一种三维立体海底孔压静力触探设备制造技术

本发明专利技术公开一种三维立体海底孔压静力触探设备，包括延展式探杆A和中控式锚杆B，中控式锚杆B实现对延展式探杆A的控制，延展式探杆A包括从下至上依次连接多节探杆本体，最下端探杆本体的顶部沿周向设置有若干固定套层，固定套层呈锥形；次下端的探杆本体的底部侧壁上沿其周向设置有若干侧向延展探头，侧向延展探头为圆锥形外形，采用可变形式材料，次下端的侧向延展探头的自由端延伸至最下端探杆本体的固定套层中实现对其的限位，同理，其他探测本体之间采用固定套层和侧向延展探头的配合连接关系；本方案通过对侧向延展探头的结构及控制设计，实现多维度同时监测，对于研究海洋地质灾害规律、海底矿产开发等具有极大的参考意义和应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种三维立体海底孔压静力触探设备
本专利技术属于海洋地质原位监测领域，具体涉及一种三维立体海底孔压静力触探设备。
技术介绍
孔隙水压力作为反映海床沉积物特征的敏感指标，具有理论研究、工程安全、灾害监控、资源开发等方面的意义。深海孔隙水压力包括静孔压和超孔压，作用于微粒和孔隙之间，可以应用于研究荷载条件与土体性质条件响应规律；通过孔压的长期监测数据分析土性的变化，以评估工程扰动对海床稳定性的影响；通过研究海底液化、滑坡、地震引起的崩塌等灾害发生过程与沉积物孔压之间的响应规律，对海洋地质灾害的发生进行监测；辅助探究水合物分解、麻坑形成的过程机制，分析资源开发对海床稳定性的影响；探究孔压变化与沉积物强度之间的对应规律，进而对海底矿物的有效开采进行指导。目前国际上关于孔压监测的技术主要有压差式测量方式，现有的测量设备通过光纤光栅式压差传感器与测量探杆量程保护装置及后期数据修正处理设备相互配合，已经能够较为精确的监测给定位置的孔压。但由于测量位点单一，导致测量结果只能较为片面的反映出局部某一点的海底孔压，而无法全方位的对某一区域的多层位孔压进行检测，导致测量后的结果分析不够全面。目前的解决方法可以采用将探杆调整位置后多次测量，但又会出现探杆本身对土体扰动进而影响测量结果。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中测量点位单一，需要调整探杆位置进行多次测量才能获得多层位孔压所存在的缺陷，提出一种三维立体海底孔压静力触探设备，能够实现不同水平梯度不同方位孔隙水压力同步测量，为孔压的确定提供更为精确全面的技术指导。本专利技术是采用以下的技术方案实现的：一种三维立体海底孔压静力触探设备，包括延展式探杆和中控式锚杆，延展式探杆中间为中空结构，中控式锚杆设置在延展式探杆的内部，以实现对延展式探杆的控制；所述延展式探杆包括从下至上依次连接的多节探杆本体，最下端的探杆本体的底部设置有探测锥头，最下端的探杆本体的顶部沿其周向设置有若干个固定套层，所述固定套层呈锥形；次下端的探杆本体的底部沿其周向设置有与最下端探杆本体上固定套层配合的侧向延展探头，侧向延展探头的端部为锥形，通过固定套层限位；其他相邻的探杆本体之间同样通过固定套层和侧向延展探头的配合实现连接；所述中控式锚杆包括两根连接细杆，两根连接细杆之间设置有固定连杆，连接细杆的一端通过轴承铰接连接，并在连接细杆的端部之间设置弹簧系统和分级按钮，所述弹簧系统设置在两根连接细杆之间，分级按钮设置在一侧连接细杆的外侧并与其固定连接；两根连接细杆上还设置有卡锁装置，所述固定连杆上设置有与卡锁装置配合的卡座，所述固定连杆采用分段设计，所述段数与探杆本体节数一致，且在每段固定连杆上均设置有卡座；所述固定连杆上设置有固定杆，固定杆与对应节的探杆本体固定连接，实现相应段的固定连杆与对应节的探杆本体的固定连接。