[发明专利]土壤检测装置

说明书

相关申请

本申请基于下述这些申请，申请日为1997年6月11日、申请号为60/049,341的临时申请，申请日为1997年9月22日、申请号为60/059,463的临时申请，以及申请日为1998年4月16日、申请号为60/081,917的临时申请。

发明领域

本发明总体涉及土壤检测技术。

发明背景

确定诸如土壤的耐溶解性、土壤的降解特性、弱度剪切形变时的切变模量、以及剪切形变时的切变模量的变化这样一些性质常常是重要的。一般来说，这些土壤性质以及其它一些性质对于分析来说是必需的，这些分析要预测地基或基础结构系统对于地震、海浪、或机械振动所引起的动力负荷的反应。

可通过现场检测来确定土壤性质。例如，通过透入度检测来确定土壤的耐溶解性，该土壤检测是使一个端部封闭的探头以缓慢可控制的速率钻进地下或通过猛烈的冲击使一个圆柱体进入地下。土壤的耐溶解性与穿入期间探头或圆柱体的阻力有关。

Robert和Wanda Henke的专利US 4,594,899和US 5,203,824中都公开了一种可通过扭转激发土壤来测量土壤的耐溶解性的技术。在这些专利中，所说明的检测装置包括一对穿入待检测土壤中的端部开口的同心圆柱体。可给内圆柱体施加一个扭转力，并通过安装在内圆柱体上的传感器来测量土壤中的圆柱体对所施加扭矩的反应。

在这样的土壤检测中，钻出一个到达土壤采样的的钻孔，并使检测装置通过所述钻孔下降，以便检测土壤。检测装置可固定在钻孔中的螺旋土钻上。可使检测装置经受所施加的相当大的力或力矩或者是来自土壤的其它反作用力的作用。这样，固定有检测装置的螺旋土钻可用作反作用装置，以便在检测装置上进行各种操作。

发明概述

一种土壤检测装置包括一个土壤检测圆柱体和一个外壳。提取杆将检测圆柱体和外壳连接，同时使得所述杆、外壳、以及检测圆柱体相互之间能够产生相对轴向运动。

附图简述

图1是所用的一个单独圆柱体探头的一些关键部件的示意图；

图1A是所施加的扭矩与时间的关系图；

图1B是探头的旋转反应与时间的关系图；

图2是夹带有探头的一个埋置的螺旋土钻装置的剖面图；

图3是处于第一个位置的探头的下部的剖面图；

图4是处于第二个位置的探头的下部的剖面图；

图5是处于第三个位置的探头的下部的剖面图；

图6是处于第四个位置的探头的下部的剖面图；

图7是探头圆柱体的下部的断开剖面图；

图8是探头圆柱体的下部的断开剖面图；

图9是通常的螺旋土钻插塞的剖面图；

图10是处于第一个位置的一种改进的螺旋土钻插塞的剖面图；而

图11是处于第二个位置的图10所示插塞的剖面图。

优选实施例的说明

参照图1，使一个单独的圆柱体14钻进螺旋土钻下面的土壤“A”中，这个单独的圆柱体14连接到一个有线线路探头的装有仪器的头部16，该头部16位于一个通常的空心杆式钻探用螺旋土钻12的下端。检测土壤围绕着端部敞开的检测圆柱体14的下部。要进行检测时，将一个选定强度的脉冲扭矩T(图1A)通过一个装有仪器的头部16施加到圆柱体14上一段时间t，以便在检测土壤A中感应出切变应力和应变。装有仪器的头部16和圆柱体14通过以下述一种方式以一个角度θ旋转振动一段时间t来作出反应，所述这种方式呈现为强烈地取决于检测土壤的切变模量和相关的形变参数，就如图1B所示的那样。通过分析模拟检测，从扭矩和旋转参数的测量结果来推出切变模量和相关的参数。在图1B中，硬质土壤的反应曲线17可与软质土壤的反应曲线15进行比较。

参照图2，使处于一个单独的圆柱体扭转柱面剪切检测系统(cylindertorsional cylindrical shear system)18中的一个探头10在使探头圆柱体14钻入待检测土壤中之前被夹持进一个螺旋土钻装置12中。所述探头可包括一个穿入圆柱体20、和一个轴向负荷传感器22以及用以把探头10夹进螺旋土钻装置12中的一些侧向夹具24。