用于十字板试验与取样的一体化装置及使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于十字板试验与取样的一体化装置及使用方法，该装置包括以下组件：筒体，其上端可与钻杆相连接；升降电机，固定安装在筒体内；丝杆，与所述升降电机相连接，并与一固定在所述筒体内的螺母相配合；扭转电机，连接在所述丝杆的下端；十字板头，通过轴杆与扭转电机相连接；取样筒，可拆卸地安装在所述筒体的下端。本发明专利技术既能获取原状土试样，又能完成现场十字板试验，甚至进一步地还可以同时测得天然土体的孔隙水压力，达到一钻多能，实现降低勘探成本之目的。本发明专利技术在钻杆下端的筒体内设置升降电机和扭转电机，就近连接十字板头，可以获得更真实的天然土体抗剪强度值。

【技术实现步骤摘要】
用于十字板试验与取样的一体化装置及使用方法
本专利技术涉及岩土工程勘查
，具体涉及一种用于十字板试验与取样的一体化装置，该装置既能取得原状土样，又能测得天然土体十字板试验强度值和孔隙水压力值。
技术介绍
在工程地质勘探中，要想得到土的物理与力学指标，目前主要依靠钻探取样室内试验获得。但在取样时，土样与取样筒内壁存在摩擦；室内试验时，推土过程将再次造成土样与取样筒间摩擦，以致应力松弛后再压缩，造成所获得的力学强度指标失真。十字板剪切试验是现场通过插入土中的十字板头施加扭力，使十字板头在土中等速扭转直至土体剪损，测出旋转时圆筒体表面所形成的最大扭矩，从而计算出土的不排水抗剪强度cu值。前者，能够获取较为真实的物理数据；后者，能够得到真实的力学强度指标。现有的作业模式，先在待测场地钻孔，然后从孔内放入取土器取样或放入十字板头实施原位试验，如何一次钻孔，既能取到原状土样，又能完成十字板剪切试验，这一难题长期困扰岩土工程界。现有技术中公开了部分类似解决方案，如申请号为201110132843.3的中国专利技术专利公开了一种“一种勘测用十字板剪力仪”，提出主轴外侧套装密封的保护套管，使保护套管下端固接在十字板上，扭转时工作主轴不与泥土摩擦，从而提高十字板试验测量精度。另，中国专利技术专利CN104458445A公开了“一种原位土体孔内剪切试验装置及试验方法”，利用钻机钻孔后将试验装置放入孔底，施加气压带动剪切筒鼓胀，使土体固结；施加液压带动剪切刀剪切土体，使土体剪切破坏，通过计算得到原位土体的抗剪强度指标。上述技术中，前者十字板剪切试验针对钻杆施压，将传感器代替传统试验方法，使测得的土体抵抗扭矩读数精度提高。现实中，处于地面或平台上的十字板剪切仪，对钻杆一端施加扭矩传递到远端十字板头上，会产生弯曲或扭曲等弹性变形，以及钻杆与孔壁的部分摩擦，孔越深则钻杆越长弹性变形越大，造成所获得的十字板试验数据失真。后者充分利用钻孔，采用原位土体孔内剪切方法获得土的天然强度指标，但无法同步获取土的含水量、孔隙比等物理指标及孔隙水压力。随着岩土工程建筑、桥梁、码头、人工岛隧等基础深度不断延伸，人们越来越期待一种低成本、高质量同步完成取样、十字板试验、测得孔隙水压力的综合装置。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种用于十字板试验与取样的一体化器装置，既能取样，又能进行十字板剪切试验，实现一钻多能，以克服现有技术的缺陷。为了解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种用于十字板试验与取样的一体化装置，包括以下组件：筒体，其上端可与钻杆相连接；升降电机，固定安装在筒体内；丝杆，与所述升降电机相连接，并与一固定在所述筒体内的螺母相配合；扭转电机，连接在所述丝杆的下端；十字板头，通过轴杆与扭转电机相连接；取样筒，可拆卸地安装在所述筒体的下端。优选地，还包括控制装置，所述升降电机、扭转电机均与控制装置相连接。更优地，所述十字板头的下端安装有孔隙水压力传感器，所述孔隙水压力传感器也与控制装置相连接。更优地，所述轴杆上安装有扭矩传感器，所述扭矩传感器也与控制装置相连接。优选地，所述丝杆、轴杆和十字板头的中心均设有供电缆穿过的通孔。优选地，所述筒体的内部具有横隔板，所述升降电机固定在横隔板上，横隔板上设有供丝杆穿过的通孔。更优地，所述横隔板将筒体的内腔分为上腔室和下腔室，所述横隔板上还设有连通上腔室和下腔室的下水孔。更优地，所述扭转电机的上端固定有可以封堵所述下水孔的密封垫。本专利技术同时还提供一种上述用于十字板试验与取样的一体化装置的使用方法，包括以下步骤：A、首先在勘探点用钻机钻孔至设计深度，然后将本专利技术的一体化装置连接在钻杆下端，放入孔底；B、接着启动升降电机带动丝杆旋转，使扭转电机与十字板头一起向下移动，直至十字板头插入到设定深度；然后进行十字板试验，启动扭转电机带动十字板头旋转，由设置在轴杆上的扭矩传感器测出十字板头在原状土体中的扭转力矩；再测出十字板头在扰动土体中的扭转力矩；C、十字板试验完成后，启动升降电机反向转动，使扭转电机与十字板头一起向上移动，回到取样筒的上方；将冲洗液沿钻杆注入筒体内腔至孔底，并从筒体外部与孔壁之间流出，孔底的土颗粒逐渐随冲洗液流到孔的外部，冲洗液伴随着钻杆反复升降冲击，将上述十字板试验后形成的扰动区土体清洗掉，直至孔底位于原始土体上；D、钻机采用压入法或击入法将筒体下端的取样筒贯入土中，完成原状土取样，最后钻机提升钻杆，直至本专利技术的一体化装置提升到地面，取下取样筒，并封装处理。优选地，所述十字板头的下端还安装有孔隙水压力传感器，在步骤B中，当十字板头插入到设定深度后，先测出孔隙水压力值，再进行十字板试验。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术将十字板试验装置与取样装置巧妙地集成为一体，既能获取原状土试样，又能完成现场十字板试验，甚至进一步地还可以同时测得天然土体的孔隙水压力，达到一钻多能，实现降低勘探成本之目的。(2)本专利技术在钻杆下端的筒体内设置升降电机和扭转电机，并由扭转电机就近连接十字板头，消除了现有技术通过钻杆进行扭矩传递产生扭曲弹性变形而造成数据失真之缺陷，从而可以获得更真实的天然土体抗剪强度值。(3)本专利技术在控制装置的控制下，可以大幅提升测试精度；不但满足现有的中国岩土工程勘察类规范，同时也适用于欧美常用勘察规范要求。附图说明图1为本专利技术一种用于十字板试验与取样的一体化装置的整体结构示意图。图2为本专利技术一种用于十字板试验与取样的一体化装置的结构分解示意图。图3为本专利技术一体化装置进行十字板试验时的状态示意图。图4为本专利技术一体化装置的取样筒拆卸示意图。图5为本专利技术一体化装置中孔隙水装置的结构分解示意图。图6为本专利技术一体化装置使用方法的作业流程示意图。图中标号说明：10电缆绳；11筒体；12丝杆；13升降电机；14横隔板；15扭转电机；16十字板头；17接头；18螺钉；19下水孔；21螺母；22内螺纹；23外螺纹；24法兰；25密封垫；26轴杆；27半圆筒；28孔隙水装置；29管靴；40螺纹适配器；41透水环；42锥尖；50取样筒；51水龙头；52钻杆；53接箍；54筒盖；55试样。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本专利技术，而并非对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。如图1、图2所示，本专利技术一种用于十字板试验与取样的一体化装置，包括一个筒体11，其上端设有接头17，可通过接箍53与钻杆52(参见图6)螺纹旋紧连接；筒体11的内腔中固定安装一个升降电机13，一种优选结构是在筒体11的内部设置横隔板14，将升降电机13固定在横隔板14的上方。升降电机13与一根丝杆12相连接，丝杆12穿过横隔板14上的通孔，其下端通过法兰24与一个扭转电机15相连接，另外丝杆12还与一螺母21相配合，螺母21固定在筒体12内，优选地，螺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于十字板试验与取样的一体化装置，其特征在于，包括以下组件：筒体，其上端可与钻杆相连接；升降电机，固定安装在筒体内；丝杆，与所述升降电机相连接，并与一固定在所述筒体内的螺母相配合；扭转电机，连接在所述丝杆的下端；十字板头，通过轴杆与扭转电机相连接；取样筒，可拆卸地安装在所述筒体的下端。

