[发明专利]一种可以使静力触探仪穿越坚硬土层的探头保护装置

说明书

本发明涉及一种可以使静力触探仪穿越坚硬土层的探头保护装置，包括升降结构和开合结构两部分，升降结构包括保护侧臂(2)、上部电磁铁(5)和下部电磁铁(7)；开合结构包括可以合围在一起的保护爪(4)和弹力转动轴(8)；升降结构和开合结构由弹力转动轴(8)连接，弹力转动轴(8)也控制着四个保护爪(4)的开合；保护侧臂(2)的内侧与要保护的静力触探探杆(9)外壁相匹配；在保护侧臂(2)的内侧设置有滑槽(6)，上部电磁铁(5)和下部电磁铁(7)分别固定在滑槽(6)的上部和下部；每个保护爪(4)外表面平滑，四个保护爪(4)合围之后外表面形成圆锥面；保护爪(4)包括转动头(14)与保护片(16)两部分。

技术领域

本发明涉及土工原位测试领域，一种可以使静力触探仪穿越坚硬土层的探头保护装置，适用于工程勘察。

背景技术

孔压静力触探(CPTU)是将一定规格的圆锥形探头按照设定的速率匀速贯入到土体中，根据测量的锥尖阻力q_c、侧壁摩阻力f_s和孔隙水压力u随深度的变化情况，通过经验校正公式得到各土层的物理力学性质指标，如不排水抗剪强度、压缩模量、超固结比、渗透系数等。静力触探一般适用于软土、黏性土、粉土和砂土等，但不适用于砾石、碎石等坚硬土层，一方面是因为在贯入坚硬土层时探头容易破损，另一方面是由于所需的贯入力太大难以贯入。因为静力触探探头造价较高，在贯入坚硬土层时应对探头进行保护，使其具有较长的使用寿命。针对现有的静力触探探头在贯入较硬土层时容易发生磨损与破坏的问题，发明了一种可以使静力触探仪穿越坚硬土层的探头保护装置。

发明内容

本专利发明了一种能够在静力触探仪贯入坚硬土层时有效保护静力触探探头的保护装置，从而增加静力触探探头的使用寿命，同时保护套筒形成的扩孔效应也能降低静力触探所需的贯入力，解决静力触探不适用于贯入砾石、碎石等坚硬土层的问题。技术方案如下：

一种可以使静力触探仪穿越坚硬土层的探头保护装置，包括升降结构和开合结构两部分，其特征在于，升降结构包括保护侧臂2、上部电磁铁5、下部电磁铁7；开合结构包括可以合围在一起的保护爪4和弹力转动轴8；升降结构和开合结构由弹力转动轴8连接，弹力转动轴8也控制着四个保护爪4的开合；

保护侧臂2的内侧与要保护的静力触探探杆9外壁相匹配；在保护侧臂2的内侧设置有滑槽6，上部电磁铁5和下部电磁铁7分别固定在滑槽6的上部和下部；

每个保护爪4外表面平滑，四个保护爪4合围之后外表面形成圆锥面；保护爪4包括转动头14与保护片16两部分；

弹力转动轴8包括刚性的轴17与位于轴17外表面的扭转弹簧18两部分，扭转弹簧18可以绕着轴17发生扭转；弹力转动轴8的两端分别连接在保护侧臂2下部以及保护爪4上部之间，自然状态下，扭转弹簧18未发生形变，弹力转动轴8无弹力，保护爪4呈合并状态；保护爪4呈张开状态时扭转弹簧18发生形变，弹力转动轴积聚弹力。

进一步地，保护片16的内表面是模拟设计的曲面，该曲面使保护片16中部及靠顶部内表面贴合于圆柱形的静力触探探杆9侧壁，保护片16翼侧贴合于静力触探探头10。

进一步地，在静力触探探杆9的同一高度处固定有铁质物11，铁质物11位置与滑槽6相对应；在静力触探正常贯入过程中，上部电磁铁5反向通电产生对探杆9上铁质物11的排斥力，下部电磁铁7正向通电产生对探杆9上铁质物11的吸引力，在磁力作用下，铁质物11与下部电磁铁7接触；当根据静力触探仪测量的锥尖阻力大于预设上限，判断静力触探探头10遇到坚硬土层时，上部电磁铁5正向通电产生吸引力，下部电磁铁7反向通电产生排斥力，保护侧臂2沿着滑槽6下降，铁质物11与上部电磁铁5接触，保护爪4也在弹力的作用下闭合，保护爪4内侧贴合静力触探探头10，外侧形成闭合的圆锥面。

进一步地，各个保护侧臂2通过上部连接环1和下部连接环3固定连接。

附图说明

图1是正常贯入状态时保护装置示意图；