一种标准贯入试验装置的制作方法

1.本技术涉及岩土工程勘察领域，特别涉及一种标准贯入试验装置。


背景技术：

2.在工程勘察领域中，标准贯入试验是确认土层和砂层物理力学性能的一种重要方式，目前现有的标准贯入试验设备大多为数十年前的传统设备，该设备存在两个较为明显的缺陷，其一是标准贯入试验的冲击锤在孔口进行试验，冲击锤的能量大多损耗在钻杆上，导致试验结果不准确；
3.其次是目前标准贯入试验中的冲击锤下落仍为人工操作，这会导致每次锤击的时间间隔不一定恒定，已有相关学者的研究表明，动荷载的频率对土层的承载能力存在一定影响，因此，人为误差很可能导致试验结果不准确。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种标准贯入试验装置，以解决相关技术中冲击锤的能量大多损耗在钻杆上，导致试验结果不准确的问题。
5.为达到以上目的，本技术提供了一种标准贯入试验装置，其包括：
6.密封套筒，所述密封套筒底部为倒圆锥结构；
7.标贯头，所述标贯头连接在密封套筒外部的底端；
8.标贯机构，所述标贯机构位于密封套筒内部，所述标贯机构包括穿心锤，连接有传感器的锤垫和导向杆，所述锤垫安装在密封套筒的底端，所述导向杆位于密封套筒的轴线上，且底部与锤垫相连，所述穿心锤穿设在导向杆上；
9.传送机构，所述传送机构位于密封套筒内部，并用于驱使所述穿心锤沿导向杆向上运动一定距离后松开所述穿心锤。
10.一些实施例中，导向杆为中空结构，两侧各开设有一沿其长度方向延伸的避让槽；
11.所述传送机构包括：
12.主动齿轮，其连接有驱动器；
13.从动齿轮，其位于主动齿轮下方；
14.链条，其与主动齿轮和从动齿轮相连接，且链条沿导向杆长度方向贯穿导向杆；
15.卡簧，其设于链条上，其具有两个分别可在两个避让槽中移动的压缩臂，以及两个用于承托穿心锤的承托部，两个压缩臂的一端连接在一起，另一端分别与两个所述承托部连接。
16.一些实施例中，所述卡簧还包括设置在两个压缩臂之间的弹簧。
17.一些实施例中，当所述卡簧处于自由状态时，两个所述承托部之间的距离大于穿心锤的内孔直径；
18.当所述卡簧处于压缩状态时，两个所述承托部之间的距离小于穿心锤的内孔直径。
19.一些实施例中，所述标准贯入试验装置还包括提升机构，所述提升机构包括提升线缆和用于卷收提升线缆的提升线缆滚筒，所述提升线缆一端连接在密封套筒的顶端，另一端缠绕在提升线缆滚筒上。
20.一些实施例中，所述提升线缆还包括：
21.电缆，所述电缆一端连接传送机构，另一端用于连接外部电源；
22.信号线，所述信号线一端与锤垫上的传感器相连接，另一端连接有显示装置。
23.一些实施例中，其还包括：
24.计数机构，所述计数机构包括计数绳和计数绳滚筒，所述计数绳上做有长度标记，且计数绳一端与密封套筒连接，另一端与计数绳滚筒连接。
25.一些实施例中，所述密封套筒上设置有用于将密封套筒内部抽为真空的阀门。
26.一些实施例中，所述密封套筒外侧设置有用于适应贯入孔孔径的对中片。
27.一些实施例中，所述密封套筒内部上方安装有隔板，所述导向杆的顶端固定在隔板上。
28.本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：
