[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

CN110512586B - 一种弹射式t型全流贯入装置 - Google Patents

一种弹射式t型全流贯入装置 Download PDF

Info

Publication number
CN110512586B
CN110512586B CN201910763580.2A CN201910763580A CN110512586B CN 110512586 B CN110512586 B CN 110512586B CN 201910763580 A CN201910763580 A CN 201910763580A CN 110512586 B CN110512586 B CN 110512586B
Authority
CN
China
Prior art keywords
ejection
penetration
type
shaped full
flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910763580.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110512586A (zh
Inventor
乔欢欢
蔡国军
荣琦
刘东明
武猛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN201910763580.2A priority Critical patent/CN110512586B/zh
Publication of CN110512586A publication Critical patent/CN110512586A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110512586B publication Critical patent/CN110512586B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D1/00—Investigation of foundation soil in situ
    • E02D1/02—Investigation of foundation soil in situ before construction work
    • E02D1/022—Investigation of foundation soil in situ before construction work by investigating mechanical properties of the soil

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Paleontology (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

本发明是一种弹射式T型全流贯入装置，该装置的由三部分组成：第一部分的弹射装置(1)位于上部，第二部分的导弹式尾翼(2)位于中部，第三部分的T型全流探头(3)位于下部。通过弹射装置提供T型全流贯入仪的初始动能，能够有效提高贯入仪的贯入深度，四页导弹式尾翼能够提高贯入仪的稳定性和贯入点精度，增加加速度传感器、力传感器、倾斜传感器，孔压传感器可以进一步提高T型全流贯入仪水下原位测试精度。该贯入装置用于水下超软土强度特性测试，具有有快捷、经济、易操作、准确率高等优点，是评价水下超软土强度特强有力的原位测试工具。

