静力触探测试方法

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，特别是涉及一种静力触探测试方法。

背景技术

目前，土地作为不可再生资源，承受的环境压力日益突出，了解场地的污染物种类、浓度、土壤类型显得尤为重要，传统的静力触探设备测试数据单一，操作复杂， 数据离散性大，无法对场地的污染程度及热物性参数做到同时采集、远程操控、实时 储存及分析。

发明内容

本发明实施例提供了一种静力触探测试方法，以达到同时采集热物性参数、物理力学参数及土体污染性参数的技术效果。

本发明实施的一方面，提供了一种静力触探测试方法，包括：

1）贯入装置就位：将贯入反力架、螺旋地锚、液压管、动力装置按照现场情况进行指定位置放置；

2）贯入装置动力连接：用液压管连接动力装置与螺旋地锚；

3）贯入螺旋地锚：测试人员手扶螺旋地锚上部的钻机设备，以提供螺旋地锚钻进反力，按照此工序将四个螺旋地锚打入地下2米深度，将贯入反力架与螺旋地锚通过固定横梁进行安装固定，并调整水平；

4）组装贯入装置：连接动力装置与贯入反力架，按长度需要组装探杆、并将探头与贯入反力架连接，将位移传感器安装在贯入反力架上，并通过探杆的中空轴将探头内的数据线连接到数模转换装置上，再将数模转换装置与远程数据采集装置连接，将位移传感器上牵引线锁定探头处，以便测量贯入深度，其中，探头包括：由上至下依次连接的热传导测定模块、电阻率测定模块以及压力测定模块；

5）上位机数显调试：标定上位机上位移读数、压力读数、电阻率读数、热物性参数读数；

6）启动压力测定模块：将探头打入，启动动力装置根据上位机上位移传感器读数缓慢将探头打入预定深度，并不断使用测斜仪来矫正钻进竖直度，可得打入过程中不同深度处的侧摩阻力、锥尖阻力及孔隙水压力曲线，静止在一定深度处可得到超静孔隙水压力随时间的消散曲线；

7）启动电阻率测定模块：利用电阻率测定模块进行电阻率测定，电阻率测定采用铜制环式电位测定金属环，每个环式铜片与电阻率测试传感器相连；

8）启动热传导测定模块：加热板连接加热电源，控制加热板的工作电压为220V,将加热板加热至设置温度，通过温度传感器实时监测土体温度随时间变化，根据温度热源理论反演土体的热物性参数；

9）采集的数据经数模转换装置进行数据格式转化统一之后，通过远程数据采集装置3传输至上位机及云端服务器。

与现有技术相比,本发明的有益效果在于：应用本发明实施例提供的方案，采用热传导测定模块、电阻率测定模块以及压力测定模块与传统孔压静力触探探头相结合，同时采集热物性参数、物理力学参数及土体污染性参数，测试周期短，数据采集种类多，可以较全面地对土体进行热物性、污染性、物理力学性评价；并且可以通过上位机进行远程监控采集到的各个数据，实现对大数据的汇总。

可选的，孔隙水压力测定传感器的测试环在安装前需要进行饱和处理，并在孔隙水压力测定传感器的孔隙水压力位置灌入甘油以排出空气。

可选的，电阻率测定模块中每个电极宽度为6mm，电极间采用绝缘塑料隔离，绝缘塑料宽度为12mm。

可选的，在热传导数据测试之前采用塑料标定罐对热传导测定模块进行标定。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的一种多功能静力触探系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种探头的纵剖面结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种热传导测定模块横剖面结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种静力触探测试方法的逻辑框图。

其中，数据检测装置1、数模转换装置2、远程数据采集装置3、上位机4、贯入装置5、探杆6、探头7、热传导测定模块8、电阻率测定模块9、压力测定模块10、第一金属外壳11、加热板12、隔热填充材料13、第一金属中空轴14、温度传感器15、第二金属外壳16、电阻率测试传感器17、金属环18、第二金属中空轴19、摩擦筒20、锥尖探头21、动力装置22、液压管23、贯入反力架24、固定横梁25、螺旋地锚26、贯入卡钳27、云服务器28、移动终端29、孔隙水压力测定传感器30、位移传感器31。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

相应于本发明实施例提供的静力触探测试方法，参见图1和图2，本发明实施例提供的多功能静力触探系统包括：数据检测装置1、数模转换装置2、远程数据采集装置3以及上位机4；其中，

数据检测装置1包括：贯入装置5、探杆6和探头7；探头7通过探杆6与贯入装置5连接，探头7包括：由上至下依次连接的热传导测定模块8、电阻率测定模块9以及压力测定模块10；

压力测定模块10、电阻率测定模块9以及热传导测定模块8与数模转换装置2电连接，数模转换装置2与远程数据采集装置3电连接，远程数据采集装置3与上位机4通信连接。

在实施中，参见图3热传导测定模块8包括：第一金属外壳11，在第一金属外壳11内由外向内依次设置的加热板12、隔热填充材料13和贯穿第一金属外壳11的第一金属中空轴14，加热板12与隔热填充材料13之间贴合处安装有温度传感器15；加热板12与上位机4电连接，温度传感器15与数模转换装置2电连接。具体的，温度传感器15的数量可以为4个，在第一金属外壳11的内壁上呈环形阵列分布；上位机4内设置有直流稳压电源用于向加热板12供电。

