一种兼具动力触探与静力触探的贯入仪及其测量方法与流程

本发明涉及一种用于铁路轨道路基测试土体力学特性的兼具动力触探与静力触探的新型贯入仪，属于岩土工程铁路路基测试领域中一种兼具动力和静力触探装置。

背景技术：

铁路运输以其安全、经济、覆盖面广等优势，成为交通运输未来的主流，铁路运输技术也再加速发展与推进。较大的车轮荷载、侧向压力、强大的牵引力与制动力作用在传统的铁路线上，这将会引发轨道结构的破坏，对乘客造成严重的损害。那么对于铁路轨道结构的评估显得尤为重要。

一些无损检测方法如应用探地雷达(GPR)，对压载层进行了评价，虽然探地雷达(GPR)是高效低廉的，在大面积范围内用很少的时间，但是铁路轨道结构的强度特性无法评价。轻型落锤式弯沉仪(LFWD)和承载板试验(PBT)可应用于铁路轨道结构进行静态和动态载荷试验，但唯一的缺陷是当这些方法应用到路基时，必须去除压载层。原位测试试验如静力触探试验(CPT)，旁压试验(PMT)，十字板剪切试验(VST)，标准贯入试验(SPT)等由于其大直径探杆和传动杆，对铁路轨道结构造成重大干扰。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种兼具动力触探与静力触探的贯入仪，以解决传统的铁路轨道结构安全设计测试仪器笨重，扰动大，所需配套条件困难，测试不准确等问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种兼具动力触探与静力触探的贯入仪，包括外探杆、内探杆、电桥箱、数据采集仪、电脑，所述外探杆包裹于内探杆外侧，且与内探杆的外壁滑动式接触，且内探杆上端有未被外探杆包裹的内探杆外延部分，内探杆的底端设置有一个微型锥，微型锥包括与内探杆底端连接的摩擦筒、设置于摩擦筒内侧的侧壁摩阻力传感器、设置于摩擦筒底端的锥尖传感器；所述侧壁摩阻力传感器、锥尖阻力传感器均通过电缆与电桥箱连接，电桥箱与数据采集仪连接，数据采集仪与电脑连接。

所述微型锥的横截面直径为15mm-25mm。

所述侧壁摩阻力传感器、锥尖阻力传感器均通过四个应变计全桥连接。

本发明的另一个目的是提供一种基于上述的兼具动力触探与静力触探的贯入仪的测量方法，技术方案如下：

一种基于上述的兼具动力触探与静力触探的贯入仪的测量方法，包括如下步骤：

第一步：在需要测量的路基的道床上安装一个垂直导向装置，用于确保贯入仪的内外探杆的垂直度；

第二步：将所述的贯入仪安装在垂直导向装置中间，将落锤连接在贯入仪的顶部，进行动力触探过程，外探杆和内探杆耦合，同时贯入道床；通过锤击数与贯入深度的记录来获得动力贯入指标；

第三步：在动力触探完道床底层后，将落锤与垂直导向装置去除，在内探杆外延部分安装一个贯入壳，进行静力触探过程；

第四步：内探杆贯入路基，在静力触探过程中，测取贯入阻力。

第二步中，动力贯入落锤重量为110-120N，下落高度为570-590mm。

第四步中，内探杆以1-2mm/s速率匀速贯入路基。

第四步中，测取的贯入阻力包括侧壁摩阻力传感器测试得到的侧壁摩阻力fs，锥尖阻力传感器测试得到的锥尖阻力qc。

有益效果：本发明解决了传统的铁路轨道结构安全设计测试仪器笨重，扰动大，所需配套条件困难，测试不准确等问题，该新型贯入仪结构简单、质量控制良好，重复性高，具有原位，多功能、自动化、快速等特点，适用于各种不同地质的土层的原位动力测试，尤其是铁路轨道地下结构，可原位测试各种土层的参数，能够快速有效地测定铁路轨道路基的工程力学特性，为土木工程勘探实践尤其是铁路轨道结构提供有力的测试工具。

