本發(fā)明專利技術(shù)是一種用于軟土原位剪切波速測(cè)試的貫入式探測(cè)器，該探測(cè)器的同軸電纜（1）用于傳輸信號(hào)和數(shù)據(jù)；連接桿（2）可與靜力觸探桿或鉆探桿相連，通過(guò)靜力觸探貫入儀或鉆機(jī)貫入土中；葉片（3）位于連接桿（2）的另一端，內(nèi)部設(shè)有導(dǎo)線孔，允許同軸電纜穿過(guò)；一對(duì)懸臂分支梁（5）從楔形葉片（3）兩側(cè)延出，三組彎曲元傳感器分別正對(duì)安裝于懸臂分支梁（5）的下端；一對(duì)可拆卸電纜保護(hù)層（4）內(nèi)部開(kāi)設(shè)有線型凹槽，并分別覆蓋于葉片（3）和懸臂分支梁（5）的外側(cè)，同軸電纜（1）則通過(guò)電纜保護(hù)層（4）的線型凹槽與彎曲元傳感器相連；一對(duì)傳感器保護(hù)器（7）分別安裝于懸臂分支梁（5）底部的內(nèi)側(cè)，保護(hù)彎曲元傳感器不受損壞。該測(cè)量方法具有原位、快速、準(zhǔn)確、連續(xù)的特點(diǎn)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種軟土原位剪切波速的測(cè)定新方法，屬于巖土工程測(cè)試領(lǐng)域中一種能夠良好控制剪切波傳播方向，原位、快速、連續(xù)測(cè)定剪切波傳播速度的原位測(cè)試貫入式探測(cè)器。
技術(shù)介紹
剪切波速是指震動(dòng)橫波在土內(nèi)的傳播速度，反映了土體的小應(yīng)變動(dòng)力學(xué)特征。根據(jù)彈性理論，土的最大剪切模量Gmax與土的密度和剪切波速密切相關(guān)，而最大剪切模量則是表征土動(dòng)力學(xué)特性的基本參數(shù)，是土動(dòng)力計(jì)算和場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)中不可或缺的內(nèi)容。因此，通常采用剪切波速測(cè)試來(lái)計(jì)算土的最大剪切模量。常用的剪切波速測(cè)試方法分為原位測(cè)試與室內(nèi)試驗(yàn)兩大類。室內(nèi)試驗(yàn)往往采用動(dòng)三軸試驗(yàn)、共振柱試驗(yàn)和彎曲元試驗(yàn)，然而這些試驗(yàn)均需要高質(zhì)量的鉆孔取樣，對(duì)軟土而言則難以獲得無(wú)擾動(dòng)的原狀試樣，且室內(nèi)試驗(yàn)方法和操作程序等均會(huì)使得試驗(yàn)的結(jié)果嚴(yán)重偏離其真實(shí)值。工程中更為常用的是原位測(cè)試方法，包括跨孔法、下孔法以及瞬態(tài)瑞利波法等，然而在真實(shí)的剪切波傳遞過(guò)程中，剪切波速測(cè)試值同時(shí)受到波傳播方向和顆粒移動(dòng)方向上有效應(yīng)力的影響，也即受到豎向和水平向有效應(yīng)力的影響。天然土層具有較大的各向異性和復(fù)雜多變的沉積特征，因此對(duì)剪切波速測(cè)試值造成顯著的影響，使得原位測(cè)試方法提供的剪切波速測(cè)試結(jié)果意義往往不夠明確，因此工程實(shí)踐中應(yīng)用時(shí)需要作出一些簡(jiǎn)化假定，實(shí)際上則會(huì)導(dǎo)致土體的動(dòng)力學(xué)特征評(píng)估存在誤差。此外，現(xiàn)有的剪切波速原位測(cè)試方法一般采用人工震源，還受到人為因素的影響，可重復(fù)性不高。近幾年國(guó)際上出現(xiàn)了許多新型傳感器技術(shù)，其中彎曲元傳感器可以用來(lái)非常容易地測(cè)量土體的剪切波速，且具有無(wú)需人工震源、易改造、易更換以及不影響能量傳輸和信號(hào)接收等優(yōu)點(diǎn)。本專利技術(shù)據(jù)此提出了一種快捷、連續(xù)、測(cè)試成本低廉以及可重復(fù)性高的原位剪切波速測(cè)試貫入式探測(cè)器，采用此貫入式探測(cè)器還可控制剪切波的傳遞方向，因此還可用于評(píng)價(jià)土體的各向異性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
