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1、10申请公布号CN103233453A43申请公布日20130807CN103233453ACN103233453A21申请号201310135806722申请日20130418E02D1/0020060171申请人天津大学地址300072天津市南开区卫津路92号72发明人丁红岩练继建张浦阳刘润74专利代理机构天津市北洋有限责任专利代理事务所12201代理人琪琛54发明名称一种原位土体勘察装置及勘察方法57摘要本发明公开了一种原位土体勘察装置及勘察方法，勘察装置包括底端固定安装有锥体测头的空心杆件，空心杆件和锥体测头侧壁均安装有土压力计和孔隙水压力计，锥体测头的底部尖端开设有进出水口，进出水口。
2、密封连接有穿出空心杆件顶端的水路管线；勘察方法是先按一定速度将勘察装置压入并采集传感器数据；然后打开水泵，按同样速度下沉勘察装置，再次采集传感器数据；最后分别给出自重下沉和吸力下沉的下沉阻力。本发明的勘察装置和勘察方法模拟了吸力式基础下沉过程中土体所受到的扰动过程，考虑了吸力式基础下沉施工工艺对土体强度的影响，所测得到土体端阻力和侧模阻力能够更准确的反映吸力式基础在特殊施工工艺下的下沉阻力。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CN103233453ACN103233453A1/1页21一种原。
3、位土体勘察装置，其特征在于，包括顶端封闭的空心杆件，所述空心杆件的底端固定安装有空心结构的锥体测头，所述空心杆件和所述锥体测头侧壁均安装有径向均布的土压力计和径向均布的孔隙水压力计，所述土压力计和所述孔隙水压力计分别由上到下直线对齐且间距相等；所述锥体测头的底部尖端开设有进出水口，所述进出水口密封连接有穿出所述空心杆件顶端的水路管线，所述水路管线与所述空心杆件顶部密封连接。2根据权利要求1所述的一种原位土体勘察装置，其特征在于，所述空心杆件的长度为10M60M、外径为10CM30CM。3根据权利要求1所述的一种原位土体勘察装置，其特征在于，每至少四个所述土压力计和每至少四个所述孔隙水压力计在空。
4、心杆件的同一高度径向均布，并且同一高度的所述土压力计和所述孔隙水压力计间隔设置。4根据权利要求1所述的一种原位土体勘察装置，其特征在于，所述空心杆件上的所述土压力计的上下间距和所述孔隙水压力的上下间距均为05M1M。5根据权利要求1所述的一种原位土体勘察装置，其特征在于，所述锥体测头上的所述土压力计的上下间距和所述孔隙水压力的上下间距均为5CM10CM。6根据权利要求1所述的一种原位土体勘察装置，其特征在于，所述进出水口的直径为110MM。7根据权利要求1所述的一种原位土体勘察装置，其特征在于，所述进出水口设置有加筋土工布。8一种利用如权利要求中17中任一项所述原位土体勘察装置的勘察方法，其特。
5、征在于，包括如下步骤（1）按001MM/S10MM/S的速度将所述原位土体勘察装置下沉，同时所述土压力计采集第一土压力数据、所述孔隙水压力计采集第一水压力数据；根据所述第一土压力数据和所述第一水压力数据，按照勘察规范确定基础自重下沉过程的端阻力建议值Q1和侧模阻力建议值F1，得出自重下沉阻力QD1F1ASQ1AP，其中AS1为自重下沉过程的基础入土侧面积，AP为基础底端端面积；（2）打开水泵，使水流沿所述进出水口流出或吸入，按001MM/S10MM/S的速度将所述原位土体勘察装置下沉，利用所述土压力计采集第二土压力数据、所述孔隙水压力计采集第二水压力数据，所述水泵的压力设置为与基础吸力下沉施工。
6、过程中相同的水压；根据所述第二土压力数据和所述第二水压力数据，按照勘察规范确定基础吸力下沉过程的端阻力建议值Q2和侧模阻力建议值F2，吸力下沉阻力QD2F2ASQ2AP，其中AS2为吸力下沉过程的基础入土侧面积，AP为基础底端端面积。9根据权利要求8所述的一种原位土体勘察方法，其特征在于，步骤（1）中勘察装置下沉的深度至少为一倍的基础高度。10根据权利要求8所述的一种原位土体勘察方法，其特征在于，步骤（2）中勘察装置下沉的深度至少为二倍的基础高度。11根据权利要求8所述的一种原位土体勘察方法，其特征在于，步骤（2）中的水泵压力为10M10M水头。权利要求书CN103233453A1/3页3一种。
