一种微型静力触探探杆制造技术

本发明专利技术公开了一种微型静力触探探杆。压力框架为中空的方形框架，测力传感器置于压力框架内部，测力传感器上端通过贯穿螺栓固定于压力框架内顶面，套筒上端通过带外螺纹圆筒固定连接到压力框架下端并穿设连接于压力框架下端中心的通孔内，导力杆上端穿出套筒后伸入到压力框架内通过半开外螺纹圆筒固定连接到测力传感器的下端，导力杆下端固定有探头，探头位于套筒下端端口处并与套筒之间通过探头O性密封圈密封。本发明专利技术大大降低了采购传感器的成本，简化了探头结构的设计，降低了探头处密封处理的成本，保证了端阻测试结果的稳定性，有利于不损失探杆整体刚度的情况下满足小模型试验要求，增加了本发明专利技术在室外或者室内试验原有设备基础上的适用性。

A micro static penetration probe

The invention discloses a miniature static cone penetration rod. The pressure frame is a hollow square frame. The force sensor is placed inside the pressure frame. The upper end of the force sensor is fixed to the top of the pressure frame through a perforated bolt. The upper end of the sleeve is fixed to the lower end of the pressure frame by a cylinder with an external thread, and the upper end of the guide rod is worn through the upper end of the center of the pressure frame. The sleeve is inserted into the pressure frame to connect to the lower end of the force sensor through a semi open screw cylinder, and the lower end of the guide rod is fixed with a probe. The probe is located at the lower end port of the sleeve and sealed by the probe O sealing ring between the sleeve and the sleeve. The invention greatly reduces the cost of the procurement of sensors, simplifies the design of the probe structure, reduces the cost of the sealing treatment at the probe, ensures the stability of the end resistance test results, and meets the requirements of the small model test without losing the overall stiffness of the probe, and increases the original invention in the outdoor or indoor test. Applicability on the basis of equipment.

