CN106480870A - 一种静力触探探头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种静力触探探头，属于海洋静力触探装置技术领域，为解决现有的探头测试时海水压力对测力传感器量程影响较大的问题而设计。本发明提供的静力触探探头包括外壳体、位于外壳体内的芯轴、与芯轴下端连接的孔压传感器安装座以及套设在芯轴上的锥尖阻力测试组件，其中，芯轴上套设有第一密封圈，用于芯轴和外壳体之间的密封；孔压传感器安装座上套设有第二密封圈，用于孔压传感器安装座和外壳体之间的密封；芯轴在套设第一密封圈处的外径等于孔压传感器安装座在套设第二密封圈处的外径。本发明的静力触探探头测试锥尖阻力时测力传感器的量程与海水深度无关，能够减小测力传感器的量程并提高锥尖测试精度。

Description

一种静力触探探头

技术领域

本发明涉及海洋静力触探装置技术领域，具体涉及一种静力触探探头。

背景技术

静力触探的基本原理是用准静力(相对动力触探而言，没有或很少冲击荷载)将一个内部装有传感器的触探头以匀速压入土中，由于地层中各种土的软硬不同，探头所受的阻力也不同，传感器将这种大小不同的贯入阻力通过电信号输入到记录仪表中记录下来，再通过贯入阻力与土的工程地质特征之间的定性关系和统计相关关系，来实现取得土层剖面、提供浅基承载力、选择桩端持力层和预估单桩承载力等工程地质勘察目的。静力触探是一种原位测试手段，也是一种勘探手段，它和常规的钻探-取样-室内试验等勘探程序相比，具有快速、精确、经济和节省人力等优点。

海洋静力触探探头是海洋静力触探试验必不可少的部件，用于测试沉积物内部锥尖阻力、侧摩阻力及孔隙水压力等。目前，静力触探探头的锥尖通过单端受力方式来测试土和水的总应力，由于海水压力随水深增加而不断提高，采用这种结构的探头的量程往往要考虑水压力的影响。当水深超过1000m时，探头的量程需要比实际测试土体强度高许多，从而导致探头的分辨率降低；对于深海浅层沉积物，其强度范围在10kpa-200kpa范围内，但由于水深较大，探头量程要达到兆帕级。

因此，本发明亟需一种能够消除海水压力对测试量程影响的静力触探探头以解决上述存在的问题。

发明内容

本发明的一个目的是提出一种测试锥尖阻力时测力传感器的量程与海水深度无关的静力触探探头。

本发明的另一个目的是提出一种能够减小测力传感器的量程并提高锥尖测试精度的静力触探探头。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种静力触探探头，包括外壳体、位于所述外壳体内的芯轴、与所述芯轴下端连接的孔压传感器安装座以及套设在所述芯轴上的锥尖阻力测试组件，其中，所述芯轴上套设有第一密封圈，用于所述芯轴和所述外壳体之间的密封；所述孔压传感器安装座上套设有第二密封圈，用于所述孔压传感器安装座和所述外壳体之间的密封；所述芯轴在套设所述第一密封圈处的外径等于所述孔压传感器安装座在套设所述第二密封圈处的外径。