电阻率测定模块9包括：第二金属外壳16，安装在第二金属外壳16内的电阻率测试传感器17、在第二金属外壳16内壁由上到下间隔设置的金属环18以及贯穿第二金属外壳16的第二金属中空轴19，金属环18之间绝缘处理，电阻率测试传感器17的每一探针连接一个金属环18，电阻率测试传感器17与数模转换装置2电连接。具体的，金属环18的数量可以为3个，电阻率测试传感器17的数量为2个，电阻率测试传感器17上的三个探针连接不同的金属环18。

压力测定模块10包括：用于测定侧摩阻力的摩擦筒20以及安装在摩擦筒20一端用于测试锥尖阻力的锥尖探头21；摩擦筒20以及锥尖探头21与数模转换装置2电连接。

第一金属外壳11和第二金属外壳16可以为空心金属圆柱，外径3.5cm，内径3.1cm，热传导测定模块8高度80cm、电阻率测定模块9高度30cm、压力测定模块10高度30cm；第一金属外壳11、第二金属外壳16以及摩擦筒20之间采用螺纹连接。

贯入装置5包括：动力装置22、液压管23、贯入反力架24、固定横梁25、螺旋地锚26以及贯入卡钳27；探杆6一端固定在贯入卡钳27内，另一端与探头7连接，探杆6与探头7之间可以采用套筒进行连接；贯入装置5为建筑压桩工具中惯用的反力设备，具体结构在此不再赘述。

多功能静力触探系统还包括：云服务器28和移动终端29；云服务器28与远程数据采集装置3通信连接，移动终端29与云服务器28通信连接。远程数据采集装置3通过网络与云服务器28进行通信，实现数据存储、分析；用户可以利用移动终端29登陆云服务器28，实时查看数据。

第一金属外壳11采用镍铬合金材料制作，加热板12采用云母加热板。

摩擦筒2和锥尖探头21之间安装有孔隙水压力测定传感器30，孔隙水压力测定传感器30与数模转换装置2电连接。

贯入反力架24上安装有位移传感器31，位移传感器31与远程数据采集装置3连接。

工作过程中：

1）贯入装置5就位：将贯入反力架24、螺旋地锚26、液压管23、动力装置22按照现场情况进行指定位置放置；

2）贯入装置5动力连接：用液压管23连接动力装置22与螺旋地锚26；

3）贯入螺旋地锚26：测试人员手扶螺旋地锚26上部的钻机设备，以提供螺旋地锚26钻进反力，按照此工序将四个螺旋地锚26打入地下2米深度，将贯入反力架24与螺旋地锚26通过固定横梁25进行安装固定，并调整水平；

4）组装贯入装置5：连接动力装置22与贯入反力架24，按长度需要组装探杆6、并将探头7与贯入反力架24连接，将位移传感器31安装在贯入反力架24上，并通过探杆6的中空轴将探头7内的数据线连接到数模转换装置2上，再将数模转换装置2与远程数据采集装置3连接，将位移传感器31上牵引线锁定探头7处，以便测量贯入深度；

5）上位机4数显调试：标定上位机4上位移读数、压力读数、电阻率读数、热物性参数读数；

6）启动压力测定模块10：将探头7打入，启动动力装置22根据上位机4上位移传感器31读数缓慢将探头7打入预定深度，并不断使用测斜仪来矫正钻进竖直度，可得打入过程中不同深度处的侧摩阻力、锥尖阻力及孔隙水压力曲线，静止在一定深度处可得到超静孔隙水压力随时间的消散曲线；

7）启动电阻率测定模块9：利用电阻率测定模块9进行电阻率测定，电阻率测定采用铜制环式电位测定金属环18，每个环式铜片与电阻率测试传感器17相连；

8）启动热传导测定模块8：加热板12连接加热电源，控制加热板12的工作电压为220V,将加热板12加热至设置温度，通过温度传感器15实时监测土体温度随时间变化，根据温度热源理论反演土体的热物性参数；

9）采集的数据经数模转换装置2进行数据格式转化统一之后，通过远程数据采集装置3传输至上位机4及云端服务器28。

在实施中，孔隙水压力测定传感器30的测试环在安装前需要进行饱和处理，并在孔隙水压力测定传感器30的孔隙水压力位置灌入甘油以排出空气，位移传感器31上的数据随着探头7的下降自动记录。

电阻率测定模块9中每个电极宽度为6mm，电极间采用绝缘塑料隔离，绝缘塑料宽度为12mm。

在进行数据测试之前采用塑料标定罐对热传导测定模块8进行标定。

本发明实施例提供的方案，采用热传导测定模块、电阻率测定模块以及压力测定模块与传统孔压静力触探探头相结合，同时采集热物性参数、物理力学参数及土体污染性参数，测试周期短，数据采集种类多，可以较全面地对土体进行热物性、污染性、物理力学性评价；并且可以通过上位机进行远程监控采集到的各个数据，实现对大数据的汇总。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。