【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩土工程勘察，具体涉及一种基于单孔法的双通道波速测试系统。
技术介绍
1、土层的剪切波速是土体动力特性的重要参数。对剪切波速以及其相关方面的研究是当前岩土工程抗震工程中的重要研究内容之一，剪切波速的大小不仅可以反映介质对波的传播能力，而且还可以反映土体的“软硬”程度，它可以评价场地土类别，土层覆盖层厚度、判别砂土或粉土地基的地震液化、计算土体的动剪切模量以及建筑抗震设计等，因此，它有着非常重要的理论价值和工程实际意义。波速测试设备属于岩土工程勘察一种原位测试“波速测试”所用孔内接收设备。
2、目前剪切波速测试方法主要分为单孔法、跨孔法和面波法。在实际工程应用中单孔法最为常见，该方法又分为两类测试方式：一种是地面激振式，另一种是孔中激振式，目前现有技术的两种测试设备对于土层剪切波速测试的岩土工程勘察局限性较大，使用效果不佳。
3、其中，孔中激振式设备：设备一般为一发+双收型式。发射模块为超磁致震源，接收为两组径向换能器，中间采用线缆连接，采用钻井液耦合，无贴壁装置。孔中激振，孔中接收，采用算法实现数据的自动判读。因无贴壁装备，接收到的震动信号存在波的模式转换，不是传统意义上的剪切波，适用条件存在局限性，也未写入目前岩土工程勘测技术现行规范中。
4、另一种地面激振式设备：孔中接收设备为一组三分量检波器组成的接收探头，外部有贴壁设备；测试时，需进行正反两次敲击，人工识别与判读剪切波初至时间。但是测试结果易受敲击角度、探头提拉位置误差以及人工判读得误差影响，测试结果误差较大，工作效率较低
技术实现思路
1、为了解决上述存在的现有技术岩土波速测试设备使用的缺点和不足之处，本专利技术提供一种结构设计合理、便于移动和位置固定、精准直观释放位置测试点的不同深度和气囊充气定位、优化激振、数据采样记录和数据处理进一步提高测试效率和准确度的基于单孔法的双通道波速测试系统。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种基于单孔法的双通道波速测试系统，该测试系统还包括支撑机构和测试机构；
4、所述支撑机构包括基座、支撑腿、移动轮和卷绕结构；所述基座左右分布，且中心设有通孔；所述支撑腿设置于基座，且可伸缩；所述移动轮通过支架设置于基座，所述卷绕结构配置成可带动测试机构达到预设深度的指定位置；
5、所述测试机构包括上探头、下探头、三分量检波器、气囊、连接管和地震仪；所述上探头与下探头结构相同，所述上探头包括壳体、内衬体和盖帽；所述壳体为中空结构，所述内衬体为柱状实体结构，且在内衬体外侧壁的x、y、z三个方向开设有安装孔；所述三分量检波器主要由本体和三个检测探头组成；每个所述安装孔处分别适配卡嵌安装一个检测探头，并保持上探头、下探头中的x、y、z方向的检测探头一一对应且平行；所述气囊设置于壳体外侧并通过充气软管与外界气源连接；所述连接管设置于上、下探头之间，并可适配调节长度；在所述下探头的壳体上还设有位置传感器；所述地震仪设置于基座，并通过线缆与两组所述三分量检波器连接；
6、且所述地震仪内还设有控制器，控制器携带下探头预设深度的检测定位、预设气量的气囊充气以及信号接收和处理功能，以完成单次地面敲击同时获得两个测试深度的两组三分量检波器的振动记录，并分析可得到上下两组接收信号的初至时间差异dt，同时上下两组三分量检波器之间的距离l已知，即可算出弹性波在上下两组三分量检波器之间的传波速度：v＝l/dt。
7、作为优选的技术方案：所述基座左端还设有牵引钩；所述支撑腿包括液压升级杆和支撑垫板；所述液压升降杆一端与基座连接、另一端与支撑垫板固定连接，且支撑垫板的直径大于液压升降杆的直径。
8、进一步优选的技术方案：所述支撑机构分为移动状态和固定状态，其中移动状态下，移动轮的设置高度大于支撑腿的整体高度；固定状态下，移动轮的设置高度小于支撑腿的整体高度。
9、进一步优选的技术方案：所述卷绕结构包括支撑架、卷轴、卷绕电机、卷绕盘和钢丝绳；所述支撑架为凹型结构，且设置于通孔正上方；所述卷轴前后分布地设置于支撑架，所述卷绕电机通过支架固定安装于支撑架并于所述卷轴连接；所述卷绕盘设置于卷轴，所述钢丝绳一端卷绕设置于所述卷绕盘、另一端通过连接件连接所述测试机构。