Description

一种弹射式T型全流贯入装置
技术领域
本发明涉及一种弹射式T型全流贯入装置，是用来评价水下超软土强度特强有力的原位测试工具，属于岩土工程原位测试领域。
背景技术
沿海和湖泊沉积地区广泛存在大量的超软土，这种超软土含水量高(大于100％)，呈流塑状态，具有高压缩性、极低强度和高灵敏度的特点，并具有结构性，该类超软土几乎无法进行取样和室内试验，现有勘察测试技术难以评价其强度和变形特征，只能通过原位测试方法。包括十字板剪切试验，CPTU静力触探测试，球型和T型全流静力触探测试以及自由落体式贯入测试。而十字板剪切试验水下测试软土强度操作不方便且测试值不连续；由于在水下高围压应力条件下，传统CPTU仪器探头测压元件在贯入过程中对于超软土的量测精确性大为减小；同时无法正确地定量描述上覆土压力的作用，所以无法满足工程设计要求。Randolph等采用增大贯入仪投影面积的方式，并基于full-flow理论提出一种新型的全流触探仪(球型和T型全流静力触探)以解决上述问题。全流触探仪通过穿过水下超软土时，在探头周围产生类似于黏性流体状态的土流围绕探头表面，通过探头表面与土流的摩擦获得超软土的不排水抗剪强度。但是静力触探都需要加载装置来进行测量，且在水上现场勘测过程中需要专业的勘测船，费用较高。而自由落体式贯入测试是通过自由落体方式动力贯入到水下进行测量的贯入仪，无需借助其它加载装置。目前主要有自由落体式锥形贯入仪和式球形贯入仪两种形式，但是目前的自由落体式贯入仪贯入深度有限，并且不能很好地模拟水底管线的受力状态。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种弹射式T型全流贯入装置，该装置通过弹射装置提供T型全流贯入仪的初始动能，进行动力贯入，可以很好地模拟水底管线的受力状态，并且能够有效提高贯入仪的贯入深度，四页导弹式尾翼能够提高贯入仪的稳定性和贯入点精度，增加加速度传感器、孔压传感器可以进一步提高T型全流贯入仪水下原位测试精度。该贯入装置用于水下超软土强度特性测试，具有快捷、经济、易操作、准确率高等优点，是评价水下超软土强度特性强有力的原位测试工具。
技术方案：为解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种弹射式T型全流贯入装置，该装置的由三部分组成：
第一部分为弹射装置，包括弹射架，弹力环，弹射底座，弹射滑管和弹力传感器；其中，弹力环位于弹射底座的上部，弹射滑管和弹力传感器位于弹射装置的中轴线上；
第二部分为稳定贯入仪贯入方向的导弹式尾翼，尾部为四页式尾翼，内部设有同轴电缆传递信号和数据，同轴电缆连接内部数模转换器，下底部为螺纹接头；
第三部分为T型全流探头，包括连接导弹式尾翼的连接杆，连接杆底部布有倾斜角传感器，加速度传感器和孔压传感器；
第一部分的弹射装置位于上部，第二部分的导弹式尾翼位于中部，第三部分的T型全流探头位于下部。
弹射装置根据初始动能需求，配置不同数量的弹力环。
所述的弹力环与弹射底座采用勾环式连接。
所述的弹射滑管与导弹式尾翼的尾部采用可弹出的嵌入式连接。
所述的导弹式尾翼的尾部采用四页式尾翼，单个尾翼为直角三角形。
所述的第二部分导弹式尾翼用螺纹接头与第三部分T型全流探头的连接杆连接。
所述的T型全流探头，长100-500mm，直径10-80mm，投影面积10-400cm2。
弹射式T型全流贯入装置的速度v可由加速度传感器测得的加速度a积分得到：
Figure BDA0002171159370000021
贯入深度z可由速度v积分得到：
Figure BDA0002171159370000022
已有研究表明由于T型全流贯入探头在加速(或减速)运动过程中，会带动周边土体加速(或减速)运动，因此需要考虑附加质量m*的作用，其由下式(进行计算：
m*＝Cmmsoil (3)
其中，Cm为附加质量系数；msoil为T型全流贯入探头排开土体的质量，按照式(4)进行计算
msoil＝VT-barρsoil (4)
其中，VT-bar为T型全流贯入探头排开土体的体积，ρsoil为土体的密度。
所以T型全流贯入探头的有效质量m可由下式计算：
m＝m*+msoil (5)
贯入阻力qt,,d可以根据T型全流贯入探头的有效质量m乘以测量的加速度a获得：
Figure BDA0002171159370000031
其中，v为弹射式T型全流贯入装置的速度；z为贯入深度；Wb为弹射式T型全流贯入装置在水中的浮重；m为T型全流贯入探头的有效质量；FD为拖曳阻力(因土体惯性产生)；Fb为浮力等于排开土的有效重量；Rf,ip贯入阻力的应变速率系数；Nk,T-bar为T型全流贯入探头承载能力系数；As为弹射式T型全流贯入装置T型全流探头的投影面积。
土体拖曳阻力的计算方法与流体拖曳阻力的计算方法相同。
Figure BDA0002171159370000032
其中，ρs为土体饱和密度；Cd为拖曳系数。
贯入阻力的应变速率系数Rf,tip,由下式计算：
Figure BDA0002171159370000033
其中，γ&为应变率、
Figure BDA0002171159370000034
为不排水抗剪强度的参考应变率、β为应变率参数。
土体的不排水抗剪强度su需要扣除拖曳阻力和因应变率效应对土体强度产生的折减，可以下式计算：
