一种便携式岩土原位测试仪的制作方法

1.本实用新型涉及地质勘探技术领域，更具体地说是一种适用于路线地质调查的浅层岩土原位测试仪器。


背景技术：

2.地质勘察是通过调查、测绘、勘探及原位测试等手段对工程场地地质结构及其力学特性进行定性以及定量的评价，为工程建设提供地质方面的建议。
3.在公路路线地质调查中，需要探明路线上的浅层地质情况。现有技术中，针对这一情况大多使用小型麻花钻、钢钎静探、静力触探等勘探仪器进行探测；但现有的各种勘探仪器分别存在不同的问题，其中，麻花钻只能取到少量岩土试样用于土层的鉴别，无法检测岩土的力学性质；钢钎静探在贯入的过程中由于是以人工压入的，贯入速率难以保持恒定，由此得到的锥尖阻力ps参考价值有限，且不能区分锥尖与锥侧阻力；静力触探和钻探等大型勘探仪器虽然比较精准且勘探深度较深，但是需要花费大量的人力以及物力，超出了初期路线地质勘察所要求的勘察深度，通常并不用做路线地质勘察之用。


技术实现要素：

4.本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种便携式岩土原位测试仪，在兼具便携功能的同时满足所要求的定量岩土力学勘察要求。
5.本实用新型为解决技术问题采用如下技术方案：
6.本实用新型便携式岩土原位测试仪的特点是：由上部提携构件连接下部竖向探杆，在所述竖向探杆的底部固定设置探头，控制箱中引出的气路和对电极线路经过中空的竖向探杆引入探头；所述探头为旁压探头，探头的内部空腔是与气路相通、可充气或排气的压力室，所述压力室是由三个侧面的刚性体和一个侧面的弹性膜片构成，所述弹性膜片随着压力室的压力变化形成侧向位移，所述弹性膜片的内侧为导电侧，弹性膜片的外侧为覆有绝缘层的绝缘侧；在所述压力室中设置弹性膜片的位移检测机构，以所述位移检测机构的位移检测信号和压力室的相对应的压力信号为测试仪的输出信号。
7.本实用新型便携式岩土原位测试仪的特点也在于：所述位移检测机构的结构形式是：呈水平设置一导电圆柱，导电圆柱的第一端与弹性膜片的内侧固定连接且形成电连接，导电圆柱的第二端固定连接一段向下凸伸的导电块，导电圆柱与导电块形成电连接，在位于导电块和弹性膜片之间的位置上，设有导电基座，所述导电基座与压力室中的刚性体固定连接；所述导电块、导电基座和弹性膜片处在相应的水平高度上；使导电基座与可移动的弹性膜片构成第一导电开关，导电基座与可移动的导电块构成第二导电开关；所述对电极线中的一根电极线与导电块相连接，另一根电极线与导电基座相连接。
8.本实用新型便携式岩土原位测试仪的特点也在于：所述上部提携构件包括下压横杆和上拉把手，上拉把手固定设置在下压横杆上，在所述下压横杆上留有缺口，相应设置的气路和对电极线路通过下压横杆上的缺口经中空的竖向探杆引入探头，所述探头的上下两
端头均为锥形，所述对电极线路为设置在控制箱中的指示灯的电源接线；所述气路由控制箱控制充气或排气。
9.本实用新型便携式岩土原位测试仪的特点也在于：所述探杆为多节段杆串联连接，在相邻的节段杆之间采用变径螺旋接头进行螺纹连接，位于底部的节段杆在下端与探头螺纹连接。
10.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
11.1、本实用新型尤其适于路线地质勘探，其兼具便携以及测试简单的效用，能够较为精准地判定浅层土壤的物理力学性质。
12.2、相较于现有的钻孔和静力触探等大型试验设备，本实用新型可人工搬运，操作灵活；相较于现有的钎探等设备，本实用新型可以排除人工压入时速度不均引起的锥尖阻力大小变化，以及锥侧摩阻力带来的误差；相较于现有的麻花钻，本实用新型可测得土的物理力学性质，用作工程建设参考。
13.3、相较于现在比较常用的静力触探等测试仪器，从岩土力学机理上分析，触探仪器是通过锥尖把土粒挤开测得贯入阻力，这和构筑物通过施加轴向应力使地基破坏的施力形式与破坏机理存在区别，而关于这两种破坏机理的关系现在依然没有一个明确的力学理论解释。而本实用新型通过施加气压使土粒产生一定的位移，这一施力方式在力学机理上更接近于构筑物对于土粒破坏的力学形式，可以更好的模拟构筑物对于土体的作用。
附图说明
14.图1为本实用新型结构示意图；
15.图2为本实用新型中探头内部结构示意图；
16.图3为本实用新型中探杆结构示意图；
17.图4为本实用新型中下压把手俯视图；
18.图5为本实用新型中控制箱示意图；
19.图中标号：1竖向探杆；11变径螺旋接头；12卡扣；2下压横杆；21缺口；3上拉把手；4 探头；41压力室；42弹性膜片；43导电圆柱；44导体块；45导电基座；46绝缘垫片；5控制箱； 51压力控制装置；52指示灯；61气路；62对电极线路。
具体实施方式
20.本实施例中便携式岩土原位测试仪的结构形式是：
21.参见图1和图2，由上部提携构件连接下部竖向探杆1，在竖向探杆1的底部固定设置探头4，控制箱5中引出的气路61和对电极线路62经过竖向探杆1引入探头4，竖向探杆1为中空钢管。
