一种软土场地土体参数长距离连续测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于岩土、地质和环境等研究技术领域，提供了一种软土场地土体参数长距离连续测量装置，包括拖曳结构主体I、土体参数测量系统II以及拖拽系统III三部分。本实用新型专利技术所提装置突破了传统单点竖向测量装置不能获取横向连续土体参数的局限，通过一次拖拉试验即可完成土体强度、应变软化以及土体与结构物界面摩擦作用等参数的横向长距离连续现场测量，所测参数可用于指导防波堤工程、海底油气管线、电缆、光缆等工程的设计及施工。尤其随着深海油气资源开发日益增多，依托本实用新型专利技术所提方法对海底土体参数进行测量并应用于海底管线、海底电缆等工程设施的设计及稳定性评价具有重要意义。

A long distance continuous measuring device for soil parameters in soft soil field

【技术实现步骤摘要】
一种软土场地土体参数长距离连续测量装置
本技术属于岩土、地质和环境等研究
，涉及一种软土场地土体参数长距离连续测量装置，该装置尤其适用于水下管线设计及施工前的土体参数调查。
技术介绍
准确地测量土体参数是一切工程实施的基础。软土作为一种不良土体，一般具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、透水性差等特点。因此对软土场地进行设计和施工风险较高。实现软土场地土体参数精确测量是降低工程风险和优化工程设计的重要途径，而达到快速、连续、准确的测量不仅是对实验装置的重要考验，更是工程界所面对的主要难题。传统土体参数的获取主要是通过现场重力取样或钻孔取样等方法获取芯状样，继而通过室内试验完成土体相关参数的测量。但该种方法由于取样过程对土体的扰动以及室内试验方法本身存在的局限性，很难准确估计实际场地的土体参数，这必然对工程造成不利的影响甚至影响工程安全。近些年，现场原位试验装置得到了快速发展，静力触探试验(CPT，CPTU)、原位T-bar试验，原位Ball-bar试验等得到了广泛应用，试验精度也得到了显著提升，尤其对于软土场地，这些实验装置体现了无法比拟的优越性。然而，这些实验装置均是针对某一个目标点通过测量设备竖向的单次贯入或循环贯入来获得土体参数，这对于单一目标点的土体参数测量具有良好的适用性。对于大范围长距离的场地，此类试验装置不能测量土体参数沿地层方向的变化。通过设置较多的竖向钻孔点可以从一定程度上获得土体参数沿地层方向的变化关系，但由此导致的工程费用和耗时的增加，使得实际工程中该种方案也变得不切实际。结合目前工程中遇到的问题，急需找到一种能够实现沿地层方向长距离连续测量土体参数的实验装置，该装置对建立于软土场地工程的设计及稳定性评价具有重要的意义。
技术实现思路
针对已有实验装置不能实现沿地层方向长距离测量土体参数的问题，本技术提出了一种可实现横向连续测量土体参数的装置，该装置可适用于湖泊、沼泽、河流、海洋等底部软弱土层的土体参数的沿地层方向连续测量，最终服务于防波堤、海底油气管线、电缆、光缆等依托于沿地层方向长距离浅层土体参数进行设计和施工的工程。尤其是随着深海油气资源开发日益增多，依托本技术所提装置对海底土体参数进行测量并应用于海底管线、海底电缆等工程设施的设计及稳定性评价具有极为重要意义。本技术的技术方案：一种软土场地土体参数长距离连续测量装置，包括拖曳结构主体I、土体参数测量系统II以及拖拽系统III三部分；拖曳结构主体I包括拖曳结构顶板1、中空肋板2、拖缆拉环3、配重铅块4、拖拉滚轮5和固定螺丝6；所述的拖曳结构顶板1与中空肋板2组成拖曳结构主体I外部框架，中空肋板2的前端面为弧形面，中空肋板2的底表面有多个凹槽，二者均采用不锈钢结构；所述的拖曳结构顶板1上部设有中空结构用以施加配重铅块4，中空肋板2内可排设线缆；所述的拖拉滚轮5共2个，通过固定螺丝6布设于拖曳结构顶板1两侧，拖拉滚轮5可围绕固定螺丝6发生转动，用以控制中空肋板2的贯入深度；在拖拉滚轮5调整到指定角度后，拧紧固定螺丝6；所