技術(shù)問(wèn)題本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有的原位剪切波速測(cè)試技術(shù)存在的缺陷，提出一種可良好控制剪切波傳遞方向的原位剪切波速測(cè)試貫入式探測(cè)器。技術(shù)方案本專利技術(shù)的一種用于軟土原位剪切波速測(cè)試的貫入式探測(cè)器包括同軸電纜、連接桿、葉片、一對(duì)可拆卸電纜保護(hù)層、一對(duì)懸臂分支梁、第一彎曲元傳感器、第二彎曲元傳感器、第三彎曲元傳感器和一對(duì)傳感器保護(hù)器；同軸電纜用于傳輸信號(hào)和數(shù)據(jù)，連接桿的上端與靜力觸探桿或鉆探桿相連，通過(guò)靜力觸探貫入儀或鉆機(jī)貫入土中，葉片位于連接桿的下端，連接桿的內(nèi)部設(shè)有導(dǎo)線孔，允許同軸電纜穿過(guò)；一對(duì)懸臂分支梁從葉片兩側(cè)延出，第一彎曲元傳感器、第二彎曲元傳感器、第三彎曲元傳感器分別正對(duì)安裝于懸臂分支梁的下端；一對(duì)可拆卸電纜保護(hù)層內(nèi)部設(shè)有線型凹槽，分別覆蓋于葉片和懸臂分支梁的外側(cè)，同軸電纜則通過(guò)可拆卸電纜保護(hù)層的線型凹槽與第一彎曲元傳感器、第二彎曲元傳感器、第三彎曲元傳感器相連；一對(duì)傳感器保護(hù)器分別安裝于懸臂分支梁底部的內(nèi)側(cè)，保護(hù)彎曲元傳感器不受損壞。所述連接桿外徑為35. 7mm。葉片的上部鋼板的厚度為15mm,高度為70mm,寬度為95mm ;下部為楔形鋼板,頂角為15°，楔形斜面長(zhǎng)度為57. 5_，高度為57_，寬度為65_ ;葉片的總高度為127_。可拆卸電纜保護(hù)層近懸臂分支梁一側(cè)的高度為217_，遠(yuǎn)離懸臂分支梁一側(cè)高度為190mm,寬度為6mm,厚度為15mm。兩懸臂分支梁的厚度為15臟，高度為100mm，底部寬度為15臟，上部與可拆卸電纜保護(hù)層接觸處的寬度為9mm;懸臂分支梁的底部為楔形，頂角60°，楔形部分的高度為1 5mm n三組彎曲元傳感器之間間距為15mm，第一彎曲元傳感器與葉片楔形邊緣之間的距離為40mm，露出懸臂分支梁部分的寬度為4mm ;彎曲元傳感器的工作頻率為IkHz ;第一彎曲兀傳感器的偏振方向?yàn)樗椒较颍诙澢鞲衅鞯钠穹较蚺c豎直方向成45° ,而第三彎曲兀傳感器的偏振方向則為豎直方向。傳感器保護(hù)器露出懸臂分支梁部分的寬度為5_。本專利技術(shù)的可用于軟土原位剪切波速測(cè)試的貫入式探測(cè)器，通過(guò)連接桿與靜力觸探或鉆探桿相連，在地表動(dòng)力系統(tǒng)的作用下貫入土體中。地表激發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生單一的正弦信號(hào)，通過(guò)同軸電纜傳遞至彎曲元傳感器中。彎曲元產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)在土中以剪切波的形式傳遞能量。土中剪切波沿各個(gè)方向均有傳播，且互相會(huì)造成干涉，而安裝有偏振器的彎曲元傳感器則僅允許與其偏振方向相同的剪切波通過(guò)并被檢測(cè)到，因此，貫入式探測(cè)器的三組彎曲元傳感器可以接收來(lái)自三個(gè)不同方向(水平向、與豎向成45°方向以及豎向)的剪切波。剪切波被貫入式探測(cè)器另一端的彎曲元傳感器接收到后，被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后通過(guò)同軸電纜傳遞至地表的采集系統(tǒng)中，由地表計(jì)算機(jī)軟件對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及波形顯示。貫入式探測(cè)器整體為關(guān)于中心線左右對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，貫入過(guò)程中，貫入式探測(cè)器下面的土對(duì)稱移動(dòng)，而在懸臂分支梁之間無(wú)流動(dòng)，因此懸臂分支梁不會(huì)彎曲。葉片邊緣與懸臂分支梁的尾端設(shè)置為楔形，保持葉片下土顆粒的對(duì)稱分布，降低貫入式探測(cè)器在土中受到的貫入阻力。當(dāng)貫入式探測(cè)器貫入到較堅(jiān)硬的土中時(shí)，彎曲元傳感器和同軸電纜容易被破壞。可拆卸電纜保護(hù)層避免同軸電纜遇到磨損，傳感器保護(hù)器則降低彎曲元傳感器與貫入式探測(cè)器下部土體的直接接觸，降低損壞的可能性。貫入式探測(cè)器懸臂分支梁的長(zhǎng)度設(shè)置有利于提高剛度，增強(qiáng)貫入式探測(cè)器的穩(wěn)定性；而彎曲元傳感器與葉片楔形邊緣的距離設(shè)置，則保證所測(cè)得土體剪切波速基本不受到貫入式探測(cè)器貫入的影響，能最大程度的提供土體原位剪切波速值。