29.本技术实施例提供了一种标准贯入试验装置，由于标贯装置设置在密封套筒中，标贯头位于密封套筒的底部，使用时，先将密封套筒和标贯头下放至贯入孔孔底；传送机构将穿心锤提升起来，达到一定高度后放开穿心锤，使穿心锤做自由落体运动，并下落至锤垫上。最为重要的是，本技术提供的实施例不再使用钻杆，直接在将装置下放至贯入孔孔底，标贯机构在密封套筒中做标贯运动，并将穿心锤下落的力直接传递至标贯头上，标贯头对岩土层进行贯入，彻底消除了钻杆对冲击锤冲击能量的损耗以及钻杆与孔壁的摩擦损耗，因此，能够解决相关技术中冲击锤的能量大多损耗在钻杆上，导致试验结果不准确的问题。
附图说明
30.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1为本技术实施例提供的标准贯入试验装置的内部结构示意图；
32.图2为本技术实施例提供的标准贯入试验装置位于贯入孔中的示意图；
33.图3为导向杆与卡簧的位置关系示意图；
34.图4为提升线缆的截面图；
35.图5为卡簧的结构示意图；
36.图6为计数绳的标记示意图。
37.图中：1、标贯头；2、密封套筒；21、上部腔室；22、中部腔室；23、下部腔室；24、隔板；25、阀门；26、对中片；27、导线槽；3、传送机构；31、主动齿轮；32、从动齿轮；33、链条；4、标贯机构；41、穿心锤；42、锤垫；43、导向杆；431、避让槽；5、提升机构；51、提升线缆；511、钢丝绳；512、电缆；513、信号线；52、提升线缆滚筒；6、计数机构；61、计数绳；62、计数绳滚筒；7、卡簧；71、压缩臂；72、承托部；73、弹簧；74、连接件；8、贯入孔；9、支架；91、横轴；10、显示装置。
具体实施方式
38.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
39.本技术实施例提供了一种标准贯入试验装置，其能解决相关技术中冲击锤的能量大多损耗在钻杆上，导致试验结果不准确的问题。
40.参见图1至图6所示，本技术提供了一种标准贯入试验装置，包括密封套筒2，标贯头1，以及设置于密封套筒2中的标贯机构4和传送机构3。具体地，密封套筒2外部的下方连接有标贯头1，标贯头1直接用于贯入土层，不再使用钻杆，彻底消除了钻杆对穿心锤41冲击能量的损耗。优选地，密封套筒2为圆柱形，以适应贯入孔的形状；且密封套筒2底部为倒圆锥结构，以减小该试验装置向下贯入土层时的阻碍。
41.具体地，标贯机构4位于密封套筒2的内部，并且靠近密封套筒2的底部，目的在于尽可能地将穿心锤41的锤击能量传递至标贯头1上；结合图1所示，标贯机构4包括穿心锤41，锤垫42以及导向杆43，锤垫42安装在密封套筒2的底端，导向杆43位于密封套筒2的轴线上，且底部与锤垫42中央连接，穿心锤41就穿设在导向杆43上；优选地，锤垫42上连接有传感器，传感器用于感应穿心锤41的锤击能量，并将数据记录和传递出来。
42.具体地，传送机构3也位于密封套筒2中，并用于驱使穿心锤41沿导向杆43向上运动一定距离后松开穿心锤41，使穿心锤41做自由落体运动。
43.本技术实施例提供了一种标准贯入试验装置，由于标贯机构4设置在密封套筒2中，标贯头1位于密封套筒2的底部，使用时，先将密封套筒2和标贯头1下放至贯入孔8孔底；传送机构3将穿心锤41提升起来，达到一定高度后放开穿心锤41，使穿心锤41做自由落体运动，并下落至锤垫42上。最为重要的是，本技术提供的实施例不再使用钻杆，直接在将装置下放至贯入孔8孔底，标贯机构4在密封套筒2中做标贯运动，并将穿心锤41下落的力直接传递至标贯头1上，标贯头1对岩土层进行贯入，彻底消除了钻杆对穿心锤冲击能量的损耗以及钻杆与孔壁的摩擦损耗，因此，能够解决相关技术中冲击锤的能量大多损耗在钻杆上，导致试验结果不准确的问题。