10、进一步优选的技术方案：所述连接件包括吊装架、卡箍和固紧螺栓；所述吊装架包括支撑条和支撑环；所述支撑条为半圆形结构，且为相互垂直的两个，所述支撑环与两个所述支撑条的四个端部通过焊接固定；所述卡箍竖直分布且为对称分布的两个，卡箍横截面为半圆形；两个所述卡箍一侧铰接，一侧通过所述固紧螺栓连接；且在所述卡箍内侧壁还涂覆有磨砂层。
11、进一步优选的技术方案：所述连接管包括管套、伸缩臂和移动柱；所述管套竖直分布，且内部为中空结构，所述伸缩臂转动连接安装于所述管套内；所述移动柱设置于伸缩臂，且二者之间保持可相对转动、不可相对移动，且可通过定位螺栓完成二者固紧；所述管套上端与上探头之间通过固紧结构连接，所述移动柱与所述下探头也通过固紧结构连接，其中在所述下探头的下方还连接有配重块。
12、进一步优选的技术方案：所述固紧结构包括固定柱、导向凸起和压簧；所述固定柱设置于壳体，所述导向凸起为对称分布的两个，且设置于固定柱；所述管套上开设有适配固定柱的凹槽以及适配导向凸起的导向槽；在所述管套内并位于凹槽的深处还设有中空槽，中空槽一侧壁还设有定位槽，所述压簧设置于中空槽，以使导向凸起沿导向槽内移至中空槽且压缩压簧，并旋转90度完成导向凸起与定位槽的卡嵌安装。
13、进一步优选的技术方案：所述基座还设有对称分布的两个储物室，储物室前后分布，在所述储物室内还设有多个均匀分布的卡嵌部；卡嵌部采用海绵体制作而成，且开设有槽，用于分别适配安装上探头、下探头、三分量检波器、气囊、连接管和地震仪。
14、进一步优选的技术方案：所述控制器包括信号接收单元、信号预处理单元、位置执行单元、充气执行单元、数据处理单元和存储单元；所述信号接收单元用于接收深度点、充气值信号、每个深度点检测探头弹性波震动数据并转换后的模拟信号；所述位置执行单元用于接收下探头的深度点检测值，并通过触发启动卷绕电机，以完成孔内预设深度的下放；所述充气执行单元用于接收气囊膨胀的充气量，以完成测试机构整体预设深度的定位；所述信号预处理单元将信号接收单元的模拟信号通过放大器进行信号的放大处理后，通过预设的采样频率进行采样，完成模数转换，并按预定的记录点数记录，形成数字信号，然后按照seg标准进行数据存储；所述数据处理单元用于将六个检测探头接收到的信号依次存储于1、2、3、4、5、6道震动记录之内，采用互相关算法，到1与4、2与5、3与6三组数字信号互相关系数最大时的信号间隔数量差值n1、n2、n3；其中n1、n2、n3分本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于单孔法的双通道波速测试系统，其特征在于：该测试系统还包括支撑机构和测试机构；
2.如权利要求1所述的一种基于单孔法的双通道波速测试系统，其特征在于：所述基座左端还设有牵引钩；所述支撑腿包括液压升降杆和支撑垫板；所述液压升降杆一端与基座连接、另一端与支撑垫板固定连接，且支撑垫板的直径大于液压升降杆的直径。
3.如权利要求2所述的一种基于单孔法的双通道波速测试系统，其特征在于：所述支撑机构分为移动状态和固定状态，其中移动状态下，移动轮的设置高度大于支撑腿的整体高度；固定状态下，移动轮的设置高度小于支撑腿的整体高度。
4.如权利要求3所述的一种基于单孔法的双通道波速测试系统，其特征在于：所述卷绕结构包括支撑架、卷轴、卷绕电机、卷绕盘和钢丝绳；所述支撑架为凹型结构，且设置于通孔正上方；所述卷轴前后分布地设置于支撑架，所述卷绕电机通过支架固定安装于支撑架并与所述卷轴连接；所述卷绕盘设置于卷轴，所述钢丝绳一端卷绕设置于所述卷绕盘、另一端通过连接件连接所述测试机构。
5.如权利要求4所述的一种基于单孔法的双通道波速测试系统，其特征在于
6.如权利要求5所述的一种基于单孔法的双通道波速测试系统，其特征在于：所述连接管包括管套、伸缩臂和移动柱；所述管套竖直分布，且内部为中空结构，所述伸缩臂转动连接安装于所述管套内；所述移动柱设置于伸缩臂，且二者之间保持可相对转动、不可相对移动，且可通过定位螺栓完成二者固紧；所述管套上端与上探头之间通过固紧结构连接，所述移动柱与所述下探头也通过固紧结构连接，其中在所述下探头的下方还连接有配重块。
7.如权利要求6所述的一种基于单孔法的双通道波速测试系统，其特征在于：所述固紧结构包括固定柱、导向凸起和压簧；所述固定柱设置于壳体，所述导向凸起为对称分布的两个，且设置于固定柱；所述管套上开设有适配固定柱的凹槽以及适配导向凸起的导向槽；在所述管套内并位于凹槽的深处还设有中空槽，中空槽一侧壁还设有定位槽，所述压簧设置于中空槽，以使导向凸起沿导向槽内移至中空槽且压缩压簧，并旋转90度完成导向凸起与定位槽的卡嵌安装。