【技术实现步骤摘要】
一种微型静力触探探杆
本专利技术涉及岩土工程勘察领域，具体涉及一种微型静力触探探杆。
技术介绍
静力触探是指用静压力以匀速率将装有测力传感器的杆件或者探头压入到土体当中，探头附近一定范围内的土体受到压缩和剪切破坏，同时对探头产生贯入阻力。在贯入过程中，由于埋藏在地层中的各种土的物理力学性质不同，因此，探头遇到的阻力也不同，有的土软，阻力就小，有的土硬，阻力就大。土的软硬正是土的力学性质的一种表现。所以贯入阻力是从一个侧面反应了土的强度。根据这样一种内部联系，我们利用杆件或者探头中的测力传感器，将贯入阻力通过电子量测记录仪表把它显示和记录下来，利用贯入阻力和土的强度之间存在的一定关系，可以确定土层剖面的力学指标，从而划分土层，进行地基土评价、提供浅基承载力、选择桩端持力层和预估单桩承载力等，为设计提供所需参数。此外，静力触探也经常用于室内模型试验，可以根据静力触探的结果评价模型土体的密实度等基本物理参数。静力触探既是一种原位测试手段，也是一种勘探手段，静力触探和常规的钻探、取样、室内试验等勘探程序相比，具有快速、精确、经济和节省人力等特点。静力触探主要适用于粘性土、粉性土和砂性土。静力触探系统主要由两部分组成：一是贯入系统：由加压装置及反力装置组成；二是量测系统：由装在探头中的阻力传感器和量测仪表组成。目前比较常见的静力触探的触探杆是将测力传感器安装在探头当中。例如，专利CN201611092442设计了一种用于海洋静力触探的探头，将测量锥尖阻力的测力传感器安装在探头当中；专利CN201210458273涉及了一种用于野外经历触探试验的探头，将测力的应变片安装探头内部的应变筒中，通过锥尖阻力引起应变筒长度或者直径发生变化、继而通过应变片转化成电信号。将锥尖阻力测力传感器安装在探头当中有几个弊端：一是探头本身尺寸很小，所以安装在探头内部的测力传感器本身体积也必须足够小，因此测力传感器的尺寸选择就受到极大限制，体积小且量程满足在探头内部安装要求的传感器往往价格比较高；同时探头内部的零部件比较多，给探头结构设计造成极大困难，大大提高了探头设计成本；另一方面，当探头贯入到地下水位以下时，必须要严格保证探头的密封性，因为水或者其他液体渗入探头很可能导致锥尖测力传感器的失效；三是由于探头内部结构复杂，因此探头的直径不可能做的很小，如果要达到几毫米的设计要求将会大大增加探头加工和设计的成本。因此目前室外常用的探头直径一般都在30mm以上。然而在室内进行岩土工程模型试验时，由于模型箱尺寸比较小，例如一般模型箱尺寸为长×宽×高＝600mm×400mm×500mm，探头及探杆的直径较大势必由于模型箱壁的边界效应影响静力触探的试验结果(一般要求，模型试验中进行静力触探时，探头中心距离模型箱壁10倍探头直径距离才可以有效避免模型箱边界效应对贯入阻力的影响)，同时还会显著影响模型土体当中其他范围的土体响应，例如在大直径探头贯入过程中会显著影响模型其他地方的超静孔隙水压力变化。因此在模型试验中有必要采用小直径探头来进一步提高试验结果的准确性。基于目前测力传感器安装在探头内部的结构设计特点，目前市场上所谓的“微型”静力触探都不能很好的处理探头小尺寸要求和经济性的要求。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术公开了一种既可以用于室外勘探、也可用于室内模型试验的微型静力触探探杆，主要可用于进行野外地质勘探或者室内模型实验时对土体进行静力触探试验获得土体的物理力学参数。本专利技术采用的技术方案如下：所述的触探杆包括压力框架、测力传感器、套筒、导力杆和探头，压力框架为中空的方形框架，测力传感器置于压力框架内部，测力传感器上端通过贯穿螺栓固定于压力框架内顶面，套筒上端通过带外螺纹圆筒固定连接到压力框架下端并穿设连接于压力框架下端中心的通孔内，导力杆上端穿出套筒后伸入到压力框架内通过半开外螺纹圆筒固定连接到测力传感器的下端，导力杆下端固定有探头，探头位于套筒下端端口处并与套筒之间通过探头O性密封圈密封。本专利技术中，压力框架用于将所述的微型静力触探触探杆与其他驱动装置相连接，从而在驱动装置的动力作用下将触探杆压入或者抽出试验材料来进行静力触探试验。套筒用于为在贯入过程中将所述的导力杆与试验土体分离开来，即实现端阻和侧阻的分离，从而保证端阻测量结果的准确性。导力杆主要用于将探头在贯入土体过程中受到的贯入阻力传递到测力传感器进行感知和记录。所述的压力框架顶部中心开有上中央贯穿螺孔，上中央贯穿螺孔顶端通过环形锥面过渡连接到压力框架顶端面，上中央贯穿螺孔下端贯穿连通到压力框架内部，压力框架的上端开有螺纹盲孔，压力框架上端的螺纹盲孔和上央贯穿螺孔之间通过贯穿螺栓连接。所述的上中央贯穿螺孔周围的所述压力框架顶端面上开有四个贯穿螺孔，四个贯穿螺孔围绕上中心贯穿螺孔周向均布布置，用于将压力框架与外部驱动装置连接，外部驱动装置例如可以是能使得整个静力触探探杆动力压入的设备装置。所述的套筒为绝对刚性体，以使得微型静力触探探杆伸入到土体后不发生弯曲。所述压力框架下端面中心开有下中央贯穿螺孔，套筒上端与带外螺纹圆筒同轴焊接固定，带外螺纹圆筒通过螺纹套装于下中央贯穿螺孔中，并且在带外螺纹圆筒上端伸入压力框架内的部分和带外螺纹圆筒下端伸出压力框架外的部分均套装下固定螺母，通过下固定螺母轴向锁紧带外螺纹圆筒进行轴向固定。所述的下固定螺母和带外螺纹圆筒之间设有垫圈。所述的套筒作用为在贯入过程中将所述的导力杆与土体分离。所述的套筒为中空的圆筒结构，套筒的两端内壁直径相同但两端外壁直径不同，套筒上端外壁直径大于下端外壁直径。所述的套筒变截面的位置和角度根据圆孔扩张理论来确定。所述的导力杆为上端封闭、下端开孔的杆状结构，探头上端通过螺纹套装于导力杆下端开孔内，探头上端的螺杆旋入导力杆的开孔后在探头和套筒之间通过探头O型密封圈密封；导力杆上端穿过套筒和带外螺纹圆筒后伸入到压力框架内并套装于半开外螺纹圆筒底部中，半开外螺纹圆筒主要由一对半环体、带外螺纹的筒片对接组成，半开外螺纹圆筒底部外套装上固定螺母，通过上固定螺母将导力杆上端和半开外螺纹圆筒底部同轴夹紧固定；测力传感器底部开有螺纹盲孔，半开外螺纹圆筒上端套装入测力传感器底部的螺纹盲孔后通过控力螺母轴向锁紧固定，半开外螺纹圆筒上端端部外套装有控力螺母。所述的导力杆下端开孔的孔底部内凹形成容置液体的空间。所述的导力杆的两端端部处各开设有一个定位O型密封圈环槽，定位O型密封圈环槽内安装有和环槽宽度相匹配的定位O型密封圈，定位O型密封圈外周连接于套筒内壁，定位O型密封圈的外圈直径等于套筒内腔直径，导力杆和套筒之间通过定位O型密封圈连接形成超静定结构。所述的导力杆中部沿轴向间隔距离开设有多个防滑O型密封圈环槽，防滑O型密封圈环槽内安装有和环槽宽度相匹配的防滑O型密封圈，防滑O型密封圈外周连接于套筒内壁。具体实施中，中间的防滑O型密封圈环槽的宽度较小且规格相同；分别位于导力杆两端的两个定位O型密封圈环槽宽度较大。所述的探头探端朝下，且为顶角为60°的圆锥结构，探头上端为带外螺纹的螺杆，与导力杆下端开孔的内螺纹配合套装。所述的测力传感器为一种具有将导力杆顶部受到的反力转变成其他电信号的传感器，包括但不限于目前常用的应变式传感器。本专利技术将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微型静力触探探杆，其特征在于：所述的触探杆包括压力框架(1)、测力传感器(2)、套筒(3)、导力杆(4)和探头(5)，压力框架(1)为中空的方形框架，测力传感器(2)置于压力框架(1)内部，测力传感器(2)上端通过贯穿螺栓(12)固定于压力框架(1)内顶面，套筒(5)上端通过带外螺纹圆筒(13)固定连接到压力框架(1)下端并穿设连接于压力框架(1)下端中心的通孔内，导力杆(4)上端穿出套筒(3)后伸入到压力框架(1)内通过半开外螺纹圆筒(10)固定连接到测力传感器(2)的下端，导力杆(4)下端固定有探头(5)，探头(5)位于套筒(3)下端端口处并与套筒(3)之间通过探头O性密封圈(6)密封。