作为本发明的一个优选方案，所述锥尖阻力测试组件包括套设在所述芯轴上的测力套和固定在所述测力套上的测力传感器。

作为本发明的一个优选方案，所述外壳体由接头和套筒通过螺纹连接而形成，所述套筒的一端部向外延伸形成锥尖。

作为本发明的一个优选方案，所述孔压传感器安装座上固定有孔压传感器，用于测量孔隙水压力。

作为本发明的一个优选方案，所述孔压传感器安装座上开设有孔，所述孔能使海水进入所述孔压传感器。

作为本发明的一个优选方案，所述套筒在形成有所述锥尖的一端内设有透水石。

进一步的，还包括水密接插件，所述芯轴在朝向所述锥尖的一端连接有所述孔压传感器安装座，另一端连接有所述水密接插件。

作为本发明的一个优选方案，所述芯轴和所述孔压传感器安装座形成传力柱，所述传力柱为一体式结构。

作为本发明的一个优选方案，所述接头上套设有第三密封圈，用于所述接头和所述套筒之间的密封。

作为本发明的一个优选方案，所述测力传感器和所述孔压传感器的数据线分别与所述水密接插件连接。

本发明的有益效果为：

本发明的静力触探探头包括外壳体、位于外壳体内的芯轴、与芯轴下端连接的孔压传感器安装座以及套设在芯轴上的锥尖阻力测试组件，芯轴上套设有第一密封圈，孔压传感器安装座上套设有第二密封圈，芯轴在套设第一密封圈处的外径等于孔压传感器安装座在套设第二密封圈处的外径；芯轴和孔压传感器安装座形成一体式结构的传力柱，传力柱顶端水密接插件处与外部海水相通，形成的海水压力可以抵消传力柱底端锥尖处所受向上的海水压力，可以完全消除深海水压所造成的探头内外差压力值，因而，该静力触探探头测试锥尖阻力时测力传感器的量程与海水深度无关，能够减小测力传感器的量程并提高锥尖测试精度。

附图说明

图1是本发明优选实施例提供的静力触探探头的剖视图。

图中标记为：

1、芯轴；2、孔压传感器安装座；3、孔压传感器；4、测力套；5、测力传感器；6、接头；7、套筒；8、锥尖；9、透水石；10、水密接插件；11、第一密封圈；12、第二密封圈；13、第三密封圈；14、第四密封圈。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

优选实施例：

本优选实施例公开一种静力触探探头。如图1所示，静力触探探头包括由接头6和套筒7通过螺纹连接而形成的外壳体、位于外壳体内的芯轴1、与芯轴1连接的孔压传感器安装座2、固定在孔压传感器安装座2上的孔压传感器3、套设在芯轴1上的锥尖阻力测试组件以及固定在芯轴1上端的水密接插件10。静力触探探头的整体通过接头上部的螺纹与测量探杆连接，测量探杆需开设有孔，使探头内部水密接插件10处与外部海水相通，抵消内外差压力。静力触探探头主要用于精准地测试锥尖阻力和孔隙水压力。

锥尖阻力测试组件包括套设在芯轴1上的测力套4和固定在测力套4上的测力传感器5，且测力套4通过螺纹与接头6连接。

孔压传感器安装座2中间开设有孔，孔能使海水进入孔压传感器3，孔压传感器3用于测量孔隙水压力。

套筒7的一端部向外延伸形成锥尖8，套筒7在形成有锥尖8的一端内设有透水石9，海水能通过透水石9进入孔压传感器3。

芯轴1和孔压传感器安装座2形成传力柱，传力柱为一体式结构，芯轴1在朝向锥尖8的一端连接有孔压传感器安装座2，另一端连接有水密接插件10。测力传感器5和孔压传感器3的数据线分别与水密接插件10连接。

芯轴1上套设有第一密封圈11，用于芯轴1和接头6之间的密封；孔压传感器安装座2上套设有第二密封圈12，用于套筒7和孔压传感器安装座2之间的密封；芯轴1在套设第一密封圈11处的外径等于孔压传感器安装座2在套设第二密封圈12处的外径。

