用于海底浅层土体的自落式孔压动力触探装置.pdf

1、10申请公布号CN104164860A43申请公布日20141126CN104164860A21申请号201410396532122申请日20140812E02D1/0020060171申请人东南大学地址210096江苏省南京市四牌楼2号72发明人林军蔡国军耿功巧74专利代理机构南京苏高专利商标事务所普通合伙32204代理人柏尚春54发明名称用于海底浅层土体的自落式孔压动力触探装置57摘要本发明公布了一种用于海底浅层土体勘察的自落式孔压动力触探装置，该自落式孔压动力触探装置包括从上至下顺序设置的第三落锤163、第二落锤162、第一落锤161、稳定尾翼15、探杆；在探杆下筒体18外设有侧壁摩擦套

2、筒7，在侧壁摩擦套筒7的内侧壁上设有摩擦套管传感器5，在探杆下筒体18中间设有孔隙水压力传感器4、锥尖压力传感器6、温度补偿传感器8及测斜传感器9；在探杆上筒体17中间设有孔隙水压力传感器12和加速度传感器13，探杆尾部即探杆上筒体17的上部与稳定尾翼15相连，该自落式孔压动力触探设备适用于各种深度的海底浅层原位动力测试，可原位测试各种土层的参数，具有快速、准确、经济等特点。51INTCL权利要求书1页说明书3页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图1页10申请公布号CN104164860ACN104164860A1/1页21一种用于海底浅层土体的

3、自落式孔压动力触探装置，其特征在于该自落式孔压动力触探装置包括从上至下顺序设置的第三落锤163、第二落锤162、第一落锤161、稳定尾翼15、探杆；所述的探杆包括从上至下顺序设置的探杆上筒体17、中部扩孔器10、探杆下筒体18，在所述探杆的最下端设有锥尖1，在锥尖1与探杆下筒体18之间设有第一孔压过滤环2，在探杆上筒体17与中部扩孔器10之间设有第二孔压过滤环11，在探杆下筒体18外设有侧壁摩擦套筒7，在侧壁摩擦套筒7的上下两端设有第一密封圈31和第二密封圈32，在侧壁摩擦套筒7的内侧壁上设有摩擦套管传感器5，在探杆下筒体18中间设有孔隙水压力传感器4、锥尖压力传感器6、温度补偿传感器8及测斜

4、传感器9；在探杆上筒体17中间设有孔隙水压力传感器12和加速度传感器13，探杆尾部即探杆上筒体17的上部与稳定尾翼15相连，稳定尾翼15与带有自动激发坠落装置的第一落锤161、第二落锤162、第三落锤163相连，整个动力触探设备由同轴电缆14与上部相连传输信号。2根据权利要求1所述的用于海底浅层土体的自落式孔压动力触探装置，其特征在于所述的第三落锤163、第二落锤162、第一落锤161相同，其外径小于扩孔器10的外径。权利要求书CN104164860A1/3页3用于海底浅层土体的自落式孔压动力触探装置技术领域0001本发明涉及一种海底浅层土体勘察的自落式孔压动力触探设备，属于海洋岩土工程原位测

5、试领域中一种动力触探设备。背景技术0002海底土体的工程性质如不排水抗剪强度、压缩指数和渗透系数等受到许多因素影响，如海底土体的颗粒级配，重度、有效应力历史及原位土体的孔隙水压力等因素。海底土体的这些工程性质通常与土体的原位应力历史及孔隙水压力有关，在常规海洋勘察过程中，由于应力扰动，常规钻孔取样很难获得海底土体的孔隙水压力及土体的原位应力历史，所测的海底土体的物理力学性质指标往往不能代表土层的原始状态指标，大大降低了土体参数的工程应用价值。0003本发明提出了一种适用于各种深度的海底浅层土体原位孔压动力触探装置，可准确获得海底浅层土体的原位测试参数，也可以测得土体扰动后的土体参数，可全面准确

6、了解海底浅层土体工程性质，有效缩短海底土体工程地质勘查评价周期，降低海洋工程勘察成本。发明内容0004技术问题本发明要解决的技术问题是针对目前国内尚无快速评价海底浅层土体力学性质原位测试的海洋勘察设备，开发了一种适用于各种深度的海底浅层土体的自落式原位孔压动力触探装置。0005技术方案本发明的一种用于海底浅层土体的自落式孔压动力触探装置包括从上至下顺序设置的第三落锤、第二落锤、第一落锤、稳定尾翼、探杆；所述的探杆包括从上至下顺序设置的探杆上筒体、中部扩孔器、探杆下筒体，在所述探杆的最下端设有锥尖，在锥尖与探杆下筒体之间设有第一孔压过滤环，在探杆上筒体与中部扩孔器之间设有第二孔压过滤环，在探杆下