7、原位土体勘察装置及勘察方法技术领域0001本发明涉及一种基础土壤的现场勘测技术，具体的说，是涉及一种可原位勘测土体参数的装置和方法。背景技术0002土体勘察是结构物基础设计前的必要步骤，可以为基础设计提供必要的土质参数，土体勘察的准确性直接影响到结构物基础的安全度。0003目前在海洋工程中，土体勘察方法主要包括取芯法、十字板法和CPT静力触探等方法。取芯法取得的土样一般要在土工试验室进行土体参数的确定，所用到的土体约束条件和现场土体的实际受力状态往往有较大差别。十字板法和CPT法虽然是现场勘查方法，但所用勘察工具和方法与实际结构物基础下沉施工和使用状态的受力情况不甚相同，得到的参数往往还需由经。
8、验系数换算取得。0004综上所述，现有的土体勘测方法所使用的勘探设备和勘测方法通常和海洋工程中的基础型式相差较远，往往出现勘测结果不够精确的问题。特别是当吸力式基础，例如筒型基础、箱筒型基础、吸力锚等出现后，其特殊的借助吸力下沉的施工方法会对基础周围土体产生一定影响。吸力式基础施工过程通常包括自重下沉和吸力下沉两个过程，自重下沉是依靠结构重量下沉一定的深度而达到重力和阻力平衡的过程，同时形成与土体的密闭条件；然后通过潜水泵等设备抽水/气进行吸力下沉，使得基础内外产生压力差克服下沉阻力继续下沉到位。0005由于吸力式基础通过基础内部抽水/气造成的基础内外压力差进行下沉，因此基础周围土体会在吸力作。
9、用下产生渗流现象，破坏土体原状结构，而下沉结束后，土体又会产生重塑现象。如果不考虑施工效应，直接利用针对原状土的勘测方法指导吸力式基础设计将出现较大误差。发明内容0006本发明要解决的是现有海洋工程中的土体勘测方法应用于吸力式基础时，勘测结果不够精确的技术问题，提供一种原位土体勘察装置及勘察方法。0007为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现0008一种原位土体勘察装置，包括顶端封闭的空心杆件，所述空心杆件的底端固定安装有空心结构的锥体测头，所述空心杆件和所述锥体测头侧壁均安装有径向均布的土压力计和径向均布的孔隙水压力计，所述土压力计和所述孔隙水压力计分别由上到下直线对齐且间距。
10、相等；所述锥体测头的底部尖端开设有进出水口，所述进出水口密封连接有穿出所述空心杆件顶端的水路管线，所述水路管线与所述空心杆件顶部密封连接。0009所述空心杆件的长度为10M60M、外径为10CM30CM。0010每至少四个所述土压力计和每至少四个所述孔隙水压力计在空心杆件的同一高度径向均布，并且同一高度的所述土压力计和所述孔隙水压力计间隔设置。说明书CN103233453A2/3页40011所述空心杆件上的所述土压力计的上下间距和所述孔隙水压力的上下间距均为05M1M。0012所述锥体测头上的所述土压力计的上下间距和所述孔隙水压力的上下间距均为5CM10CM。0013所述进出水口的直径为110。
11、MM。0014所述进出水口设置有加筋土工布。0015一种利用上述原位土体勘察装置的勘察方法，包括如下步骤0016（1）按001MM/S10MM/S的速度将所述原位土体勘察装置下沉，同时所述土压力计采集第一土压力数据、所述孔隙水压力计采集第一水压力数据；0017根据所述第一土压力数据和所述第一水压力数据，按照勘察规范确定基础自重下沉过程的端阻力建议值Q1和侧模阻力建议值F1，得出自重下沉阻力QD1F1ASQ1AP，其中AS1为自重下沉过程的基础入土侧面积，AP为基础底端端面积；0018（2）打开水泵，使水流沿所述进出水口流出或吸入，按001MM/S10MM/S的速度将所述原位土体勘察装置下沉，利。
12、用所述土压力计采集第二土压力数据、所述孔隙水压力计采集第二水压力数据，所述水泵的压力设置为与基础吸力下沉施工过程中相同的水压；0019根据所述第二土压力数据和所述第二水压力数据，按照勘察规范确定基础吸力下沉过程的端阻力建议值Q2和侧模阻力建议值F2，吸力下沉阻力QD2F2ASQ2AP，其中AS2为吸力下沉过程的基础入土侧面积，AP为基础底端端面积。0020其中，步骤（1）中勘察装置下沉的深度至少为一倍的基础高度。0021其中，步骤（2）中勘察装置下沉的深度至少为二倍的基础高度。0022其中，步骤（2）中的水泵压力为10M10M水头。0023本发明的有益效果是0024本发明的勘察装置和勘察方法模。