进一步的，所述侧向延展探头采用可变形材料制作，侧向延展探头的一端与探杆本体固定连接，另一端为自由端，自由端延伸至其下方探杆本体上的固定套层中进行限位；在侧向延展探头与探杆本体之间设置有弹性体，在固定套层的限位作用下，弹性体处于压缩状态。进一步的，所述分级按钮包括N级独立的嵌套圆台，所述N的数量与探杆本体的节数一致，且每一级嵌套圆台按下时，仅释放一节探杆本体。进一步的，所述分级按钮包括固定壳、推杆、齿轮和滑杆，推杆和齿轮设置在固定壳内，滑杆设置在固定壳的一侧，推杆和滑杆上设置有与齿轮啮合的齿纹，滑杆的一端固定在连接细杆的外侧，齿轮设置在滑杆上，推杆与滑杆垂直且同样与齿轮啮合，滑杆上设置一标记位，在固定壳上设置多个分级标号，所述分级标号的数量与探杆本体的节数一致。进一步的，所述卡座采用圆台状结构设计，且圆台的下底面面积小于上顶面面积，两根连接细杆上的卡锁装置之间形成与卡座外轮廓适配的卡座容纳空间，以对卡座进行固定。进一步的，所述弹性体采用弹簧或橡胶材质。进一步的，所述固定套层采用与延展式探杆材质相一致的不锈钢。进一步的，所述侧向延展探头采用ABS树脂与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：本方案克服传统触探仪设计思路，采用侧向可推出式探测锥头与中控锚杆设计方式，适用于海底软土、黏性土、粉土、砂土的工程地质勘察，可测量一定区域内垂直方向上多个水平剖面的锥尖阻力、侧摩阻力和孔隙水压力等参数，实现多深度多方位的探测，弥补了原有设备装置测量单一的不足，同时可用于监测不同水平剖面的孔压变化，提高了测量精度并给予一定范围内土体综合分析的基础测量条件，使随后的对土质的分析更加完善；且本方案设备实现简单，可以实现多维度同时监测，能为海洋工程节省成本，对于研究海洋地质灾害规律、海底矿产开发等具有极大的参考意义和实际应用价值。附图说明图1为本专利技术实施例所述触探设备的整体结构示意图；图2为本专利技术实施例所述中控式锚杆的结构示意图；图3为本专利技术实施例最下端的探杆本体的结构示意图；图4为本专利技术实施例所述第二探杆本体的结构示意图；图5为图4的剖视结构示意图；图6为本专利技术实施例所述分级按钮部分结构示意图；图7为本专利技术实施例所述卡锁装置部分局部结构示意图；图8为本专利技术实施例分级按钮的另一实现方式的结构示意图。具体实施方式为了能够更加清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本专利技术并不限于下面公开的具体实施例。本专利技术提出一种三维立体海底孔压静力触探设备，是在传统光纤光栅压差式电测静力触探仪的基础上进行改进设计，触探仪及相关光纤光栅压差式传感器的探测原理均为现有技术，在此不做重点阐述，仅对如何实现三维立体触探的结构改进部分进行说明。如图1所示，本实施例所提出的三维立体海底孔压静力触探设备包括延展式探杆A和中控式锚杆B，延展式探杆A中间为中空结构C，中控式锚杆B设置在延展式探杆A的内部；所述延展式探杆A由多段探杆本体依次连接组成，最下端的探杆本体上设置有探测锥头1。本实施例中，所述延展式探杆A包括从下至上依次连接的第一探杆本体11、第二探杆本体12和第三探杆本体13，探测锥头11设置在最下端的第一探杆本体11上，如图3所示，第一探杆本体11的顶部沿周向设置有若干固定套层2，所述固定套层2呈锥形；继续参考图4和图5，所述第二探杆本体12的底部侧壁上沿其周向设置有若干侧向延展探头3(比如采用光纤光栅压差式传感器)，本实施例中，每一节探测本体上的侧向延展探头3的数量优选4个，侧向延展探头3为圆锥形外形，采用可变形式材料(比如可变形ABS塑料、橡胶等材质)，侧向延展探头3的一端与第二探杆本体12固定连接，另一端为自由端，且在侧向延展探头3与第二探杆本体12之间设置有弹簧4(也可以采用具有弹性的其他材质，比如，橡胶)，第二探杆本体12上的侧向延展探头3的自由端延伸至第一探杆本体11顶部的固定套