【技术特征摘要】
1.一种用于十字板试验与取样的一体化装置，其特征在于，包括以下组件：筒体，其上端可与钻杆相连接；升降电机，固定安装在筒体内；丝杆，与所述升降电机相连接，并与一固定在所述筒体内的螺母相配合；扭转电机，连接在所述丝杆的下端；十字板头，通过轴杆与扭转电机相连接；取样筒，可拆卸地安装在所述筒体的下端。2.根据权利要求1所述的一体化装置，其特征在于，还包括控制装置，所述升降电机、扭转电机均与控制装置相连接。3.根据权利要求2所述的一体化装置，其特征在于，所述十字板头的下端安装有孔隙水压力传感器，所述孔隙水压力传感器也与控制装置相连接。4.根据权利要求2所述的一体化装置，其特征在于，所述轴杆上安装有扭矩传感器，所述扭矩传感器也与控制装置相连接。5.根据权利要求1所述的一体化装置，其特征在于，所述丝杆、轴杆和十字板头的中心均设有供电缆穿过的通孔。6.根据权利要求1所述的一体化装置，其特征在于，所述筒体的内部具有横隔板，所述升降电机固定在横隔板上，横隔板上设有供丝杆穿过的通孔。7.根据权利要求6所述的一体化装置，其特征在于，所述横隔板将筒体的内腔分为上腔室和下腔室，所述横隔板上还设有连通上腔室和下腔室的下水孔。8.根据权利要求7所述的一体化装置，其特征在于，所述扭转电...

【专利技术属性】
技术研发人员：成利民，胡建平，李孝杰，陶旭光，王年喜，吴朝东，
申请(专利权)人：中交第三航务工程勘察设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31