用于评价海底浅层土特性的自由落体式孔压动力触探装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于评价海底浅层土特性的自由落体式孔压动力触探装置，包括导流罩、设置在所述导流罩上的稳定尾翼、与所述导流罩连接的配重探杆、与所述配重探杆连接的上部探杆、下部探杆；所述上部探杆与所述下部探杆通过中部连接器实现机械连接；所述上部探杆与所述下部探杆之间通过同轴电缆实现信号连接；所述下部探杆上安装静力触探探头，所述上部探杆里面设置有动力触探模块。本发明专利技术可适用于海底浅层超软土原位动力测试，能快速、便捷、经济、有效得获取土层工程参数，为海洋岩土工程勘察测试实践提供经济可靠的技术手段。

A free falling dynamic penetration device for evaluating the characteristics of shallow seabed soil

The invention provides a free falling pore pressure dynamic penetration device for evaluating the characteristics of shallow seabed soil, which comprises a guide cover, a stable tail disposed on the guide cover, a counterweight probe rod connected with the guide cover, an upper probe rod connected with the counterweight probe rod and a lower probe rod; the upper probe rod and the lower probe rod are mechanically connected through a middle connector; The signal connection between the upper probe rod and the lower probe rod is realized by coaxial cable; the static penetration probe is installed on the lower probe rod, and the dynamic penetration module is arranged in the upper probe rod. The invention can be applied to the in-situ dynamic test of the sea bottom shallow super soft soil, can obtain the soil layer engineering parameters quickly, conveniently, economically and effectively, and provides the economic and reliable technical means for the exploration and test practice of the marine geotechnical engineering.

