【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海洋岩土工程，尤其涉及一种水下地基承载力检测及岩土性状鉴别装置和方法。
技术介绍
1、现有近海或水下工程施工前需要检测水下地基的承载能力并了解岩土性状，从而保证地基的承载力满足设计要求，目前针对水下地基承载力的检测方法包括:①水下地基平板载荷试验法、②重塑土样压电效应法、③重锤锤击法。水下地基平板载荷试验法是通过逐级加载，得到压载量与地基土层沉降量的关系推定地基承载力；重塑土样三轴剪切试验法，利用水下取样后进行重塑土样三轴剪切试验推定水下基础承载力；重锤锤击发利用重锤自由落地对地基的破坏情况推定水下地基基础的承载力。
2、但是以上检测方法都存在诸多问题，利用平板载荷试验可以准确测量水下基础承载力，但是利用大型拖船进行吊装试验台的水下吊装成本高昂，难度巨大，危险性高，效率低对于一般工程无法承受平板载荷法大面积进行检测的时间成本和经济成本。
3、重塑土样三轴剪切试验法，水下取样后在试验室进行重塑，对重塑试样进行室内三轴剪切试验。目前对于较深水域的水下分层取样技术无法实现，重塑土样无法还原深水高压状态下的土的性状，且固结排水剪切试验周期长，超过24小时，效率低下，不适用于工程应用。
4、重锤锤击法只适用于表面地基的承载力检测，通过检测重锤下落后贯入深度判断土体承载力，需要大型拖船，成本高，同时重锤法只能定性研究不能定量分析，需要潜水员潜入水下人工观察，试验误差大，不适用于工程应用。
5、中国专利技术专利申请cn116856475a提供了一种用于水利工程地基承载力检测的装置，
6、中国专利技术专利申请cn115977055a提供了一种水利工程地基承载力检测装置及方法，通过驱动机构和固定机构的设置，解决重力锤复位后无法和探杆在同一轴线的问题，但这种结构应用到水下环境中，由于潮汐和风力作用，整套装置会发生经常性晃动，无法保障连续锤击过程中的重锤和探杆钻头的同轴。
7、中国专利技术专利申请cn115508231a提供了一种潜孔标准贯入试验器，应用于水下环境，通过在套管内落锤砸击钻头进入地基层来进行实验，整套装置的布置从船只到钻头的检测深度受限于套筒长度，在水下工程检测过程中，需要根据水深改变套筒长度，使用不便且造价高，检测点的实验周期久，效率较低。
技术实现思路
1、为解决上述
技术介绍
中的问题，本申请提供一种水下地基承载力检测及岩土性状鉴别装置和方法，能够将重锤锤击法施用于不同深度的水下工程地基检测环境，不依赖于人员潜入水下辅助操作，获取的测量和分析数据准确，且能及时出具检测分析结果，整套装置造价低，应用于近海及水下工程不拘泥于水质、水深等自然条件，工作效率快。
2、为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：
3、一种水下地基承载力检测及岩土性状鉴别装置，包括：
4、动力输出系统，包括动力气缸、连杆，活动转轴和固定转轴，其中所述动力气缸通过输气管与船载的空气压缩机相连接，所述动力气缸的输出端通过所述连杆驱动所述活动转轴围绕所述固定转轴进行周期性圆周运动；
5、触探锤击系统，包括顶头、重锤锁、重锤、自锁垫块及锤击杆组成，其中所述顶头与所述动力气缸固定连接，所述重锤锁通过钢丝绳与所述活动转轴固定连接，所述重锤的底端通过钢丝绳与所述自锁垫块固定连接，所述锤击杆沿轴长设置有梯形的外螺纹，所述锤击杆由上及下依次贯穿所述顶头、重锤锁、重锤和自锁垫块；其中所述重锤锁由所述活动转轴旋转带动下放时与所述重锤锁定，在上提时带动所述重锤上升，并经所述顶头解除锁定状态；所述自锁垫块具有上窄下宽的自锁垫片，与所述外螺纹结合形成自锁结构，使所述重锤下落锤击所述自锁垫块时带动所述锤击杆的底端钻头贯入地层，所述自锁垫块在随所述重锤上升时保持两者之间的间距不变；
6、纠偏系统，包括角度仪、支架组件和调节组件，所述角度仪设置在所述锤击杆的上端，所述支架组件用于支撑在水下地表进行固定，所述调节组件根据所述角度仪的倾斜数据调节所述支架组件的支撑，使所述检测鉴别装置保持垂直；
7、数据采集系统，包括位移记录器、转数记录器和数据分析模块，其中所述位移记录器设置所述锤击杆底端钻头的上方，所述转数记录器设置在所述固定转轴上，所述角度仪、位移记录器和转数记录器均与所述数据分析模块进行通信连接。
8、与现有技术相比，本申请通过空气动力气缸带动活动转轴转动的同时，与活动转轴固定连接的重锤锁重复带动重锤在锤击杆上垂直下放和上提，并通过顶头自动解锁锤击自锁垫块，保持单次锤击距离不变，带动锤击杆底端钻头贯入地层，记录贯入位移量和与之对应的旋转次数(锤击次数)，从而达到了精确计算水下地基承载力和鉴别岩土性状，并且适用于不同水文环境下完成快速检测任务，改变锤击贯入法在水下环境操作性复杂、成本高昂、实用性差的缺点，适合工程应用与推广。
9、较佳的，所述重锤锁包括环状的锁体和铰接在所述锁体的内环上对称的锁片，其中所述锁体上固定设置有吊环，所述锁片与内环通过弹性铰链连接并以弹性铰链为轴转动，所述锁片包括一体成型的横撑部、转动体和阻挡部，所述转动体通过弹性铰链铰接在所述锁体的内环上；所述重锤的上部内凹并沿周向形成重锤挡环，所述锁片在下放时进入重锤的内凹处，所述阻挡部与所述重锤挡环进行卡合形成限位固定。基于上述方案，可以在重锤锁下放过程中，锁片与重锤形成卡合固定，在上提过程中带动重锤一起上提；在锁片上升至顶头位置时，顶头通过横撑部贯入，使锁片绕弹性铰链转动，阻挡部聚拢与重锤挡环脱离固定限位，重锤解除锁定状态而下落锤击自锁垫块。
