102998368A则公开了一种用于软土原位剪切波速测试的贯入式探测器，但是其探头结构遇到坚硬土层时易损坏，不适用于深部土体波速的测试。这些设备需要人工处理数据，测点间距在1m左右，不能实现快速连续测量波速的功能，也不能反应复杂土层性质

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的探头易损坏的缺陷而提供一种用于原位测试软土波速的弯曲元系统。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于原位测试软土波速的弯曲元系统，包括钻杆和探头，所述探头连接于钻杆的一端，所述系统还包括信号发生器、信号采集装置和上位机，所述探头包括发射端传感器和接收端传感器，所述探头底部设有环钢刀，所述发射端传感器和接收端传感器均为弯曲元传感器，并分别连接至信号发生器和信号采集装置，所述信号发生器和信号采集装置均连接至上位机；

信号发生器生成波形信号，由发射端传感器发送，所述接收端传感器将采集到的波形通过信号采集装置解析后，由上位机计算得到波速。

所述信号采集装置包括依次连接的电压放大器和数据采集卡，所述电压放大器连接至接收端传感器，所述数据采集卡连接至上位机。

所述环钢刀包括环形钢板和环形的刀刃部，所述刀刃部沿环形钢板延伸，所述环形钢板内设有两块十字交叉设置的支撑钢板，所述支撑钢板连接至钻杆。

所述探头还包括钢杆，所述钢板通过钢杆与钻杆可拆卸连接。

所述发射端传感器和接收端传感器设于环形钢板内壁上，并位于任一根支撑钢板的下方。