【技术实现步骤摘要】
用于评价海底浅层土特性的自由落体式孔压动力触探装置
本专利技术涉及一种用于评价海底浅层土特性的自由落体式孔压动力触探装置，属于海洋岩土工程原位测试领域中一种新型触探设备。
技术介绍
传统钻孔取样室内试验的方法并不适用于海底浅层超软土，会造成应力释放、试样扰动，其结果很难反映海洋超软土的真实状态，大大降低岩土参数的应用价值。对于海洋超软土的工程特性评价更多的依赖于原位测试方法。静力触探技术(CPT)作为最常见的原位测试方法之一，近年来得到长足发展。孔压静力触探技术(CPTU)在传统静力触探装置的基础上安装有多个传感器，可以同时测试土体的锥尖阻力、侧壁摩阻力、孔隙水压力，可以用于估算土的不排水抗剪强度、不排水杨氏模量、渗透系数等力学、变形特性指标。当测试土体为海洋超软土时，孔压静力触探(CPTU)的测试精度会随海水深度的增加而降低，且海底孔压静力触探设备存在设备笨重、操作复杂、测试时间长、成本较高、应用不广泛等缺点。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有孔压静力触探技术在评价海底浅层超软土工程特性的不足，本专利技术提出一种用于评价海底浅层土特性的自由落体式孔压动力触探装置，操作简便、快速、经济、高效的评价海底浅层超软土工程特性的原位测试设备，为海洋岩土工程勘察实践提供强有力的测试工具。技术方案：为实现本专利技术的目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种用于评价海底浅层土特性的自由落体式孔压动力触探装置，包括导流罩、设置在所述导流罩上的稳定尾翼、与所述导流罩连接的配重探杆、与所述配重探杆连接的上部探杆、下部探杆；所述上部探杆与所述下部探杆通过中部连接器实现机械连接；所述上部探杆与所述下部探杆之间通过同轴电缆实现信号连接；所述下部探杆上安装静力触探探头，所述上部探杆里面设置有动力触探模块。所述的用于评价海底浅层土特性的自由落体式孔压动力触探装置，所述静力触探探头包括与所述下部探杆连接的侧壁摩擦套筒，所述侧壁摩擦套筒下部连接锥头，所述锥头与所述侧壁摩擦套筒之间设置有孔压通道，所述孔压通道的入口处设置有孔压过滤环，所述孔压通道连通设置在所述侧壁摩擦筒里面的孔隙水压力传感器，所述的侧壁摩擦筒里面还设置有锥尖压力传感器、锥尖+侧壁压力传感器。所述的用于评价海底浅层土特性的自由落体式孔压动力触探装置，所述的动力触探模块包括三轴MEMS陀螺仪、三轴MEMS加速度计，所述的三轴MEMS陀螺仪、三轴MEMS加速度计都连接微处理器，所述的微处理器还连接蓝牙芯片、Flash存储器、USB数据接口，所述上部探杆里面还设置有蓄电电池，所述通过电路连接防水电源开关和防水充电头。所述的用于评价海底浅层土特性的自由落体式孔压动力触探装置，所述的导流罩通过第一密封垫圈和螺纹与所述的配重探杆相连，所述的导流罩外径与配重杆外径相同，上部固定有挂环，四周固定有稳定尾翼。所述的用于评价海底浅层土特性的自由落体式孔压动力触探装置，所述的稳定尾翼厚度为2mm,数量为4支，以导流罩中轴线为轴对称分布在导流罩的四周。所述的用于评价海底浅层土特性的自由落体式孔压动力触探装置，所述的上部探杆外径大于所述下部探杆的外径。所述的用于评价海底浅层土特性的自由落体式孔压动力触探装置，所述的中部连接器为圆台体，锥角为45°-60°，下部直径与下部探杆外径相同，上部直径与上部探杆外径相同，内设有用于所述同轴电缆穿过的圆柱形导孔。所述的用于评价海底浅层土特性的自由落体式孔压动力触探装置，所述的配重探杆与所述上部探杆之间通过第二密封垫圈和螺纹连接。所述的用于评价海底浅层土特性的自由落体式孔压动力触探装置，所述的下部探杆与所述侧壁摩擦套筒之间设置有第三密封垫圈。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下显著优点：本专利技术提出的用于评价海底浅层超软土工程特性的自由落体式孔压静力触探装置，解决了国内现有用于海洋原位测试装置不能高效、快速、准确、经济、简便地评价海洋超软土工程特性的缺陷，通过自由下落状态装置，动力贯入土中，可进行实时、自动的数据采集、处理、存储，可准确、经济、快速地评价海洋超软土工程特性，为海洋岩土工程勘察实践提供强有力的测试工具。附图说明图1是本专利技术采用的一种用于评价海底浅层超软土工程特性的自由落体式孔压静力触探装置示意图。