[发明专利]一种用于冻土勘察的可控速率电阻率静力触探测试系统及方法

说明书

本发明公开了一种用于冻土勘察的可控速率电阻率静力触探测试系统及方法，包括反力系统、竖向顶进系统、数据采集与处理系统；反力系统包括地锚、水平刚性支架，地锚穿过水平刚性支架，并通过翼式螺母锁紧；竖向顶进系统包括竖向刚性支架、螺旋杆、伺服液压系统、变速器、联轴器、控制器，螺旋杆通过联轴器与伺服液压系统及变速器相连并竖直架设于竖向刚性支架中，竖向刚性支架与水平刚性支架中心点穿过一根可移动拉杆；数据采集与处理系统包括静力触探探头、数据采集仪、同轴电缆、计算机，静力触探探头设置于可移动拉杆的底部。本发明降低了静力触探过程探头诱发的冻土应变率，有效结合了电法与静力触探技术的优越性，提升了地质勘察测量精度。

技术领域

本发明涉及岩土工程原位测试及勘察领域，具体涉及一种可用于寒区冻土地质勘察的电阻率静力触探测试系统及方法。

背景技术

近年来，我国经济飞速发展，土地资源利用愈发紧张，不可避免地需要在冻土地区修筑建(构)筑物。这种矛盾在我国北方地区尤为突出。多年或季节性冻土的冻胀、融沉特性和冻土上下限及变化决定了寒区基础承载力和稳定性。因此，有效、准确获取冻土地质勘察资料及工程性质参数对于寒区基础设计及加固处理具有重要意义。

长期以来，我国冻土工程性质参数的获取以钻探取样和室内试验为主，存在取样扰动大、取样点不连续，试验数据可靠性低等问题。电阻率静力触探测试(RCPT)是在天然位置对土体工程性质进行原位评价的一种技术，具有高精度、高可重复性、简便快捷和连续测试等优点，在软土地区及海洋岩土勘探方面乃至工程设计得到了大量应用。此外，在不同类型冻土形成过程中，当土体内导电水向非导电冰的相位发展时电阻率将显著增大。一般情况下，地下水的电阻率只有n×10^-1～n×10Ω·m，当土体达到冻结点以下时，土中水结成冰，电阻率急剧增大，冻土电阻率可高达n×10²～n×10⁴Ω·m。因此，利用RCPT对冻土工程参数进行原位测试，理论上可大幅改善当前冻土地质勘察精度。然而，不同于软弱土，冻土强度高度依赖于应变率，在冻土中实现RCPT原位测试需要精准控制贯入速率及冻土应变率。亦即，采用传统的液压顶进系统在冻土中贯入RCPT而准确获取力学参数具有一定的挑战。因此，为了能够发挥RCPT在冻土勘探中的优势，提高冻土工程地质勘察精度，亟待提出一种可用于冻土勘察的可控速率RCPT测试系统。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于冻土勘察的可控速率电阻率静力触探测试系统及方法，以提高冻土工程地质勘察精度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于冻土勘察的可控速率电阻率静力触探测试系统，包括反力系统、竖向顶进系统、数据采集与处理系统；其中：

所述反力系统包括地锚、水平刚性支架，地锚穿过水平刚性支架，并通过翼式螺母锁紧；

所述竖向顶进系统包括竖向刚性支架、螺旋杆、伺服液压系统、变速器、联轴器、控制器，螺旋杆通过联轴器与伺服液压系统及变速器相连并竖直架设于竖向刚性支架中，所述控制器与伺服液压系统通过电缆相连，所述变速器安装于螺旋杆与电动伺服液压系统之间；所述竖向刚性支架与水平刚性支架拼接在一起；所述竖向刚性支架与水平刚性支架中心点穿过一根可移动拉杆，所述可移动拉杆与螺旋杆通过载荷平台相连，可移动拉杆通过夹具锁紧在载荷平台中，可移动拉杆能够上下移动；

所述数据采集与处理系统包括静力触探探头、数据采集仪、同轴电缆、计算机，静力触探探头设置于可移动拉杆的底部，静力触探探头通过同轴电缆与数据采集仪相连，数据采集仪与计算机相连，计算机中安装有静力触探数据分析软件。

所述静力触探探头内部设置有四电极温纳阵列电阻率模块、锥尖阻力传感器、侧摩阻力传感器、探头芯片、温度传感器、倾斜传感器及地下采集卡。

所述可移动拉杆与竖向刚性支架、载荷平台、水平刚性支架的连接处分别设置有三个导向环。