专利名称：一种可测量深部土体温度的能源环境静力触探探头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可现场测量深部土体温度的能源环境静力触探探头，属于岩土工程领域中一种能够直接、连续地分析测试多年冻土、季节性冻土或受污染土体内部温度变化的静力触探装置。
背景技术：
静力触探技术是指利用压力装置将带有触探头的触探杆压入试验土层，通过量测系统测试土的锥尖阻力、侧壁摩阻力等，可确定土的某些基本物理力学特性，如土的变形模量、土的容许承载力等。静力触探技术至今已有80多年的历史。国际上广泛应用静力触探，部分或全部代替了工程勘察中的钻探和取样。我国于1965年首先研制成功电测式静力触探并应用于勘察。近几年随着传感器技术的快速发展，出现了很多新的静力触探技术，这些技术能够快速、准确 地获得土层的孔隙水压力、地震波、污染物性状、温度、甚至影像。国外已将之大量应用于环境岩土工程领域。我国在新型静力触探传感器的研究起步比较晚，目前国内广泛使用的单双桥静力触探仅能够测试的贯入阻力或比贯入阻力，侧壁摩阻力，可确定的土层基本物理力学特性。随着我国经济的快速发展，我国高寒地区在多年冻土或季节性冻土上工程建设进度加快，这就不可避免的要确定土体工程性质参数。多年冻土或季节性冻土取样困难，且试样在运输、储存过程中对环境要求苛刻，试样易受到扰动，室内试验结果严重偏离其真实值。现有原位测试技术不具备温度测试的功能。另外，我国经济发展的同时，土体污染也越来越多，土体受污染后的温度特性也会发生改变，污染物在不同温度下呈现不同的特性，原位测量土体内部温度是需要考虑的问题。本发明基于常规的静力触探探头，提出了一种方便、快捷、测试成本低廉的原位测试仪器，可测量土体内部实际绝对温度或不同土层的相对温度，为岩土工程实践和地热开发提供有力的检测工具。
发明内容
技术问题:本发明要解决的技术问题是针对国内现有单双桥静探技术存在的缺陷，提出一种可测量深部土体温度的能源环境静力触探探头。技术方案:本发明的一种可测量深部土体温度的能源环境静力触探探头采用同轴电缆传递信号和数据，上部为探杆和防水圈，中部设有模数转换器，探杆下部设有密封圈和侧壁摩擦筒，在侧壁摩擦筒的内部设有测斜仪、侧壁摩阻力传感器，探头部分设有温度传感器、锥尖阻力传感器，锥形探头连接在侧壁摩擦筒的下部，连接处由密封圈防水防土。所述的锥形探头顶角为60°，锥底直径35.7_，锥底截面积为10cm2。所述的侧壁摩擦筒外径为35.7mm,表面积150cm2。所述的温度传感器为热电偶检测仪，设置于探头的中下部，可设置测量实际绝对温度和不同土层的相对温度两种模式。本发明的可直接测量深部土体温度的能源环境静力触探探头，其探测部分主要由同轴电缆、防水圈、模数转换器、密封圈、侧壁摩擦筒、测斜仪、侧壁摩阻力传感器、温度传感器、锥尖阻力传感器及其内部的电路系统组成。试验前，根据测试要求，选择温度测试模式。如需测量相对温度，在贯入土层0.3 0.5m后停留2分钟，使得探头温度与土层温度相同，并设置起始温度为O。在贯入系统作用下，温度静力触探探头以小于1.2m/min的恒定速率贯入土层中。侧壁摩阻力传感器测量侧壁摩擦筒受到的摩阻力，锥尖阻力传感器测量锥形探头受到的贯入阻力，温度传感器测量土体温度。温度对探头实测值影响较为显著，因此根据温度传感器提供的温度，对实测值进行补偿和修正。测斜仪提供探头的倾斜角度，对贯入深度进行修正。防水圈阻止水进入探杆内部，避免电路损坏。密封圈在防水的同时还可防止土体进入侧壁摩擦筒内部。所有测量和记录的数据经过模数转换器转换为数字信号后，经同轴电缆传输至地表的微机采集和存储系统中保存，绘出实时连续的剖面图。通过锥尖贯入阻力、侧壁摩阻力以及土体温度，可评价多年冻土、季节性冻土或受污染土的原位特性。有益效果:由于多年冻土或季节性冻土取样困难，试样温度容易变化。钻孔取样的扰动和运输土样过程中温度发生变化，使得室内试验的结果严重偏离其真实值。现有原位测试一般不具备温度测试功能。本发明解决了国内现有的单双桥静探技术不能直接测量土体原位温度的缺陷，通过贯入过程中产生的锥尖贯入阻力、侧壁摩阻力以及土体温度，能方便、快捷、连续的评价多年冻土、季节性冻土或受污染土的原位特性，使得静力触探技术能更准确、全面地服务于岩土工程领域。本发明具有连续性、可靠性和可重复性的特点。