【技术特征摘要】
1.一种微型静力触探探杆，其特征在于：所述的触探杆包括压力框架(1)、测力传感器(2)、套筒(3)、导力杆(4)和探头(5)，压力框架(1)为中空的方形框架，测力传感器(2)置于压力框架(1)内部，测力传感器(2)上端通过贯穿螺栓(12)固定于压力框架(1)内顶面，套筒(5)上端通过带外螺纹圆筒(13)固定连接到压力框架(1)下端并穿设连接于压力框架(1)下端中心的通孔内，导力杆(4)上端穿出套筒(3)后伸入到压力框架(1)内通过半开外螺纹圆筒(10)固定连接到测力传感器(2)的下端，导力杆(4)下端固定有探头(5)，探头(5)位于套筒(3)下端端口处并与套筒(3)之间通过探头O性密封圈(6)密封。2.根据权利要求1所述的一种微型静力触探探杆，其特征在于：所述的压力框架(1)顶部中心开有上中央贯穿螺孔(20)，上中央贯穿螺孔(20)顶端通过环形锥面过渡连接到压力框架(1)顶端面，上中央贯穿螺孔(20)下端贯穿连通到压力框架(1)内部，压力框架(1)的上端开有螺纹盲孔，压力框架(1)上端的螺纹盲孔和上中央贯穿螺孔(20)之间通过贯穿螺栓(12)连接。3.根据权利要求1所述的一种微型静力触探探杆，其特征在于：所述的上中央贯穿螺孔(20)周围的所述压力框架(1)顶端面上开有四个贯穿螺孔(11)，四个贯穿螺孔(11)围绕上中心贯穿螺孔(20)周向均布布置，用于将压力框架1与外部驱动装置连接，外部驱动装置例如可以是能使得整个静力触探探杆动力压入的设备装置。4.根据权利要求1所述的一种微型静力触探探杆，其特征在于：所述压力框架(1)下端面中心开有下中央贯穿螺孔(19)，套筒(3)上端与带外螺纹圆筒(13)同轴焊接固定，带外螺纹圆筒(13)通过螺纹套装于下中央贯穿螺孔(19)中，并且在带外螺纹圆筒(13)上端伸入压力框架(1)内的部分和带外螺纹圆筒(13)下端伸出压力框架(1)外的部分均套装下固定螺母(16)，通过下固定螺母(16)轴向锁紧带外螺纹圆筒(13)进行轴向固定。5.根据权利要求4所述的一种微型静力触探探杆，其特征在于：所述的下固定螺母(16)和带外螺纹圆筒(13)之间设有垫圈(...

【专利技术属性】
技术研发人员：周燕国，刘凯，摄宇，陈云敏，黄锦舒，姚罡，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33