22.图2所示的探头4为旁压探头，探头4的内部空腔是与气路相通、可充气或排气的压力室41，压力室41是由三个侧面的刚性体和一个侧面的弹性膜片42构成，弹性膜片42随着压力室41的压力变化形成侧向位移，弹性膜片42的内侧为导电侧，弹性膜片42的外侧为覆有绝缘层的绝缘侧；在压力室41中设置弹性膜片42的位移检测机构，以位移检测机构的检测信号和压力室 41的相对应的压力信号为测试仪的输出信号，根据输出信号获得预定深度的点位压力，实现预定深度的点位测试。
23.图2所示的位移检测机构的结构形式是：呈水平设置一导电圆柱43，导电圆柱43的第一端与弹性膜片42的内侧固定连接且形成电连接，导电圆柱43的第二端固定连接一段向下凸伸的导电块44，导电圆柱43与导电块44形成电连接，在位于导电块44和弹性膜片42之间的位置上，设有导电基座45，导电基座45与压力室41中的刚性体固定连接，在导电基座45与压力室41中的刚性体之间设有绝缘垫片46；导电块44、导电基座45和弹性膜片42处在相应的水平高度上；使导电基座45与可移动的弹性膜片42构成第一导电开关，导电基座45与可移动的导电块44构成第二导电开关；对电极线中的一根电极线与导电块44相连接，另一根电极线与导电基座45 相连接；导电圆柱43设置为可调长度的结构形式，使用时根据地质资料调整导电圆柱43为设定长度，使土体的力学性质得以展现。
24.图1所示的上部提携构件包括下压横杆2和上拉把手3，上拉把手3固定设置在下压横杆2 上，图4所示在下压横杆2上留有缺口21，为预留线路槽，相应设置的气路61和对电极线路62 通过下压横杆2上的缺口21经中空的竖向探杆1引入探头4，探头4的上下两端头均为锥形，形成两头尖中间扁的形状，以减小下压与上提过程中所需的力，探头4的厚度不宜大于2cm，宽度在5-10cm，长度不大于20cm；对电极线路62为设置在控制箱5中的指示灯52的电源接线；气路61由控制箱5中的压力控制装置51控制充气或排气。
25.图3所示的竖向探杆1可以为多节段杆串联连接，每节段杆的长度可以为1-1.5m，外径不大于2cm；在相邻的节段杆之间采用变径螺旋接头11进行螺纹连接，位于底部的节段杆在下端与探头4螺纹连接；竖向探杆1是由一对合抱的半管在侧面由卡扣12卡接，能够呈活页式打开，以便于气路61和对电接线路62的走线。
26.测试过程：
27.1、选择测试场地，根据土地条件的软硬以及前期地质资料选择合适的导电圆柱43长度，在相邻的孔位(孔位间距宜为2m，保证相邻孔的土层的差异不大)进行多个孔位测试。测试点在深度方向上宜为30cm每点，通过测试获得各个孔位的测试值与深度的关系曲线，各孔位间的关系曲线基本重合即表明仪器自身稳定性好，所提供数据可靠。
28.2、根据测得的关系曲线，结合静力触探试验在现场的试验数据或实验室得到的承载力测试值建立线性换算公式。可以在路线地质调查中根据本实用新型得到较为精确的土层承载力数值。
29.3、选择不同场地，对应调节导电圆柱的长度，建立完整的测试参数-土层承载力线性对应关系。
30.测试方法：
31.首先根据地质资料调整导电圆柱43为设定的长度，然后按如下步骤进行测试：
32.步骤1、标定探头4
33.1.1、设定初始状态：弹性膜片42与导电基座45相接触，第一导电开关接通，指示灯亮。
34.1.2、第一次标定测试：由控制箱5通过气路对探头4中的压力室41进行加压，当弹性膜片 42向外膨胀与导电基座45分离时，第一导电开关断开，指示灯52灭，记录第一次标定测试压力值p1。
35.1.3、第二次标定测试：继续由控制箱5通过气路对探头4中的压力室41进行加压，当导电块44与导电基座45相接触时，第二导电开关接通，指示灯52亮，记录第二次标定测试
压力值 p2，完成探头4的标定，并对压力室41泄压。
36.步骤2、针对待测土层进行土层压力测试
37.2.1、将探头4压入待测土层的设定深度，弹性膜片42与导电基座45相接触，第一导电开关接通，指示灯52亮。
38.2.1、第一次土层压力测试：由控制箱5通过气路对探头4中的压力室41进行加压，当弹性膜片42向外膨胀与导电基座45分离时，第一导电开关断开，指示灯52灭，记录第一次土层压力测试压力值a；则：弹性膜片42脱离导电基座45的初始压力值p
始
为：p
始
＝a-p1。
39.2.3、第二次土层压力测试：继续由控制箱5通过气路对探头4中的压力室41进行加压，当导电块44与导电基座45相接触时，第二导电开关接通，指示灯52亮，记录第二次土层压力测试压力值b，则：弹性膜片42达到设定的侧向位移时的压力值p
终
为：p
终
＝b-p2；由此完成测试点q的测试，且测试点q的压力测试值pq为pq＝p
终-p
始
。
40.步骤3、加长探杆1并继续下压探头4，重复步骤2，完成不同设定深度的各测试点的测试，获得与不同设定深度一一对应的压力测试值；各测试点的间距可取为20-40cm，与静力触探的测点相当。
41.以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征及本实用新型的优点，本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。