述的配重铅块4用以改变拖曳结构主体I自重保证拖曳结构主体I沉入土层一定深度；所述的拖缆拉环3布设于拖曳结构顶板1前端，用以与外部拖拽系统III相连接，使拖曳结构主体I在土层内匀速移动；土体参数测量系统II包括CPT探头7、CPT安装支座8、T-bar探头9、T-bar安装支座10、拉压传感器11和摩擦板12；所述的CPT探头7通过CPT安装支座8固定于中空肋板2前端，其安装方向指向运动方向；试验中采集CPT探头7在横向运动过程中的电压信号，根据所测电压信号与强度CPT探头7所受阻力的转换关系，确定CPT探头7所受的阻力；再通过所得阻力与土体强度之间的关系，获得沿运动方向连续变化的土体强度；所述的T-bar安装支座10固定于拖曳结构中空肋板2底表面并沿同一直线布设，其用于固定拉压传感器11，拉压传感器11上连接有T-bar探头9，T-bar探头9指向运动方向并保证T-bar探头9位于同一行进线上；装置在土体内行进过程中，同一位置土体受到拖曳装置底端多个T-bar探头9的扰动；通过测量T-bar探头9相连接的拉压传感器11的测电压信号，获得T-bar探头9行进中的阻力；对同一位置土体，即获得T-bar探头9所受阻力与其对应的扰动土体的T-bar探头9个数之间的关系；结合扰动土体T-bar探头9个数与土体发生的累积塑性应变之间的关系，继而获得阻力和累积塑性应变之间的关系；结合T-bar探头9所受阻力与土体强度之间的关系，最终确定土体强度与累积塑性应变之间的关系，即土体应变软化关系；所述的摩擦板12安装于中空肋板2底部凹槽中，其下表面与中空肋板2底表面相平；摩擦板12的一端面和上表面分别与横向和竖向布设在中空肋板2底部凹槽的拉压传感器11相连接，且保证摩擦板12未连接拉压传感器11的一端面自由；所述的拖曳装置在土体内行进过程中，直接测量拉压传感器11电压信号并通过其与力之间的转化关系，获得摩擦板12所受土体的摩擦力和竖向压力；对于黏土，结合经过同一位置土体的摩擦阻力和其对应的扰动土体的摩擦板12个数之间的关系，以及扰动土体摩擦板12个数与土体发生的相对位移之间的关系，最终获得摩擦板12的摩擦阻力和累积相对位移之间的关系；对于砂性土，通过同一位置摩擦板12所受摩擦阻力与其所受竖向压力的关系，即获得摩擦板12与土体之间的摩擦系数，结合经过同一位置扰动土体摩擦板12个数与土体发生的相对位移之间的关系，最终获得摩擦板12摩擦系数和累积相对位移之间的关系；拖拽系统III包括拖船13、拖缆终端设备14和拖缆15；所述的拖缆15一端与拖缆拉环3相连接，另一端与拖缆终端设备14相连接，用以拖动装置使其在土层内移动并传输CPT探头7和传感器11的测量信号；所述的拖缆终端设备14涵盖缆绳收放绞车以及CPT探头7和拉压传感器11的测量信号采集系统，用以工作人员对测量数据进行时时分析；所述的拖船13应具有稳定的动力系统，尽量保证试验中以均匀的速度进行前进。相邻摩擦板12之间所用材料与摩擦板12所用材料相同，并要求相邻摩擦板12间的距离与摩擦板12长度相同。本技术所提装置主要优点在于可获得沿地层方向连续的土体参数，但须注意，以上所说明的T-bar探头9也可换位Ball-bar探头或其他形状的全流动贯入装置探头。另外，以上所说明的土体参数仅为实施例中主要关注的土体参数，而不是全部可获得的土体参数，实施例中配套的传感器所获得的数据还可用于其他参数例如超固结比、灵敏度、砂土的相对密实度、内摩擦角、土的压缩模量、变形模量、饱和黏土不排水模量、地基承载力、单桩承载力以及砂土液化判别等参数的确定。因此，对本技术实施例中的主要土体参数获取过程详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而仅仅是表示本技术的选定实施例。