图1是本发明的总体结构示意图，其中有:同轴电缆1，探杆2，防水圈3，模数转换器4，密封圈5，侧壁摩擦筒6，测斜仪7，侧壁摩阻力传感器8，锥尖阻力传感器9，温度传感器10，密封圈11，锥形探头12。
具体实施例方式本发明的可用于直接测量深部土体温度的能源环境静力触探探头采用同轴电缆I传递信号和数据，上部为探杆2和防水圈3，中部设有模数转换器4，探杆2下部设有密封圈5和侧壁摩擦筒6，在侧壁摩擦筒6的内部设有测斜仪7、侧壁摩阻力传感器8，锥尖阻力传感器9，锥形探头12连接在侧壁摩擦筒的下部，温度传感器10位于锥形探头12的中下部，密封圈11防水防土。锥形探头锥尖为60°，锥底直径35.7mm，锥底截面积为10cm2。侧壁摩擦筒外径为35.7mm，表面积150cm2。温度传感器设置于锥形探头的中下部，可设置测量实际温度和相对温度两种模式。该探头集成了常规静力触探的功能(可测端阻、摩阻)和测量土体温度的功能，解决了多年冻土、季节性冻土及污染土土体温度现场测试的问题，进一步发展了静力触探技术的内容。试验前，根据测试要求，选择温度测试模式。如需测量相对温度，在贯入土层
0.3 0.5m后停留2分钟，使得探头温度与土层温度相同，并设置起始温度为O。在贯入系统作用下，温度静力触探探头以小于1.2m/min的恒定速率贯入土层中。侧壁摩阻力传感器测量侧壁摩擦筒受到的摩阻力，锥尖阻力传感器测量锥形探头受到的贯入阻力，温度传感器测量土体温度。温度对探头实测值影响较为显著，因此根据温度传感器提供的温度，对实测值进行补偿和修正。测斜仪提供探头的倾斜角度，对贯入深度进行修正。防水圈阻止水进入探杆内部，避免电路损坏。密封圈在防水的同时还可防止土体进入侧壁摩擦筒内部。所有测量和记录的数据经过模数转换器转换为数字信号后，经同轴电缆传输至地表的微机采集和存储系统中保存，绘出实时连续的剖面图。通过锥尖贯入阻力、侧壁摩阻力以及土体内部温度，可评价多年冻土、季 节性冻土或受污染土的原位特性。
权利要求
1.一种可测量深部土体温度的能源环境静力触探探头，其特征在于该探头采用同轴电缆(1)传递信号和数据，上部为探杆(2)和防水圈(3)，中部设有模数转换器(4)，探杆(2)下部设有密封圈(5 )和侧壁摩擦筒(6 )，在侧壁摩擦筒(6 )的内部设有测斜仪(7 )、侧壁摩阻力传感器(8)，探头部分设有锥尖阻力传感器(9)、温度传感器(10)，锥形探头(12)连接在侧壁摩擦筒(6)的下部，采用密封圈(11)防水防土。
2.根据权利要求1所述的一种可测量深部土体温度的能源环境静力触探探头，其特征在于锥形探头(12)的锥尖顶角为60°，锥底直径为35. 7mm，锥底截面积为10cm2。
3.根据权利要求1所述的一种可测量深部土体温度的能源环境静力触探探头，其特征在于侧壁摩擦筒(6)外径为35. 7mm,表面积150cm2。
4.根据权利要求1所述的一种可测量深部土体温度的能源环境静力触探探头，温度传感器(10)设置于锥形探头(12)的中下部，温度传感器(10)采用热电偶检测仪，测量准确度0. 01级，分辨率O. 1uV和O.1mΩ，能设置测量实际温度和相对温度两种模式。
全文摘要
本发明公布了一种可测量深部土体温度的能源环境静力触探探头，该探头采用同轴电缆(1)传递信号和数据，上部为探杆(2)和防水圈(3)，中部设有模数转换器(4)，探杆(2)下部设有密封圈(5)和侧壁摩擦筒(6)，在侧壁摩擦筒(6)的内部设有测斜仪(7)、侧壁摩阻力传感器(8)，下部设有锥尖阻力传感器(9)、温度传感器(10)，锥形探头(12)连接在侧壁摩擦筒(6)的下部，由密封圈(11)防水防土。采用该探头，具有原位、直接、快速、准确、经济等特点，为环境岩土工程实践与地热开发提供有力的检测工具。
文档编号E02D1/00GK103255757SQ20131021967
公开日2013年8月21日 申请日期2013年6月3日 优先权日2013年6月3日
发明者边汉亮, 蔡国军, 刘松玉 申请人:东南大学