13、拟了吸力式基础下沉过程中土体所受到的扰动过程，考虑了吸力式基础下沉施工工艺对土体强度的影响，所测得到土体端阻力和侧模阻力能够更准确的反映吸力式基础在特殊施工工艺下的下沉阻力。附图说明0025图1是本发明所提供的原位土体勘察装置的结构示意图；0026图2是图1的AA截面图。0027图中1，空心杆件；2，锥体测头；3，土压力计；4，孔隙水压力计；5，进出水口；6，水路管线。具体实施方式0028为能进一步了解本发明的发明内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下0029如图1至图2所示，本实施例披露了一种原位土体勘察装置，主要由空心杆件1、锥体测头2、土压力计3、孔隙水压力计4和水路。
14、管线6构成。0030空心杆件1为顶端封闭的空心圆杆，通常情况下，其长度为10M60M，外径为10CM30CM。当勘测深度超过单个空心杆件1的长度时，可通过续接其他空心杆件1加长。说明书CN103233453A3/3页50031空心杆件1侧壁安装有多个土压力计3和孔隙水压力计4，每四个土压力计3和每四个孔隙水压力计4在空心杆件1的同一高度径向均布，并且同一高度的土压力计3和孔隙水压力计4间隔设置。土压力计3由上到下直线对齐；孔隙水压力计4由上到下直线对齐，并且上下相邻两个土压力计3和上下相邻两个孔隙水压力计4的间距相等，间距均为05M1M。0032锥体测头2同样为空心结构，其锥体尖端向下地安装于。
15、空心杆件1下端口，可以通过螺丝扣或螺栓与空心杆件1固定连接。锥体测头2侧壁也径向均布地安装有土压力计3和孔隙水压力计4，其上的土压力计3和孔隙水压力计4分别与空心杆件1上的土压力计3和孔隙水压力计4对齐布置，并且锥体测头2上的上下相邻两个土压力计3和上下相邻两个孔隙水压力计4的间距相等，间距均为5CM。0033锥体测头2的尖端开设有进出水口5，进出水口5的直径通常为110MM。进出水口5通过螺栓固定有加筋土工布，用于防止土体进入到锥体测头2以及空心杆件1内腔。进出水口5与水路管线6密封连接，水路管线6由进出水口5沿锥体测头2和空心杆件1延伸到空心杆件1顶端并穿出，与水泵相连接；水路管线6与空心。
16、杆件1顶部也密封连接。0034利用上述勘察装置的原位土体勘察方法，具体步骤如下0035（1）第一次勘察按001MM/S10MM/S的速度，利用液压加载设备将本勘察装置压入海床内，同时土压力计3采集第一土压力数据、孔隙水压力计4采集第一水压力数据。勘察装置压入的勘察深度至少为一倍的基础高度，勘察深度是指勘察装置锥体测头底端至海床表面的距离。0036根据第一土压力数据和第一水压力数据，按照现行勘察规范（如我国海洋工程或挪威船级社相关土工试验和基础规范）的计算方法，可以确定基础自重下沉过程的端阻力建议值Q1和侧模阻力建议值F1，从而得出基础的自重下沉阻力QD1F1ASQ1AP，其中AS1为自重下沉过。
17、程的基础入土侧面积，AP为基础底端端面积。0037（2）第二次勘察打开水泵，水流沿锥体测头2底端的进出水口5流出或吸入，仍按001MM/S10MM/S的速度重新将本勘察装置下沉，利用土压力计3采集第二土压力数据、孔隙水压力计4再次采集第二水压力数据。第二次勘察中勘察装置压入的勘察深度至少为二倍的基础高度，勘察深度是指勘察装置锥体测头底端至海床表面的距离。0038其中水泵的压力设置为与吸力式基础的吸力下沉施工过程相同的水压，该压力一般为10M10M水头。0039根据第二土压力数据和第二水压力数据，按照现行勘察规范（如我国海洋工程或挪威船级社相关土工试验和基础规范）的计算方法，可以确定基础吸力下沉过程的端阻力建议值Q2和侧模阻力建议值F2，从而得出基础的吸力下沉阻力QD2F2ASQ2AP，其中AS2为吸力下沉过程的基础入土侧面积，AP为基础底端端面积。0040尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。说明书CN103233453A1/1页6图1图2说明书附图CN103233453A。