7、筒体外设有侧壁摩擦套筒，在侧壁摩擦套筒的上下两端设有第一密封圈和第二密封圈，在侧壁摩擦套筒的内侧壁上设有摩擦套管传感器，在探杆下筒体中间设有孔隙水压力传感器、锥尖压力传感器、温度补偿传感器及测斜传感器；在探杆上筒体中间设有孔隙水压力传感器和加速度传感器，探杆尾部即探杆上筒体的上部与稳定尾翼相连，稳定尾翼与带有自动激发坠落装置的第一落锤、第二落锤、第三落锤相连，整个动力触探设备由同轴电缆与上部相连传输信号。0006所述的第三落锤、第二落锤、第一落锤相同，其外径小于扩孔器的外径。0007有益效果本发明解决了国内尚无适用于各种深度的海洋原位孔压动力触探装置，能够快速准确的获得不同深度的海底浅层土体原

8、位测试参数，受天气和海洋波浪影响较小，可有效缩短深浅层土体海勘察周期，降低勘察成本。附图说明说明书CN104164860A2/3页40008图1是本发明的总体装置示意图；0009其中有锥尖1、第一孔压过滤环2、第一密封圈31、第二密封圈32、第一孔隙水压力传感器4、摩擦套管传感器5、锥尖压力传感器6、侧壁摩擦套筒7、测斜传感器8、温度补偿传感器9、中部扩孔器10、第二孔压过滤环11、第二孔隙水压力传感器12、加速度传感器13、同轴电缆14，稳定尾翼15、带有自动激发坠落装置的第一落锤161、第二落锤162、第三落锤163、探杆上筒体17、探杆下筒体18。具体实施方式0010下面结合附图与实施例

9、对本发明作进一步说明。0011本发明的自落式孔压动力触探装置包括从上至下顺序设置的第三落锤163、第二落锤162、第一落锤161、稳定尾翼15、探杆；所述的探杆包括从上至下顺序设置的探杆上筒体17、中部扩孔器10、探杆下筒体18，在所述探杆的最下端设有锥尖1，在锥尖1与探杆下筒体18之间设有第一孔压过滤环2，在探杆上筒体17与中部扩孔器10之间设有第二孔压过滤环11，在探杆下筒体18外设有侧壁摩擦套筒7，在侧壁摩擦套筒7的上下两端设有第一密封圈31和第二密封圈32，在侧壁摩擦套筒7的内侧壁上设有摩擦套管传感器5，在探杆下筒体18中间设有孔隙水压力传感器4、锥尖压力传感器6、温度补偿传感器8及测

10、斜传感器9；在探杆上筒体17中间设有孔隙水压力传感器12和加速度传感器13，探杆尾部即探杆上筒体17的上部与稳定尾翼15相连，稳定尾翼15与带有自动激发坠落装置的第一落锤161、第二落锤162、第三落锤163相连，整个动力触探设备由同轴电缆14与上部相连传输信号。0012所述的两个孔压过滤环厚度为5MM。0013所述的孔隙水压力传感器最大量程3MPA，分辨率100PA。0014所述的加速度传感器灵敏度50PC/G，冲击极限5000G。0015所述的扩孔器为圆柱台体，锥角60，上部直径72MM，下部直径36MM。0016所述的稳定尾翼为十字板型，每一翼片高度50MM，宽度40MM。0017所述的

11、落锤每个质量为10KG，落距为100MM，外径60MM。0018当到达预定勘察地点时，将自落式孔压动力触探装置整体浸没在海水中，时间大于五分钟，使第一孔压过滤环2和第二孔压过滤环11达到饱和状态，固定好第一落锤161、第二落锤162、第三落锤163。孔压动力触探装置在钢丝绳牵引下以2M/S的速度自由坠落至海底，在孔压动力触探装置贯入海底土体过程中，可测得锥尖1的阻力、第一孔压过滤环2和第二孔压过滤环11的孔隙水压力、侧壁摩擦套筒7的摩擦力、测斜传感器8的倾斜度及加速度传感器13的加速度；当装置停止贯入时，进行孔压消散试验，可分别测得第一孔压过滤环2和第二孔压过滤环11的孔压消散时间T50；孔压

12、消散试验结束后，激发第一落锤161自由下落，锤击孔压动力触探装置继续贯入，贯入过程中继续记录锥尖1的阻力、第一孔压过滤环2和第二孔压过滤环11的孔隙水压力、侧壁摩擦套筒7的摩擦力、测斜传感器8的倾斜度及加速度传感器13的加速度，当装置停止贯入时，可以测得土体的孔压消散时间T50；顺序激发第二落锤162和第三落锤163重复上述步骤进行孔压动力触探试验。0019在贯入过程中，由于稳定尾翼15的存在，使得第一落锤161、第二落锤162、第三落锤163作用时保持孔压动力触探装置的稳定。说明书CN104164860A3/3页50020其中，第一孔压过滤环2测得的孔压消散时间T50相当于原位土体的消散数据。第二孔压过滤环11测得的孔压消散时间T50为中部扩孔器10扩孔扰动后的消散数据。0021对测斜传感器8及加速度传感器13测试数据进行数值计算可获得最终的贯入深度。锥尖1的阻力、第一孔压过滤环2和第二孔压过滤环11的孔隙水压力、侧壁摩擦套筒7的摩擦力及第一孔压过滤环2和第二孔压过滤环11的孔压消散时间T50测试数据可以用来对海底土体进行原位土体及扰动后土体的工程特性评价。说明书CN104164860A1/1页6图1说明书附图CN104164860A