Figure BDA0002171159370000041
其中，qc,d为测量的贯入阻力；u2为测量或估计锥肩处的孔隙压力；αcone：不相等的面积率；σv0为上覆应力；qD为拖曳阻力(等于FD/As)；
Figure BDA0002171159370000042
为贯入阻力的应变速率系数；Nk,T-bar为T型全流贯入探头承载力系数；qnet,d为弹射式T型全流贯入装置产生的动力净贯入阻力；qnet,s为T型全流静力贯入的净贯入阻力。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：
本发明提供的一种弹射式T型全流贯入装置为岩土工程勘测实践中评价水下超软土强度特性提供强有力的原位测试工具。通过弹射装置提供T型全流贯入仪的初始动能，能够有效提高贯入仪的贯入深度，四页导弹式尾翼能够提高贯入仪的稳定性和贯入点精度，增加加速度传感器、力传感器、倾斜传感器，孔压传感器可以进一步提高T型全流贯入仪水下原位测试精度，是用来评价水下超软土强度特强有力的原位测试工具。
本发明提供的可评价水下超软土强度特性强有力的原位测试工具，该装置结构简单、质量控制良好，使用方便，测试速度快，测试效率高，测试结果准确可靠，重复性好。
附图说明
图1是本发明提供的一种弹射式T型全流贯入装置元件装置的构造示意图；
图中有：弹射装置1，弹射架1a，弹力环1b，弹射底座1c，弹射滑管1d和弹力传感器1e；导弹式尾翼2，四页式尾翼2a，同轴电缆2b，数模转换器2c和螺纹接头2d；T型全流探头3，包括连接杆3a，倾斜角传感器3b，加速度传感器3c和孔压传感器3d。
具体实施方式
实施例1
本发明提供了一种弹射式T型全流贯入装置，该装置的由三部分组成：第一部分为弹射装置1，包括弹射架1a，弹力环1b，弹射底座1c，弹射滑管1d和弹力传感器1e；第二部分为稳定贯入仪贯入方向的导弹式尾翼2，尾部为四页式尾翼2a，内部设有同轴电缆2b传递信号和数据，同轴电缆2b连接内部数模转换器2c，下顶部为螺纹接头2d；第三部分为T型全流探头3，包括连接导弹式尾翼2的连接杆3a，连接杆底部布有倾斜角传感器3b，加速度传感器3c和孔压传感器3d。
其中：
所述的一种弹射式T型全流贯入装置，其特征在于：弹射装置1根据初始动能需求，配置8个弹力环1b。
所述的弹力环1b与弹射底座1c采用勾环式连接。
所述的一种弹射式T型全流贯入装置，其特征在于：所述的弹射滑管1d与导弹式尾翼2的尾部采用可弹出的嵌入式连接。
所述的导弹式尾翼2的尾部采用四页式尾翼2a，单个尾翼为直角三角形。
所述的第二部分导弹式尾翼2用螺纹接头2d与第三部分T型全流探头3的连接杆3a连接。
所述的T型全流探头3，长250mm，直径40mm，投影面积100cm2。
弹射式T型全流贯入装置的速度v可由加速度传感器3c测得的加速度a积分得到：
Figure BDA0002171159370000051
贯入深度z可由加速度二次积分得到：
Figure BDA0002171159370000052
已有研究表明由于T型全流贯入探头3在加速(或减速)运动过程中，会带动周边土体加速(或减速)运动，因此需要考虑附加质量m*的作用，其由下式(进行计算：
m*＝Cmmsoil (3)
其中，Cm为附加质量系数；msoil为T型全流贯入探头3排开土体的质量，按照式(4)进行计算
msoil＝VT-barρsoil (4)
其中，VT-bar为T型全流贯入探头3排开土体的体积，ρsoil为土体的密度。
所以T型全流贯入探头3的有效质量m可由下式计算：
m＝m*+msoil (5)
贯入阻力qt,,d可以根据T型全流贯入探头3的有效质量m乘以测量的加速度a获得：
Figure BDA0002171159370000061
其中，v为弹射式T型全流贯入装置的速度；z为贯入深度；Wb为弹射式T型全流贯入装置在水中的浮重；m为T型全流贯入探头3的有效质量；FD为拖曳阻力(因土体惯性产生)；Fb为浮力等于排开土的有效重量；Rf,ip贯入阻力的应变速率系数；Nk,T-bar为T型全流贯入探头3承载能力系数；As为弹射式T型全流贯入装置T型全流探头的投影面积。
土体拖曳阻力的计算方法与流体拖曳阻力的计算方法相同。
Figure BDA0002171159370000062
其中，ρs为土体饱和密度；Cd为拖曳系数。
贯入阻力的应变速率系数Rf,tip,由下式计算：
Figure BDA0002171159370000063
其中，γ&为应变率、
Figure BDA0002171159370000064
为不排水抗剪强度的参考应变率、β为应变率参数。
土体的不排水抗剪强度su需要扣除拖曳阻力和因应变率效应对土体强度产生的折减，可以下式计算：
Figure BDA0002171159370000065
其中，qc,d为测量的贯入阻力；u2为测量或估计锥肩处的孔隙压力；αcone：不相等的面积率；σv0为上覆应力；qD为拖曳阻力(等于FD/As)；
Figure BDA0002171159370000066
为贯入阻力的应变速率系数；Nk,T-bar为T型全流贯入探头3承载力系数；qnet,d为弹射式T型全流贯入装置产生的动力净贯入阻力；qnet,s为T型全流静力贯入的净贯入阻力。