接头6上套设有第三密封圈13，用于接头6和套筒7之间的密封；孔压传感器安装座2通过螺纹与孔压传感器3连接，孔压传感器安装座2上还套设有第四密封圈14。

第一密封圈11和第三密封圈13的设置位置均高于锥尖阻力测试组件的位置。

第一密封圈11、第二密封圈12以及第三密封圈13均优选为O型密封圈。

本实施例的静力触探探头在测试锥尖阻力时具体说明如下：

在海水中，静力触探探头的整体通过接头6上部的螺纹与测量探杆连接，测量探杆开设有孔，海水通过孔进入探头内部水密接插件10处，直接作用于传力柱截面上，其中传力柱包括芯轴1和孔压传感器安装座2，为一体式结构。由于芯轴1在套设第一密封圈11处的外径等于孔压传感器安装座2在套设第二密封圈12处的外径，因而，探头在两处的受力面积相同，芯轴1和孔隙水压力安装座2形成的传力柱受到大小相同方向相反的海水压力，该压力只会对传力柱内部产生变形而不会形成差应力，此时测力未受到外力影响。但是，当锥尖8接触沉积物时，传立柱下部因沉积物的阻力而增大，而上部压力则未受到影响，此时传力柱受到的压力不再平衡，形成了因沉积物阻力而产生的压力差，导致将差压力传递给测力套4，通过测力传感器5进行锥尖阻力的测量，即，实现沉积物贯入阻力的测量。

通过上述说明可知，静力触探探头测试锥尖阻力时测力传感器的量程与海水深度无关，其能够减小测力传感器的量程并提高锥尖测试精度。

本实施例的静力触探探头在测试孔隙水压力时具体说明如下：

海水通过透水石9和孔压传感器安装座2中间开设的孔进入孔压传感器3，通过孔压传感器3完成压力测量。该静力触探探头测试的孔隙水压力更精准、更快捷。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上是结合附图给出的实施例，仅是实现本发明的优选方案而非对其限制，任何对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神，均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。本发明的保护范围还包括本领域技术人员不付出创造性劳动所能想到的任何替代技术方案。

Claims (10)

1.一种静力触探探头，其特征在于，包括外壳体、位于所述外壳体内的芯轴(1)、与所述芯轴(1)下端连接的孔压传感器安装座(2)以及套设在所述芯轴(1)上的锥尖阻力测试组件，其中，

所述芯轴(1)上套设有第一密封圈(11)，用于所述芯轴(1)和所述外壳体之间的密封；所述孔压传感器安装座(2)上套设有第二密封圈(12)，用于所述孔压传感器安装座(2)和所述外壳体之间的密封；

所述芯轴(1)在套设所述第一密封圈(11)处的外径等于所述孔压传感器安装座(2)在套设所述第二密封圈(12)处的外径。

2.根据权利要求1所述的一种静力触探探头，其特征在于，所述锥尖阻力测试组件包括套设在所述芯轴(1)上的测力套(4)和固定在所述测力套(4)上的测力传感器(5)。

3.根据权利要求2所述的一种静力触探探头，其特征在于，所述外壳体由接头(6)和套筒(7)通过螺纹连接而形成，所述套筒(7)的一端部向外延伸形成锥尖(8)。

4.根据权利要求3所述的一种静力触探探头，其特征在于，所述孔压传感器安装座(2)上固定有孔压传感器(3)，用于测量孔隙水压力。

5.根据权利要求4所述的一种静力触探探头，其特征在于，所述孔压传感器安装座(2)上开设有孔，所述孔能使海水进入所述孔压传感器(3)。

6.根据权利要求5所述的一种静力触探探头，其特征在于，所述套筒(7)在形成有所述锥尖(8)的一端内设有透水石(9)。

7.根据权利要求6所述的一种静力触探探头，其特征在于，还包括水密接插件(10)，所述芯轴(1)在朝向所述锥尖(8)的一端连接有所述孔压传感器安装座(2)，另一端连接有所述水密接插件(10)。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种静力触探探头，其特征在于，所述芯轴(1)和所述孔压传感器安装座(2)形成传力柱，所述传力柱为一体式结构。

9.根据权利要求3-7任一项所述的一种静力触探探头，其特征在于，所述接头(6)上套设有第三密封圈(13)，用于所述接头(6)和所述套筒(7)之间的密封。

10.根据权利要求7所述的一种静力触探探头，其特征在于，所述测力传感器(5)和所述孔压传感器(3)的数据线分别与所述水密接插件(10)连接。