本技术的有益效果：1)本技术所提装置突破了传统单点竖向测量装置不能获取沿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种软土场地土体参数长距离连续测量装置，其特征在于，所述的软土场地土体参数长距离连续测量装置包括拖曳结构主体I、土体参数测量系统II以及拖拽系统III三部分；/n拖曳结构主体I包括拖曳结构顶板(1)、中空肋板(2)、拖缆拉环(3)、配重铅块(4)、拖拉滚轮(5)和固定螺丝(6)；/n所述的拖曳结构顶板(1)与中空肋板(2)组成拖曳结构主体I外部框架，中空肋板(2)的前端面为弧形面，中空肋板(2)的底表面有多个凹槽；所述的拖曳结构顶板(1)上部设有中空结构用以施加配重铅块(4)，中空肋板(2)内可排设线缆；/n所述的拖拉滚轮(5)共2个，通过固定螺丝(6)布设于拖曳结构顶板(1)两侧，拖拉滚轮(5)可围绕固定螺丝(6)发生转动，用以控制中空肋板(2)的贯入深度；在拖拉滚轮(5)调整到指定角度后，拧紧固定螺丝(6)；所述的配重铅块(4)用以改变拖曳结构主体I自重保证拖曳结构主体I沉入土层一定深度；所述的拖缆拉环(3)布设于拖曳结构顶板(1)前端，用以与外部拖拽系统III相连接，使拖曳结构主体I在土层内匀速移动；/n土体参数测量系统II包括CPT探头(7)、CPT安装支座(8)、T-bar探头(9)、T-bar安装支座(10)、拉压传感器(11)和摩擦板(12)；/n所述的CPT探头(7)通过CPT安装支座(8)固定于中空肋板(2)前端，其安装方向指向运动方向；/n所述的T-bar安装支座(10)固定于拖曳结构中空肋板(2)底表面并沿同一直线布设，其用于固定拉压传感器(11)，拉压传感器(11)上连接有T-bar探头(9)，T-bar探头(9)指向运动方向并保证T-bar探头(9)位于同一行进线上；装置在土体内行进过程中，同一位置土体受到拖曳装置底端多个T-bar探头(9)的扰动；/n所述的摩擦板(12)安装于中空肋板(2)底部凹槽中，其下表面与中空肋板(2)底表面相平；摩擦板(12)的一端面和上表面分别与横向和法向布设在中空肋板(2)底部凹槽的拉压传感器(11)相连接，且保证摩擦板(12)未连接拉压传感器(11)的一端面自由；/n拖拽系统III包括拖船(13)、拖缆终端设备(14)和拖缆(15)；/n所述的拖缆(15)一端与拖缆拉环(3)相连接，另一端与拖缆终端设备(14)相连接，用以拖动拖曳装置使其在土层内移动并传输CPT探头(7)和传感器11的测量信号；/n所述的拖缆终端设备(14)涵盖缆绳收放绞车以及CPT探头(7)和拉压传感器(11)的测量信号采集系统，用以工作人员对测量数据进行时时分析；/n所述的拖船(13)应具有稳定的动力系统，尽量保证试验中以均匀的速度进行前进。/n...

【技术特征摘要】
1.一种软土场地土体参数长距离连续测量装置，其特征在于，所述的软土场地土体参数长距离连续测量装置包括拖曳结构主体I、土体参数测量系统II以及拖拽系统III三部分；
拖曳结构主体I包括拖曳结构顶板(1)、中空肋板(2)、拖缆拉环(3)、配重铅块(4)、拖拉滚轮(5)和固定螺丝(6)；
所述的拖曳结构顶板(1)与中空肋板(2)组成拖曳结构主体I外部框架，中空肋板(2)的前端面为弧形面，中空肋板(2)的底表面有多个凹槽；所述的拖曳结构顶板(1)上部设有中空结构用以施加配重铅块(4)，中空肋板(2)内可排设线缆；
所述的拖拉滚轮(5)共2个，通过固定螺丝(6)布设于拖曳结构顶板(1)两侧，拖拉滚轮(5)可围绕固定螺丝(6)发生转动，用以控制中空肋板(2)的贯入深度；在拖拉滚轮(5)调整到指定角度后，拧紧固定螺丝(6)；所述的配重铅块(4)用以改变拖曳结构主体I自重保证拖曳结构主体I沉入土层一定深度；所述的拖缆拉环(3)布设于拖曳结构顶板(1)前端，用以与外部拖拽系统III相连接，使拖曳结构主体I在土层内匀速移动；
土体参数测量系统II包括CPT探头(7)、CPT安装支座(8)、T-bar探头(9)、T-bar安装支座(10)、拉压传感器(11)和摩擦板(12)；
所述的CPT探头(7)通过CPT安装支座(8)固定于中空肋板(2)前端，其安装方向指向运动方向；
所述的T-bar安装支座(10...

【专利技术属性】
技术研发人员：于龙，韩云瑞，杨庆，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：新型
国别省市：辽宁;21