Claims (4)

1.一种弹射式T型全流贯入装置，其特征在于：该装置由三部分组成：
第一部分为弹射装置(1)，包括弹射架(1a)，弹力环(1b)，弹射底座(1c)，弹射滑管(1d)和弹力传感器(1e)；其中，弹力环(1b)位于弹射底座(1c)的上部，弹射滑管(1d)和弹力传感器(1e)位于弹射装置(1)的中轴线上；
弹射底座(1c)设于弹射架(1a)上，弹力环(1b)与弹射底座(1c)采用勾环式连接；弹射滑管(1d)设于弹射底座(1c)下部，弹力传感器(1e)设于弹射滑管(1d)上，弹射装置(1)根据初始动能需求，配置不同数量的弹力环(1b)；
第二部分为稳定装置贯入方向的导弹式尾翼(2)，尾部为四页式尾翼(2a)，内部设有同轴电缆(2b)传递信号和数据，同轴电缆(2b)连接内部数模转换器(2c)，导弹式尾翼下底部为螺纹接头(2d)；
第三部分为T型全流探头(3)，包括连接导弹式尾翼(2)的连接杆(3a)，连接杆底部布有倾斜角传感器(3b)，加速度传感器(3c)和孔压传感器(3d)；
第一部分的弹射装置(1)位于上部，第二部分的导弹式尾翼(2)位于中部，第三部分的T型全流探头(3)位于下部；弹射滑管(1d)与导弹式尾翼的尾部采用可弹出的嵌入式连接，
所述的弹射式T型全流贯入装置的速度v由加速度传感器(3c)测得的加速度a积分得到：
Figure FDA0002962818020000011
贯入深度z由加速度二次积分得到：
Figure FDA0002962818020000012
由于T型全流探头(3)在加速或减速运动过程中，会带动周边土体加速或减速运动，因此需要考虑附加质量m*的作用，其由下式进行计算：
m*＝Cmmsoil (3)
其中，Cm为附加质量系数；msoil为T型全流探头(3)排开土体的质量，按照式(4)进行计算：
msoil＝VT-barρsoil (4)
其中，VT-bar为T型全流探头(3)排开土体的体积，ρsoil为土体的密度，
T型全流探头(3)的有效质量m由下式计算：
m＝m*+msoil (5)
贯入阻力qt,d按下式计算：
Figure FDA0002962818020000021
其中，v为弹射式T型全流贯入装置的速度；z为贯入深度；Wb为弹射式T型全流贯入装置在水中的浮重；m为T型全流探头(3)的有效质量；FD为拖曳阻力；Fb为浮力等于排开土的有效重量；Rf,tip为贯入阻力的应变速率系数；Nk,T-bar为T型全流探头(3)承载能力系数；As为T型全流探头的投影面积；
土体拖曳阻力的计算方法与流体拖曳阻力的计算方法相同；
Figure FDA0002962818020000022
其中，ρs为土体饱和密度；Cd为拖曳系数；
贯入阻力的应变速率系数Rf,tip,由下式计算：
Figure FDA0002962818020000023
其中，
Figure FDA0002962818020000024
为应变率、
Figure FDA0002962818020000025
为不排水抗剪强度的参考应变率、β为应变率参数；
土体的不排水抗剪强度su需要扣除拖曳阻力和因应变率效应对土体强度产生的折减，以下式计算：
Figure FDA0002962818020000026
其中，qc,d为测量的贯入阻力；u2为测量或估计锥肩处的孔隙压力；αcone为不相等的面积率；σv0为上覆应力；qD为拖曳阻力，等于FD/As；Rf,tip为贯入阻力的应变速率系数；Nk,T-bar为T型全流探头(3)承载能力系数；qnet,d为弹射式T型全流贯入装置产生的动力净贯入阻力；qnet,s为T型全流静力贯入的净贯入阻力。
2.如权利要求1所述的一种弹射式T型全流贯入装置，其特征在于：所述的导弹式尾翼(2)的尾部采用四页式尾翼(2a)，单个尾翼为直角三角形。
3.如权利要求1所述的一种弹射式T型全流贯入装置，其特征在于：所述的第二部分导弹式尾翼(2)用螺纹接头(2d)与第三部分T型全流探头(3)的连接杆(3a)连接。
4.如权利要求1所述的一种弹射式T型全流贯入装置，其特征在于：所述的T型全流探头(3)，长100-500mm，直径10-80mm，投影面积10-400cm2。
CN201910763580.2A 2019-08-19 2019-08-19 一种弹射式t型全流贯入装置 Active CN110512586B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910763580.2A CN110512586B (zh) 2019-08-19 2019-08-19 一种弹射式t型全流贯入装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910763580.2A CN110512586B (zh) 2019-08-19 2019-08-19 一种弹射式t型全流贯入装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110512586A CN110512586A (zh) 2019-11-29
CN110512586B true CN110512586B (zh) 2021-04-27