图中有：挂环1、稳定尾翼2、导流罩3、第一密封垫圈4.1、第一螺纹5.1、配重探杆6、第二密封垫圈4.2、第二螺纹5.2、防水电源开关7、USB数据接口8、防水充电头9、无线蓝牙芯片10、Flash存储器11、微处理器12、三轴MEMS陀螺仪13、三轴MEMS加速度计14、蓄电电池15、上部探杆16、同轴电缆17、中部连接器18、下部探杆19、侧壁摩擦套筒20、第三螺纹5.3、第三密封垫圈4.3、锥尖+侧壁压力传感器21、锥尖压力传感器22、孔隙水压力传感器23、孔压通道24、孔压过滤环25、锥头26、第四螺纹5.4。图2是本专利技术采用的一种用于评价海底浅层超软土工程特性的自由落体式孔压静力触探装置A-A剖面图。图中有：防水电源开关7、USB数据接口8、防水充电头9。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。如图1所示，本专利技术的用于评价海底浅层土特性的自由落体式孔压动力触探装置，包括导流罩3、挂环1、稳定尾翼2、密封垫圈4、螺纹5、配重探杆6、防水电源开关7、USB数据接口8、防水充电头9、蓝牙芯片10、Flash存储器11、微处理器12、三轴MEMS陀螺仪13、三轴MEMS加速度计14、蓄电电池15、上部探杆16、同轴电缆17、中部连接器18、下部探杆19、侧壁摩擦套筒20、锥尖+侧壁压力传感器21、锥尖压力传感器22、孔隙水压力传感器23、孔压通道24、孔压过滤环25、锥头26。导流罩上端固定有挂环，可将绳与整个装置连接，通过绳将设备悬挂在试验架上，在装置释放后，绳和装备一起运动。导流罩四周对称固定有4支的稳定尾翼，稳定尾翼用来保障该装置在自由落体时的空间稳定性。导流罩下部为配重探杆，用来增加整个装置的质量，保证装置在与海底接触时有足够的势能贯入。配重探杆下部为上部探杆，上部探杆的上部为中空柱体，内设防水电源开关、USB数据接口、防水充电头、蓝牙芯片、Flash存储器、微处理器、三轴MEMS陀螺仪、三轴MEMS加速度计、蓄电电池与下部探杆中的锥尖+侧壁压力传感器、锥尖压力传感器、孔隙水压力传感器共同构成了采集处理存储单元。其中，防水电源开关具有防水功能，保证整个装置在水下正常工作；USB数据接口为测试结束后的数据导出接口，通过USB数据线与外部PC设备相连，将获取的测试数据导入PC设备，供后续计算处理；防水充电头具有防水功能，可通过充电适配器对蓄电电池进行充电；蓝牙芯片可将采集的数据通过非接触式传输给另一外部蓝牙设备；三轴MEMS陀螺仪可获取装置在测试过程中x,y,z三轴的倾角数据；三轴MEMS加速度计可获取装置在测试过程中x,y,z三轴的加速度；锥尖+侧壁压力传感器可获取探头在下落过程锥尖阻力与侧壁摩阻力的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于评价海底浅层土特性的自由落体式孔压动力触探装置，其特征在于，包括导流罩、设置在所述导流罩上的稳定尾翼、与所述导流罩连接的配重探杆、与所述配重探杆连接的上部探杆、下部探杆；所述上部探杆与所述下部探杆通过中部连接器实现机械连接；所述上部探杆与所述下部探杆之间通过同轴电缆实现信号连接；所述下部探杆上安装静力触探探头，所述上部探杆里面设置有动力触探模块。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于评价海底浅层土特性的自由落体式孔压动力触探装置，其特征在于，包括导流罩、设置在所述导流罩上的稳定尾翼、与所述导流罩连接的配重探杆、与所述配重探杆连接的上部探杆、下部探杆；所述上部探杆与所述下部探杆通过中部连接器实现机械连接；所述上部探杆与所述下部探杆之间通过同轴电缆实现信号连接；所述下部探杆上安装静力触探探头，所述上部探杆里面设置有动力触探模块。


2.根据权利要求1所述的用于评价海底浅层土特性的自由落体式孔压动力触探装置，其特征在于，所述静力触探探头包括与所述下部探杆连接的侧壁摩擦套筒，所述侧壁摩擦套筒下部连接锥头，所述锥头与所述侧壁摩擦套筒之间设置有孔压通道，所述孔压通道的入口处设置有孔压过滤环，所述孔压通道连通设置在所述侧壁摩擦筒里面的孔隙水压力传感器，所述的侧壁摩擦筒里面还设置有锥尖压力传感器、锥尖+侧壁压力传感器。


3.根据权利要求1所述的用于评价海底浅层土特性的自由落体式孔压动力触探装置，其特征在于，所述的动力触探模块包括三轴MEMS陀螺仪、三轴MEMS加速度计，所述的三轴MEMS陀螺仪、三轴MEMS加速度计都连接微处理器，所述的微处理器还连接蓝牙芯片、Flash存储器、USB数据接口，所述上部探杆里面还设置有蓄电电池，所述通过电路连接防水电源开关和防水充电头。

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【专利技术属性】
技术研发人员：荣琦，蔡国军，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32