44.在一些可选的实施例中，参见图3所示，导向杆43为一个圆柱体，且圆柱体为中空结构，导向杆43两侧各开设有一条沿其长度方向延伸的避让槽431，具体地，锤垫42与导向杆43连接处也为空心设置，传感器设置在锤垫42的一圈；并且，避让槽431的长度有限，其顶端到锤垫42上表面的距离为76cm，需要说明的是，76cm为标准贯入试验中落距的标准数值；
45.再结合图1所示，传送机构3包括主动齿轮31、从动齿轮32和链条33，其中从动齿轮32位于主动齿轮31的下方，且主动齿轮31连接有驱动器，主动齿轮31与从动齿轮32之间连接有链条33，驱动器带动主动齿轮31转动，从动齿轮32经链条33被带动转动；并且，链条33沿导向杆43的长度方向贯穿导向杆43。
46.在其中一个实施例中，主动齿轮31与从动齿轮32都安装在密封套筒2的内侧壁上，锤垫42卡设在密封套筒2中，且位于从动齿轮32的上方。
47.在其中一个实施例中，结合图1所示，密封套筒2内部被两个隔板24分隔成上部腔室21、中部腔室22和下部腔室23，其中，隔板24上都开设有通孔，以容纳链条33穿过；标贯机
构4位于中部腔室22中，且导向杆43的顶端与位于上方隔板24相连接，能够辅助导向杆43的固定，使导向杆43在穿心锤41上下运动时不发生晃动。
48.再结合图1、图3和图5所示，链条33上具有一卡簧7，卡簧7具有两个分别可在两个避让槽431中移动的压缩臂71，以及两个用于承托穿心锤41的承托部72，两个压缩臂71的一端连接在一起，里那一段分别与两个承托部72相连接。优选地，两个压缩臂71通过连接件74连接在一起。具体地，连接件74使用扭转弹簧，扭转弹簧连同两个压缩臂71组成一个类似夹子的结构，可以通过改变扭转弹簧的受力情况实现压缩臂71的不同状态，继而实现卡簧7的不同状态。
49.需要说明的是，当卡簧7处于自由状态时，两个承托部72之间的距离大于穿心锤41的内孔直径，以承托穿心锤41向上运动；当卡簧7处于压缩状态时，两个承托部72之间的距离小于穿心锤41的内孔直径，穿心锤41失去支撑掉落。
50.当传送机构3开始传送时，链条33连同卡簧7向上移动，卡簧的承托部72托住穿心锤41，经由避让槽431向上移动。达到一定高度后，避让槽431消失，但卡簧7仍具有随链条33向上运动的趋势，则压缩臂71受到压缩，与压缩臂71连接的承托部72之间的距离小于穿心锤41的内孔直径，穿心锤41失去支撑掉下，落在锤垫42上，完成一次锤击。
51.在一些可选的实施例中，参见图5所示，卡簧7还包括弹簧73，且弹簧73连接在两个压缩臂71之间，与两个压缩臂71形成一个三角形，用于支撑两个压缩臂71，当卡簧7要从压缩状态回复到自由状态时，弹簧73能够提供一个回复力。
52.在一些可选的实施例中，参见图2所示，在贯入孔8的开孔附近架设有一支架9；
53.该试验装置还包括提升机构5，具体地，提升机构5包括提升线缆51和用于卷收提升线缆51的提升线缆滚筒52，提升线缆51的一端连接在密封套筒2的顶端，另一端缠绕在提升线缆滚筒52上，提升线缆滚筒52安装在支架9上，并可绕支架9上的横轴91转动。
54.优选地，密封套筒2顶端设置有一导线槽27，提升线缆51通过导线槽27与密封套筒2连接；优选地，提升线缆51包括钢丝绳511。
55.在一些可选的实施例中，参见图4所示，提升线缆51还包括电缆512和信号线513，其中，电缆512的一端连接传送机构3，另一端用于连接外部电源，以给传送机构3供电，具体地，电缆512与驱动器连接，驱动器趋势主动齿轮31转动；信号线513的一端与锤垫42上的传感器连接，以获得穿心锤41的冲击数据，另一端连接有显示装置10，直观地显示出穿心锤的冲击力数值。