Family

ID=68625665

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910763580.2A Active CN110512586B (zh) 2019-08-19 2019-08-19 一种弹射式t型全流贯入装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110512586B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3106899B1 (fr) * 2020-02-05 2022-06-03 Sol Solution Dispositif et système de mesure pour la caractérisation géomécanique d’un sol, ainsi que procédé de mesure correspondant
CN116124637B (zh) * 2023-02-01 2024-06-21 中国科学院力学研究所 一种面向冲击贯入触探试验的室内标定装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102900063A (zh) * 2012-10-30 2013-01-30 东南大学 用于探测淤泥的动力孔压静力触探探头
CN106053295A (zh) * 2016-07-28 2016-10-26 东南大学 一种用于评价粘土强度的自落式球型动态贯入仪
CN108152170A (zh) * 2017-12-27 2018-06-12 大连理工大学 带有推进器的自由落体式球形贯入仪
CN108254293A (zh) * 2017-12-15 2018-07-06 国家海洋局第海洋研究所 近海海底沉积物抗液化能力原位测量装置
CN109579802A (zh) * 2018-12-26 2019-04-05 中国海洋大学 一种多级贯入式海底沙波原位观测装置及方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2510685B (en) * 2012-12-12 2015-11-18 Schlumberger Holdings Measurement of fluid properties

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102900063A (zh) * 2012-10-30 2013-01-30 东南大学 用于探测淤泥的动力孔压静力触探探头
CN106053295A (zh) * 2016-07-28 2016-10-26 东南大学 一种用于评价粘土强度的自落式球型动态贯入仪
CN108254293A (zh) * 2017-12-15 2018-07-06 国家海洋局第海洋研究所 近海海底沉积物抗液化能力原位测量装置
CN108152170A (zh) * 2017-12-27 2018-06-12 大连理工大学 带有推进器的自由落体式球形贯入仪
CN109579802A (zh) * 2018-12-26 2019-04-05 中国海洋大学 一种多级贯入式海底沙波原位观测装置及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
海洋孔压静力触探与全流触探测试技术新进展;夏涵等;《2016年全国工程勘察学术大会论文集（下册）》;20160905(第2期);第16-21页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110512586A (zh) 2019-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108152170B (zh) 带有推进器的自由落体式球形贯入仪
CN110512586B (zh) 一种弹射式t型全流贯入装置
WO2021000345A1 (zh) 一种软土场地土体参数横向连续测量方法
US5681982A (en) Probe for evaluating seafloor geoacoustic and geotechnical properties
Hossain et al. Physical and numerical modelling of installation and pull-out of dynamically penetrating anchors in clay and silt
US10962460B2 (en) Free fall ball penetrometer with a booster
CN109556653A (zh) 一种带有液压吸力筒基础的原位管土作用测试系统及其测试方法
CN110512585B (zh) 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
CN106053295A (zh) 一种用于评价粘土强度的自落式球型动态贯入仪
CN107700458A (zh) 用于海洋超软土原位测试的梨形扩底全流触探探头
Chow et al. An experimental study of the embedment of a dynamically installed anchor in sand
CN105067037A (zh) 用于测量锚在土中运动轨迹和承载力的装置及方法
Akal et al. An expendable penetrometer for rapid assessment of seafloor parameters
CN107747306A (zh) 一种用于海洋超软土原位测试的十字形全流触探探头
Bemben et al. The vertical holding capacity of marine anchor flukes subjected to static and cyclic loading
CN114910367A (zh) 一套适用于土体大小应变测量的室内静力触探、弯曲元联合试验系统
Chow et al. A comparative field study of free-fall cone and sphere penetrometers in soft sediment
Mumtaz et al. Pore pressure measurements using a portable free fall penetrometer
US20110313685A1 (en) System and method for sand detection
Rong et al. Design and application of dynamic seabed penetrators in offshore geotechnical engineering: A review
EP2460939B1 (en) Determination of a waterway characteristic
CN115078694A (zh) 一种旋转式土与结构界面力学特性试验装置及方法
Stoll Measuring sea bed properties using static and dynamic penetrometers
Beijer Lundberg et al. On the modelling of piles in sand in the small geotechnical centrifuge
CN210621663U (zh) 一种多功能微型静力触探探杆

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant