靜力觸探測試法的儀器設備

靜力觸探設備，俗稱靜力觸探儀，一般由三部分構成，即：(1)靜力觸探頭：地層阻力傳感；(2)量測記錄儀表：測量與記錄探頭所受各種阻力；(3)貫入系統(tǒng)：包括觸探主機與反力裝置，共同負責將探頭壓入土中。觸探主機借助探桿將裝在其底端的探頭壓入土中；反力裝置則提供主機在貫入探頭過程中所需之反力。目前，廣泛應用的靜力觸探車集上述三部分為一整體。靜力觸探車具有貫入深度大(貫入力一般大于10t)、效率高和勞動強度低的優(yōu)點。但它僅適用于交通便利、地形較平坦及可開進汽車的勘測場地使用。貫入力等于5t或小于5t者，一般為輕型靜力觸探儀。使用時，一般都將上述三部分分開裝運到勘測現(xiàn)場，進行測試時再將三部分有機地連接起來。在交通不便、勘測深度不大或土層較軟的地區(qū)，輕型靜力觸探應用很廣。它具有便于搬運、測試成本較低及靈活方便之優(yōu)點。靜力觸探儀的貫入力一般為2～20t，最大貫入力為20t，因為細長的探桿受力極限不能太大，太大易彎曲或折斷。貫入力為2～3t者，一般為手搖鏈式電測十字板-觸探兩用儀。貫入力大于5t者，一般為液壓式主機。現(xiàn)介紹幾種主要的和常用的觸探儀。一、一些常用的靜力觸探儀介紹1.輕便觸探機2Y-5A型觸探機(圖3-11)，額定貫入力：50kN；起拔力：80kN；80kN貫入速度：1.2m/min主機質(zhì)量：350kg；起拔速度：2.5/min動力匹配：5.5千瓦電機或180柴油機。圖3-11 2Y-5A輕便型觸探機2.靜力觸探-十字板剪切兩用機CLD-1型觸探機(圖3-12)，貫入力：2t；貫入速度：0.8～1.2m/min，主機質(zhì)量：200kg。CLD-3型觸探機，貫入力：3t；貫入速度：0.8～1.2m/min，主機質(zhì)量：210kg。3.靜力觸探工程車目前，我國生產(chǎn)靜力觸探工程車的廠家較多，主要有浙江寧波勘215機械廠、江蘇省如皋勘測機械廠、大連拉伸機廠、沈陽探礦機械廠及上海地質(zhì)儀器廠等。各廠生產(chǎn)的觸探工程車的貫入能力都已達到20t，都有封閉式車廂，可以在不受氣候條件影響下進行野外作業(yè)。觸探車的結構形式：客車型，蓬車型；平衡形式：液壓支腿手動調(diào)平；外形尺寸：9.8m×2.5m×2.8m；下錨形式：液壓下錨機自動下錨；動力匹配：汽車動力；全車質(zhì)量：8500kg。圖3-12 CLD3-型觸探機圖3-13 靜力觸探工程車二、探頭(詳見第二節(jié)第二部分)三、量測記錄儀表我國的靜力觸探工程幾乎全部采用電阻應變式傳感器。因此，與其配套的記錄儀器主要有以下4種類型：①電阻應變儀；②自動記錄繪圖儀；③數(shù)字式測力儀；④數(shù)據(jù)采集儀(微機)。1.電阻應變儀從20世紀60年代起直到70年代中期，一直是采用電阻應變儀。電阻應變儀具有靈敏度高、測量范圍大、精度高和穩(wěn)定性好等優(yōu)點。但其操作是靠手動調(diào)節(jié)平衡，跟蹤讀數(shù)，容易造成誤差。而且不能連續(xù)讀數(shù)，只能間隔進行(一般5～10 s，即每貫入10～20cm讀一次)，不能得到連續(xù)變化的觸探曲線。經(jīng)過改進，出現(xiàn)了數(shù)字式測力儀，如上海新衛(wèi)機器廠生產(chǎn)的數(shù)字測力儀和新達電訊廠生產(chǎn)的JC-X2靜力觸探測量儀。2.自動記錄繪圖儀為了實現(xiàn)自動記錄，就出現(xiàn)了自動記錄儀。