一种水下表层土体贯入强度测试装置及方法

技术领域

本发明涉及地质勘测技术领域，特别是一种水下表层土体贯入强度测试装置及方法。

背景技术

随着我国基础建设的扩大，水下工程越来越多，如在河底、湖底或海底铺设管道，需要对表层土体的强度进行测试，当水深较浅时，采用十字板剪切仪即可进行测试，测试较为容易；但当水深较深，或水流较大时，十字板剪切仪的测试结果存在较大误差；这时可以选择静力触探仪进行测试，但水下静力触探设备价格昂贵，不便于工程大量应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种结构简单，制造成本低，操作方便的水下表层土体贯入强度测试装置及方法。

本发明采用以下方案实现：一种水下表层土体贯入强度测试装置，包括放置水下土体表面的压力筒，所述压力筒内腔设置有与压力筒内壁密封配合并能相对其上下滑动的密封板，所述密封板下侧固连有向下延伸的测试杆，所述压力筒下端开设有供测试杆下端穿过并与其密封滑动配合的底孔，所述压力筒上端嵌装有环形铜电极，密封板上端固连向上延伸的电极棒，所述电极棒由铜电极中间穿过并与其密封滑动配合，所述电极棒上间隔设置有多个通过电极棒滑动与铜电极配合的电极片，所述电极片和铜电极通过导线与一万用表连接，所述压力筒上端还连接有充气管和抽气管。

进一步的，还包括浮在水面上的船体，所述船体上设有高压泵和真空泵，所述真空泵与抽气管连接，所述充气泵与充气管连接，充气管和抽气管上设有阀门，所述充气管上还设有压力表。

进一步的，所述万用表也设于船体上，所述电极棒为中空结构，与电极棒上电极片连接的导线经电极棒内孔从上端穿出。

进一步的，所述压力筒上端固连有一对用以连接绳索的吊环。

本发明另一技术方案：一种如上所述水下表层土体贯入强度测试装置的测试方法，包括以下步骤：（1）船体移动到测试地点，将高压泵、真空泵、压力表放置在船体上；（2）关闭充气管上的阀门，启动真空泵，将密封板与压力筒顶部之间的空气抽干，关闭抽气管上的阀门，此时密封板在真空压力作用下保持在最上方位置；（3）利用绞车将压力筒放置在水下土体的表面；（4）打开充气管上的阀门，启动高压泵，缓慢提高压力使密封板、电极棒和测试杆缓慢向下运动，观测压力表的读数和万用表的读数；当万用表的电阻读数瞬时降低时，表明电极棒的第一个电极片与压力筒的铜电极相接触，测试杆贯入到了第一个电极片的深度处，记录压力表的读数；（4）高压泵继续充气使密封板缓慢向下运动，依次记录测试杆贯入到了其余电极片的深度处压力表读数；（5）按下式计算出不同深度处土体的贯入强度N

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明水下表层土体贯入强度测试装置结构简单，制造成本低，操作方便，利于在工程大量应用。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例构造示意图；

图中标号说明：1-压力筒、2-密封板、3-测试杆、4-电极棒、5-万用表、6-高压泵、7-真空泵、8-压力表、9-阀门、10-吊环、11-电极片、12-导线、13-铜电极。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1所示，一种水下表层土体贯入强度测试装置，包括放置水下土体表面的压力筒1，压力筒呈圆柱形，高度为1.2~1.5m，直径为30~50cm，由钢材制成，壁厚为2~5mm；所述压力筒1内腔设置有与压力筒1内壁密封配合并能相对其上下滑动的密封板2，密封板也由钢板制成，其外径与压力筒的内径相同，具有较高的刚度，壁厚为2~5mm，密封板与压力筒之间的密封性良好；所述密封板2下侧固连有向下延伸的测试杆3，所述压力筒1下端开设有供测试杆3下端穿过并与其密封滑动配合的底孔，测试杆由钢材制成，直径为1.0~2.0cm，长度约为1.0m，测试杆底端呈锥形，锥角为30°，与密封板保持垂直；所述压力筒1上端嵌装有环形铜电极13，密封板2上端固连向上延伸的电极棒4，电极棒由高强碳纤维或玻璃纤维制成，直径为1.0~2.0cm，长度约为1.0m，所述电极棒4上间隔设置有多个通过电极棒滑动与铜电极配合的电极片11，所述电极片也为铜质，并且呈环形，相邻两电极片之间的间隔为20cm，所述电极片11和铜电极13通过导线12与一万用表5连接，用以测试出两者的电阻；所述压力筒1上端还连接有充气管和抽气管；然后按下式计算出不同深度处土体的贯入强度N

本发明水下表层土体贯入强度测试装置结构简单，制造成本低，操作方便，利于在工程大量应用。

在本实施例中，还包括浮在水面上的船体14，所述船体14上设有高压泵6和真空泵7，所述真空泵7与抽气管连接，所述充气泵与充气管连接，充气管和抽气管上设有阀门9，所述充气管上还设有压力表8。

在本实施例中，所述万用表5也设于船体14上，所述电极棒4为中空结构，与电极棒4上电极片连接的导线经电极棒内孔从上端穿出。

在本实施例中，所述压力筒1上端固连有一对用以连接绳索的吊环10，用以绳索将压力筒提起和下放。

一种如上所述水下表层土体贯入强度测试装置的测试方法，包括以下步骤：（1）船体移动到测试地点，将高压泵、真空泵、压力表放置在船体上，将压力筒顶部的吊环固定在绳索上；（2）关闭充气管上的阀门，启动真空泵，将密封板与压力筒顶部之间的空气抽干，关闭抽气管上的阀门，此时密封板在真空压力作用下保持在最上方位置；（3）利用绞车将压力筒放置在水下土体的表面；（4）打开充气管上的阀门，启动高压泵，缓慢提高压力使密封板、电极棒和测试杆缓慢向下运动，观测压力表的读数和万用表的读数；当万用表的电阻读数瞬时降低时，表明电极棒的第一个电极片与压力筒的铜电极相接触，测试杆贯入到了第一个电极片的深度处，记录压力表的读数P

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。