8.如权利要求7所述的一种基于单孔法的双通道波速测试系统，其特征在于：所述基座还设有对称分布的两个储物室，在所述储物室内还设有多个均匀分布的卡嵌部；卡嵌部采用海绵体制作而成，且开设有槽，用于分别适配安装上探头、下探头、三分量检波器、气囊、连接管和地震仪。
9.如权利要求8所述的一种基于单孔法的双通道波速测试系统，其特征在于：所述控制器包括信号接收单元、信号预处理单元、位置执行单元、充气执行单元、数据处理单元和存储单元；所述信号接收单元用于接收深度点、充气值信号、每个深度点检测探头弹性波震动数据并转换后的模拟信号；所述位置执行单元用于接收下探头的深度点检测值，并通过触发启动卷绕电机，以完成孔内预设深度的下放；所述充气执行单元用于接收气囊膨胀的充气量，以完成测试机构整体预设深度的定位；所述信号预处理单元将信号接收单元的模拟信号通过放大器进行信号的放大处理后，通过预设的采样频率进行采样，完成模数转换，并按预定的记录点数记录，形成数字信号，然后按照SEG标准进行数据存储；所述数据处理单元用于将六个检测探头接收到的信号依次存储于1、2、3、4、5、6道震动记录之内，采用互相关算法，到1与4、2与5、3与6三组数字信号互相关系数最大时的信号间隔数量差值n1、n2、n3；其中n1、n2、n3分别乘以采样间隔即可得到三组信号的时间差异：dt1、dt2、dt3；当测试剪切波时，取水平敲击信号的dt2、dt3的平均值为剪切波时差；当计算压缩波速度时，取竖直敲击信号的dt1为压缩波时差；所述存储单元用于将原始检测弹性波振动信号以及算法处理后信号进行模数转换后完成存储。
10.一种基于单孔法双通道波速测试系统的测试方法，其特征在于：基于权利要求1-9任一所述的测试系统实现，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于单孔法的双通道波速测试系统，其特征在于：该测试系统还包括支撑机构和测试机构；
2.如权利要求1所述的一种基于单孔法的双通道波速测试系统，其特征在于：所述基座左端还设有牵引钩；所述支撑腿包括液压升降杆和支撑垫板；所述液压升降杆一端与基座连接、另一端与支撑垫板固定连接，且支撑垫板的直径大于液压升降杆的直径。
3.如权利要求2所述的一种基于单孔法的双通道波速测试系统，其特征在于：所述支撑机构分为移动状态和固定状态，其中移动状态下，移动轮的设置高度大于支撑腿的整体高度；固定状态下，移动轮的设置高度小于支撑腿的整体高度。
4.如权利要求3所述的一种基于单孔法的双通道波速测试系统，其特征在于：所述卷绕结构包括支撑架、卷轴、卷绕电机、卷绕盘和钢丝绳；所述支撑架为凹型结构，且设置于通孔正上方；所述卷轴前后分布地设置于支撑架，所述卷绕电机通过支架固定安装于支撑架并与所述卷轴连接；所述卷绕盘设置于卷轴，所述钢丝绳一端卷绕设置于所述卷绕盘、另一端通过连接件连接所述测试机构。
5.如权利要求4所述的一种基于单孔法的双通道波速测试系统，其特征在于：所述连接件包括吊装架、卡箍和固紧螺栓；所述吊装架包括支撑条和支撑环；所述支撑条为半圆形结构，且为相互垂直的两个，所述支撑环与两个所述支撑条的四个端部通过焊接固定；所述卡箍竖直分布且为对称分布的两个，卡箍横截面为半圆形；两个所述卡箍一侧铰接，一侧通过所述固紧螺栓连接；且在所述卡箍内侧壁还涂覆有磨砂层。
6.如权利要求5所述的一种基于单孔法的双通道波速测试系统，其特征在于：所述连接管包括管套、伸缩臂和移动柱；所述管套竖直分布，且内部为中空结构，所述伸缩臂转动连接安装于所述管套内；所述移动柱设置于伸缩臂，且二者之间保持可相对转动、不可相对移动，且可通过定位螺栓完成二者固紧；所述管套上端与上探头之间通过固紧结构连接，所述移动柱与所述下探头也通过固紧结构连接，其中在所述下探头的下方还连接有配重块。
7.如权利要求6所述的一种基于单孔法的双通道波速测试系统，其特征在于：所述固紧结构包括固定柱、导向凸起和压簧；所...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈博涛，李俊强，冷凝，梁朝书，周辉，赵超，高建杨，余其林，郭晓雅，刘志伟，
申请(专利权)人：中核勘察设计研究有限公司，
类型：发明
国别省市：
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