层2中实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维立体海底孔压静力触探设备，其特征在于，包括延展式探杆(A)和中控式锚杆(B)，延展式探杆(A)中间为中空结构(C)，中控式锚杆(B)设置在延展式探杆(A)的内部，以实现对延展式探杆(A)的控制；/n所述延展式探杆(A)包括从下至上依次连接的多节探杆本体，最下端的探杆本体的底部设置有探测锥头(1)，最下端的探杆本体的顶部沿其周向设置有若干个固定套层(2)，所述固定套层(2)呈锥形；次下端的探杆本体的底部沿其周向设置有与最下端探杆本体上固定套层(2)配合的侧向延展探头(3)，侧向延展探头(3)的端部为锥形，通过固定套层(2)限位；其他相邻的探杆本体之间同样通过固定套层(2)和侧向延展探头(3)的配合实现连接；/n所述中控式锚杆(B)包括两根连接细杆(6)，两根连接细杆(6)之间设置有固定连杆(10)，连接细杆(6)的一端通过轴承(7)铰接连接，并在连接细杆(6)的端部之间设置弹簧系统(8)和分级按钮(9)，所述弹簧系统(8)设置在两根连接细杆(6)之间，分级按钮(9)设置在一侧连接细杆(6)的外侧并与其固定连接；两根连接细杆(6)上还设置有卡锁装置(5)，所述固定连杆(10)上设置有与卡锁装置(5)配合的卡座(101)，所述固定连杆(10)采用分段设计，所述段数与探杆本体节数一致，且在每段固定连杆(10)上均设置有卡座(101)；所述固定连杆(10)上设置有固定杆(102)，固定杆(102)与对应节的探杆本体固定连接，实现相应段的固定连杆(10)与对应节的探杆本体的固定连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种三维立体海底孔压静力触探设备，其特征在于，包括延展式探杆(A)和中控式锚杆(B)，延展式探杆(A)中间为中空结构(C)，中控式锚杆(B)设置在延展式探杆(A)的内部，以实现对延展式探杆(A)的控制；
所述延展式探杆(A)包括从下至上依次连接的多节探杆本体，最下端的探杆本体的底部设置有探测锥头(1)，最下端的探杆本体的顶部沿其周向设置有若干个固定套层(2)，所述固定套层(2)呈锥形；次下端的探杆本体的底部沿其周向设置有与最下端探杆本体上固定套层(2)配合的侧向延展探头(3)，侧向延展探头(3)的端部为锥形，通过固定套层(2)限位；其他相邻的探杆本体之间同样通过固定套层(2)和侧向延展探头(3)的配合实现连接；
所述中控式锚杆(B)包括两根连接细杆(6)，两根连接细杆(6)之间设置有固定连杆(10)，连接细杆(6)的一端通过轴承(7)铰接连接，并在连接细杆(6)的端部之间设置弹簧系统(8)和分级按钮(9)，所述弹簧系统(8)设置在两根连接细杆(6)之间，分级按钮(9)设置在一侧连接细杆(6)的外侧并与其固定连接；两根连接细杆(6)上还设置有卡锁装置(5)，所述固定连杆(10)上设置有与卡锁装置(5)配合的卡座(101)，所述固定连杆(10)采用分段设计，所述段数与探杆本体节数一致，且在每段固定连杆(10)上均设置有卡座(101)；所述固定连杆(10)上设置有固定杆(102)，固定杆(102)与对应节的探杆本体固定连接，实现相应段的固定连杆(10)与对应节的探杆本体的固定连接。


2.根据权利要求1所述的三维立体海底孔压静力触探设备，其特征在于：所述侧向延展探头(3)采用可变形材料制作，侧向延展探头(3)的一端与探杆本体(12)固定连接，另一端为自由端，自由端延伸至其下方探杆本体上...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛，费梓航，郭磊，张家瑞，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：山东;37