56.在一些可选的实施例中，参见图2所示，本标准贯入试验装置还包括计数机构6，计数机构6包括计数绳61和计数绳滚筒62，计数绳61上做有长度标记，且计数绳61的一端与密封套筒2相连接，另一端与计数绳滚筒62连接，计数绳滚筒62也安装在支架9上，且计数绳滚筒62能够绕支架9上的横轴91转动。具体地，在计数绳61上自贯入孔8孔口位置开始，做出长度标记，以确定贯入深度。需要说明的是，计数绳61的材质不可拉升，可以使用不会发生形变的尼龙绳等。
57.在一些可选的实施例中，参见图1所示，密封套筒2上设置有用于将密封套筒2内部抽为真空的阀门25。具体地，将密封套筒2抽成真空可以最大程度上降低标贯机构4的运行阻力，确保试验数据的准确性。
58.在一些可选的实施例中，参见图1和图2所示，密封套筒2的外侧设置有用于适应贯
入孔8孔径的对中片26，具体地，密封套筒2的直径一般小于贯入孔8的直径，为了保持试验过程中密封套筒2的垂直状态，设置了能使密封套筒2适应孔径的对中片26。对中片26环绕设置在密封套筒2的周向，或者，对中片26有多个，多个对中片26间隔设置在密封套筒2的一周。
59.本技术提供的一种标准贯入试验装置，其具体实施方式如下：
60.步骤一：使用钻具钻出贯入孔8至一定深度后，取出钻具，将支架9安装在贯入孔8的孔口，并将提升线缆滚筒52和计数绳滚筒62安装在支架上；
61.步骤二：完成密封套筒2内部的传送机构3和标贯机构4的安装，起初时穿心锤41位于锤垫42上；通过阀门25将密封套筒2内部抽成真空，连接提升线缆51和计数绳61；
62.步骤三：将标贯头1安装在密封套筒2底部，将密封套筒2和标贯头1下放至贯入孔8孔底，具体地，标贯头1下放至孔底后继续将提升线缆51下放一定深度，使密封套筒2不再受到来自提升线缆51的拉力；同时将计数绳61收紧，并在位于贯入孔8之外的计数绳61自孔口的位置开始做出长度标记，结合图6所示，在计数绳61的最下部，且距贯入孔8孔口一端距离b处做一处标记，在其中一个实施例中，b取15cm，即图6中的b段，再继续在计数绳61上量出三段同样的长度a，a可以等于10cm，并一一做好标记，即图6中的a段，其中b段为标贯预打深度，不计数；
63.步骤四：接通电源，驱动器驱动主动齿轮31转动，处于自由状态下的卡簧7托举穿心锤41沿导向杆43向上运动，上升至76cm处后，由于导向杆43顶部未开避让槽431，卡簧7的压缩臂71受到压缩，两个承托部72之间的距离小于穿心锤41的内孔直径，穿心锤41失去支撑而做自由落体运动，穿心锤41下落至锤垫42上，带动密封套筒2和标贯头1贯入土中，锤垫42上的传感器通过信号线513将数据传输至显示装置10；
64.标贯头1和密封套筒2向下贯入，会带动计数绳61一起下降，需要说明的是，在计数绳61上的b段标记降至贯入孔8孔口之下之前，锤击数以及锤击力数值均不作为试验数据记录，只记录后面三段中，每段下降过程中的锤击数作为试验结果。
65.步骤五：断开电源，降密封套筒2和标贯头1通过提升线缆51取出，试验结束。
66.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
67.需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
68.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。