10、具体的，所述自锁垫块包括锤击块和自锁垫片，其中所述自锁垫片的截面为上窄下宽的梯形，具有内螺纹，所述锤击块内开有腔体容纳设置自锁垫片，所述锤击块上设置吊环，所述自锁垫块中间贯穿通过所述锤击杆。通过梯形外螺纹和自锁垫片的内螺纹进行啮合，锤击块带动自锁垫片随重锤提升，能够使自锁垫块在所述锤击杆上自由提升时不影响锤击杆已经贯入地层的深度，而在自锁垫块受重锤锤击下落时，由于自锁垫片与锤击杆在下落方向上形成的自锁而带动锤击杆贯入地层，从而实现将重锤对自锁垫块的锤击力转化成使锤击杆贯入地层的驱动力。
11、进一步的，所述支架组件包括中空的支撑盘及与支撑杆，所述支撑杆的一端与支撑盘转动连接，另一端为尖头，用于扎入地层固定，所述支撑杆至少包括三支。
12、进一步的，所述调节组件包括套筒、液压杆和抱箍，其中所述套筒与所述支撑盘固定连接，所述套筒内固定设置所述位移记录器，所述锤击杆依次穿过所述支撑盘和套筒，所述液压杆通过所述抱箍与支撑杆固定连接。
13、进一步的，所述活动转轴与所述连杆之间通过驱动连杆进行连接，所述连杆与驱动连杆的连接处设置有曲轴，所述曲轴外设置有曲轴保护套，所述固定转轴的转轴半径大于所述活动转轴，所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种水下地基承载力检测及岩土性状鉴别装置，其特征在于所述装置包括：
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述重锤锁包括环状的锁体和铰接在所述锁体的内环上对称的锁片，其中所述锁体上固定设置有吊环，所述锁片与内环通过弹性铰链连接并以弹性铰链为轴转动，所述锁片包括一体成型的横撑部、转动体和阻挡部，所述转动体通过弹性铰链铰接在所述锁体的内环上；所述重锤的上部内凹并沿周向形成重锤挡环，所述锁片在下放时进入重锤的内凹处，所述阻挡部与所述重锤挡环进行卡合形成限位固定。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述自锁垫块包括锤击块和自锁垫片，其中所述自锁垫片的截面为上窄下宽的梯形，具有内螺纹，所述锤击块内开有腔体容纳设置自锁垫片，所述锤击块上设置吊环，所述自锁垫块中间贯穿通过所述锤击杆。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述支架组件包括中空的支撑盘及与支撑杆，所述支撑杆的一端与支撑盘转动连接，另一端为尖头，用于扎入地层固定，所述支撑杆至少包括三支。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述调节组件包括套筒、液压杆和抱箍，其中所
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述活动转轴与所述连杆之间通过驱动连杆进行连接，所述连杆与驱动连杆的连接处设置有曲轴，所述曲轴外设置有曲轴保护套，所述固定转轴的转轴半径大于所述活动转轴，所述活动转轴绕所述固定转轴进行定轴圆周转动。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述角度仪为机械罗经、激光罗经、光纤罗经中的一种；所述位移记录器为能与锤击杆上外螺纹啮合的齿轮记录器。
8.一种基于权利要求1-7任一种装置的水下地基承载力检测及岩土性状鉴别方法，其特征在于具体的步骤包括：
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述步骤S3中动力气缸带动重锤上提和下放的过程步骤为：
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤S4中分析数据的具体步骤为：
...【技术特征摘要】
1.一种水下地基承载力检测及岩土性状鉴别装置，其特征在于所述装置包括：
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述重锤锁包括环状的锁体和铰接在所述锁体的内环上对称的锁片，其中所述锁体上固定设置有吊环，所述锁片与内环通过弹性铰链连接并以弹性铰链为轴转动，所述锁片包括一体成型的横撑部、转动体和阻挡部，所述转动体通过弹性铰链铰接在所述锁体的内环上；所述重锤的上部内凹并沿周向形成重锤挡环，所述锁片在下放时进入重锤的内凹处，所述阻挡部与所述重锤挡环进行卡合形成限位固定。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述自锁垫块包括锤击块和自锁垫片，其中所述自锁垫片的截面为上窄下宽的梯形，具有内螺纹，所述锤击块内开有腔体容纳设置自锁垫片，所述锤击块上设置吊环，所述自锁垫块中间贯穿通过所述锤击杆。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述支架组件包括中空的支撑盘及与支撑杆，所述支撑杆的一端与支撑盘转动连接，另一端为尖头，用于扎入地层固定，所述支撑杆至少包括三支。
5.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨卓，刘彤，刘炳凯，季璇，刘永辉，胡综浩，
申请(专利权)人：广州市建筑科学研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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