[发明专利]一种有效识别岩土材料接触面摩阻力的多套筒静力触探元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种多套筒CPT元件，属于岩土工程领域中一种能够原位、连续、准确、定量地测试岩土材料接触面摩阻力的静力触探装置。

背景技术

岩土工程领域内，有关岩土材料接触面摩阻力的研究变得越来越重要。准确、有效的预测岩土材料接触面间的摩阻力对于上部结构与下部土体之间的荷载传递机理研究十分重要，同时摩擦桩、深基础、挡土墙等众多岩土工程结构物的正常使用性能也与土体接触面间的摩阻力密切相关。严格意义的设计方法要求上部结构能够将荷载合理的传递至岩土工程材料中，但有关岩土材料接触面摩阻力的计算却缺少相关认识，目前有关岩土材料接触面摩阻力的确定方法主要依赖于室内试验，通过室内试验测定土体的相关特性，并加以一系列的修正系数估算岩土材料接触面摩阻力。这种方法是经验的且修正系数很大程度上依赖于一系列工程因素的正确判断，如地表下土体的变异性、应力状态、岩土材料表面粗糙度等，使得预测结果精确度较差，难以满足相关研究和设计需要。因此提高岩土材料接触面摩阻力预测的精确度是十分必要的。静力触探原位测试技术避免了取样扰动、土样运输保管以及一系列繁琐的室内试验的缺陷，具有快速、方便、准确、连续等特点，为岩土材料接触面摩阻力的准确预测提供了有效的途径。

本发明基于常规CPT探头，提出一种简单、可重复、易操作的多套筒元件，为岩土材料接触面摩阻力的原位测试和土体识别、土层分界面判定等提供准确有效的评价工具。

发明内容

技术问题：本发明要解决的技术问题是针对目前国内无法进行岩土材料接触面摩阻力的原位测试，提出一种可用于岩土工程领域的原位定量测试岩土材料接触面摩阻力的有效识别岩土材料接触面摩阻力的多套筒静力触探元件。

技术方案：本发明的一种有效识别岩土材料接触面摩阻力的多套筒静力触探元件，该元件的上部为圆形空心轴杆，圆形空心轴杆的下方依次设有四个相互间隔的表面粗糙度不同的第一侧壁摩擦套筒、第二侧壁摩擦套筒、第三侧壁摩擦套筒、第四侧壁摩擦套筒，该四个侧壁摩擦套筒的内壁均设有单独的荷载传感器，该四个侧壁摩擦套筒的表面分布有不同数量和间距的菱形突起，第四侧壁摩擦套筒的下方依次为常规侧壁摩擦筒、孔压过滤环以及锥形探头。

圆形空心轴杆的直径为43.7mm。

第一侧壁摩擦套筒、第二侧壁摩擦套筒、第三侧壁摩擦套筒、第四侧壁摩擦套筒的表面粗糙度自第一侧壁摩擦套筒至侧壁摩擦套筒逐渐递增，各侧壁摩擦套筒的长度均为110mm，两侧壁摩擦套筒的间距均为40mm，表面积均为150cm²。

所述第一侧壁摩擦套筒、第二侧壁摩擦套筒、第三侧壁摩擦套筒、第四侧壁摩擦套筒均为金属合金材料，表面分布有菱形突起，根据菱形突起的数量和间距，调整不同的表面粗糙度。

圆锥探头的锥角为60°，锥底截面积为15cm²，常规侧壁摩擦筒位于圆形空心轴杆中的长度为164mm，表面积为225cm²。

该多套筒元件总长度为1090mm。

有益效果：岩土工程实践中，岩土材料接触面摩阻力的评价非常重要。如摩擦桩的设计，由于传统光滑的侧壁摩擦筒难以真实反映桩与土体间的相互作用，一般采用锥尖阻力来确定桩体的设计承载力，这就大大降低了设计的经济性。现有岩土材料接触面摩阻力的测试方法主要局限于室内试验，然而受土体扰动、试验方法、经验修正系数等因素的影响，使得测试过程繁琐且精确度较差。本发明基于现有CPT测试装置，提出了一种多套筒CPT元件，解决了国内现有原位测试技术难以准确、定量、连续的测试岩土材料接触面摩阻力的缺陷，使得CPT原位测试技术能够更好的服务于岩土工程实践。

附图说明

图1是本发明的元件总体结构示意图；

图2是本发明单一侧壁摩擦筒的结构示意图；

图3是本发明侧壁摩擦筒表面的结构示意图；

其中有：圆形空心轴杆1、第一侧壁摩擦套筒2.1、第二侧壁摩擦套筒2.2、第三侧壁摩擦套筒2.3、第四侧壁摩擦套筒2.4、常规侧壁摩擦筒3、孔压过滤环4、锥形探头5、荷载传感器6、菱形突起7。

具体实施方式