有益效果土體剪切波速的室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果受到取樣擾動(dòng)、試驗(yàn)方法以及操作步驟的影響而容易偏離其真實(shí)值，在軟土中尤為明顯。現(xiàn)有的剪切波速原位測(cè)試技術(shù)則受到地下土體各向異性等復(fù)雜因素的影響，在工程實(shí)踐中應(yīng)用時(shí)需要引入一些簡(jiǎn)化假定，同樣會(huì)產(chǎn)生誤差；同時(shí)還受到人為因素的影響。本專利技術(shù)解決了現(xiàn)有的原位剪切波速測(cè)試技術(shù)不能考慮和評(píng)價(jià)土體各向異性的缺陷，提出一種可良好控制剪切波傳遞方向的原位剪切波速測(cè)試技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)無(wú)需人工震源，具有連續(xù)性、可靠性和可重復(fù)性的特點(diǎn)。附圖說(shuō)明圖1是本專利技術(shù)元件裝置的正面示意圖(0°視角)；圖2是本專利技術(shù)元件裝置的側(cè)面示意圖(90°視角)。其中包括同軸電纜1、連接桿2、葉片3、一對(duì)可拆卸電纜保護(hù)層4、一對(duì)懸臂分支梁5、第一彎曲元傳感器6.1、第二彎曲元傳感器6. 2、第三彎曲元傳感器6. 3、一對(duì)傳感器保護(hù)器7。具體實(shí)施例方式本專利技術(shù)是一種用于軟土原位測(cè)試剪切波速的貫入式探測(cè)器，該設(shè)備主要由同軸電纜1、連接桿2、葉片3、一對(duì)可拆卸電纜保護(hù)層4、一對(duì)懸臂分支梁5、第一彎曲元傳感器6.1、第二彎曲元傳感器6. 2、第三彎曲元傳感器6. 3和一對(duì)傳感器保護(hù)器7組成。同軸電纜I用于傳輸信號(hào)和數(shù)據(jù)；連接桿2與靜力觸探桿或鉆探桿相連，通過(guò)靜力觸探貫入儀或鉆機(jī)貫入土中；葉片3位于連接桿的另一端，內(nèi)部設(shè)有導(dǎo)線孔，允許同軸電纜I穿過(guò)；一對(duì)懸臂分支梁5從葉片3兩側(cè)延出，第一彎曲元傳感器6.1、第二彎曲元傳感器6. 2、第三彎曲元傳感器6. 3分別正對(duì)安裝于懸臂分支梁5的下端；一對(duì)可拆卸電纜保護(hù)層4內(nèi)部設(shè)有線型凹槽，分別覆蓋于葉片3和懸臂分支梁5的外側(cè)，同軸電纜I則通過(guò)可拆卸電纜保護(hù)層4的線型凹槽與彎曲元傳感器相連；一對(duì)傳感器保護(hù)器7分別安裝于懸臂分支梁5底部的內(nèi)側(cè)，保護(hù)彎曲元傳感器不受損壞。連接桿外徑為3本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于軟土原位剪切波速測(cè)試的貫入式探測(cè)器，其特征在于該貫入式探測(cè)器包括同軸電纜（1）、連接桿（2）、葉片（3）、一對(duì)可拆卸電纜保護(hù)層（4）、一對(duì)懸臂分支梁（5）、第一彎曲元傳感器（6.1）、第二彎曲元傳感器（6.2）、第三彎曲元傳感器（6.3）和一對(duì)傳感器保護(hù)器（7）；同軸電纜（1）用于傳輸信號(hào)和數(shù)據(jù)，連接桿（2）的上端與靜力觸探桿或鉆探桿相連，通過(guò)靜力觸探貫入儀或鉆機(jī)貫入土中，葉片（3）位于連接桿（2）的下端，連接桿（2）的內(nèi)部設(shè)有導(dǎo)線孔，允許同軸電纜穿過(guò)；一對(duì)懸臂分支梁（5）從葉片（3）兩側(cè)延出，第一彎曲元傳感器（6.1）、第二彎曲元傳感器（6.2）、第三彎曲元傳感器（6.3）分別正對(duì)安裝于懸臂分支梁（5）的下端；一對(duì)可拆卸電纜保護(hù)層（4）內(nèi)部設(shè)有線型凹槽，分別覆蓋于葉片（3）和懸臂分支梁（5）的外側(cè)，同軸電纜（1）則通過(guò)可拆卸電纜保護(hù)層（4）的線型凹槽與第一彎曲元傳感器（6.1）、第二彎曲元傳感器（6.2）、第三彎曲元傳感器（6.3）相連；一對(duì)傳感器保護(hù)器（7）分別安裝于懸臂分支梁（5）底部的內(nèi)側(cè)，保護(hù)彎曲元傳感器不受損壞。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鄒海峰，蔡國(guó)軍，劉松玉，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：東南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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