附图说明

图1是本发明的贯入仪的结构示意图；

图2为落锤垂直导向装置示意图；

图3为动力触探装置示意图；

图4为静力触探前安装贯入壳装置示意图；

图5为静力触探装置示意图；

图中：1-电缆，2-内探杆外延部分，2-外探杆，4-内探杆，5-微型锥，6-侧壁摩阻力传感器，7-摩擦筒，8-锥尖阻力传感器，9-电桥箱，10-数据采集仪，11-电脑，12-垂直导向装置，13-轨枕，14-道床，15-路基，16-落锤，17-贯入壳，18-反力装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，本发明的一种兼具动力触探与静力触探的贯入仪，包括外探杆3、内探杆4、电桥箱9、数据采集仪10、电脑11，外探杆3包裹于内探杆4外侧，且与内探杆4的外壁滑动式接触，且内探杆4上端有未被外探杆3包裹的内探杆外延部分2，内探杆4的底端设置有一个微型锥5，微型锥5包括与内探杆4底端连接的摩擦筒7、设置于摩擦筒7内侧的侧壁摩阻力传感器6、设置于摩擦筒7底端的锥尖传感器8；所述侧壁摩阻力传感器6、锥尖阻力传感器8均通过电缆1与电桥箱9连接，电桥箱9与数据采集仪10连接，数据采集仪10与电脑11连接。

其中，外探杆3用于动力贯入道床，微型锥5用于静力贯入触探路基。外探杆和内探杆没有耦合时，内探杆单独贯入，进行静力触探，且贯入速率为1-2mm/s；外探杆和内探杆耦合时，外探杆和内探杆同时贯入，进行动力触探。

微型锥5的横截面直径为15mm-25mm。

侧壁摩阻力传感器6用于测试侧壁摩阻力fs，锥尖阻力传感器8用于测试锥尖阻力qc，它们通过电缆连接到电桥箱，最终测取其值。侧壁摩阻力传感器6、锥尖阻力传感器8均是通过四个应变计全桥连接进行测试的。

采用上述贯入仪对铁路轨道结构进行测量，具体步骤如下：

一种基于述的兼具动力触探与静力触探的贯入仪的测量方法，包括如下步骤：

第一步：在需要测量的路基的道床上安装一个垂直导向装置12，用于确保贯入仪的探杆的垂直度；如图2所示；

第二步：将所述的贯入仪安装在垂直导向装置12中间，落锤16连接该贯入仪的顶部，进行动力触探过程，如图3所示，此过程中，外探杆和内探杆耦合，贯入道床；通过锤击数与贯入深度的记录来获得动力贯入指标；

其中，动力贯入落锤重量为110-120N，下落高度为570-590mm；

第三步：在动力触探完道床底层后，将落锤16与垂直导向装置12去除，在内探杆外延部分2安装一个贯入壳17，贯入壳17安装于反力装置18上，如图4所示，进行静力触探过程；

第四步：静力触探过程中，内探杆以1-2mm/s速率匀速贯入路基，如图5，测取贯入阻力，包括侧壁摩阻力传感器测试得到的侧壁摩阻力fs，锥尖阻力传感器测试得到的锥尖阻力qc。

该测试装置保留并改进了常规动力触探的功能，使其具有静力触探的功能，可根据土层进行动力触探、静力触探的调节使用，解决了传统的铁路轨道结构安全设计测试仪器笨重，扰动大，所需配套条件困难，测试不准确等问题，该新型贯入仪结构简单、质量控制良好，重复性高，具有原位，多功能、自动化、快速等特点，适用于各种不同地质的土层的原位动力测试，尤其是铁路轨道地下结构，可原位测试各种土层的参数，能够快速有效地测定铁路轨道路基的工程力学特性，为土木工程勘探实践尤其是铁路轨道结构提供有力的测试工具。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。