我國現(xiàn)在生產(chǎn)的靜力觸探自動記錄儀都是用電子電位差計改裝的。這些電子電位差計都只有一種量程范圍。為了在阻力大的地層中能測出探頭的額定阻力值，也為了在軟層中能保證測量精度，一般都采用改變供橋電壓的方法來實現(xiàn)。早期的儀器為可選式固定橋壓法，一般分成4～5檔，橋壓分別為2、4、6、8、10V，可根據(jù)地層的軟硬程度選擇。這種方式的優(yōu)點是電壓穩(wěn)定，可靠性強；但資料整理工作量大?，F(xiàn)已有可使供橋電壓連續(xù)可調(diào)的自動記錄儀。圖3-14 ZSJ-2型雙筆自動記錄儀工作原理圖(1)自動記錄儀工作原理：圖3-14所示為ZSJ-2型雙筆自動記錄儀工作原理圖，由傳感器送來的被測直流信號，經(jīng)測量電路與儀表內(nèi)補償電壓進行比較后，產(chǎn)生一不平衡電壓，經(jīng)放大器放大105～6倍后獲得足夠大的功率驅(qū)動可逆電機轉(zhuǎn)動。可逆電機經(jīng)過一套機械傳動裝置，一面帶動測量電路中的滑線電阻的滾動觸點，使補償電壓與被測信號平衡；一面帶動指針和記錄筆沿著有分度的標尺左右移動。此時放大器中無信號輸入和輸出，電機停止轉(zhuǎn)動，指針在分度尺上的指示值即為被測信號的電壓值。如果被測信號發(fā)生變化，則新產(chǎn)生的電位差值信號又被送至放大器，使滑線電阻的滾動觸點又移動到一個新的平衡點，被測信號與補償電壓又達到新的平衡，指針又移到新的位置……。與此同時，自整角機通過一套傳動機構，以一定速度卷動記錄紙。這樣，隨著指針移動和記錄紙卷動，記錄筆便在記錄紙上連續(xù)地記錄出各深度被測信號的大小，此即靜力觸探曲線。(2)儀器主要組成部分：除走紙機構外，雙筆記錄儀各部分都由兩(雙)套組成：它包括①測量電路；和應變儀一樣，也是采用雙電橋電路，所不同的是自動記錄儀采用的是直流內(nèi)橋，傳輸?shù)氖侵绷餍盘?；為對外橋路提供穩(wěn)定的直流電壓，自動記錄儀專門增設了橋路穩(wěn)壓電源：穩(wěn)壓范圍一般為0～20V，連續(xù)可調(diào)，以適應標定探頭和貫入不同軟硬地層的需要；②晶體管放大器：在記錄儀中，放大器的作用是把測量電路送來的直流信號ΔU放大成足以驅(qū)動可逆電機轉(zhuǎn)動的交流信號，并且當直流信號ΔU的極性改變時，輸出交流信號的相位也隨之改變，從而能帶動可逆電機正反轉(zhuǎn)動，使測量系統(tǒng)達到自動平衡；③可逆電機；④儀表的走紙機構：靜力觸探自動記錄儀除了要把被測信號顯示出來外，還必須將信號隨深度變化的情況記錄在紙帶上，才能及時準確地記錄出地層各位置的阻力值。為此，記錄儀用一對自整角機取代了原電位差計走紙系統(tǒng)中的同步電機。同時發(fā)訊角機和摩擦輪通過齒輪組連在一起，并安裝在觸探主機的底盤上，使摩擦輪緊貼觸探桿。當觸探桿下壓時，摩擦輪便隨著轉(zhuǎn)動。帶動發(fā)訊機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。接收機固定在儀器內(nèi)，并和走紙機構的齒輪組相連接。當發(fā)訊機旋轉(zhuǎn)時它也跟隨旋轉(zhuǎn)，帶動記錄紙按1：100(或其他)比例移動，這樣就把觸探深度記錄下來。3.數(shù)字式測力儀數(shù)字式測力儀是一種精密的測試儀表。這種儀器能顯示多位數(shù)，具有體積小、重量輕、精度高、穩(wěn)定可靠、使用方便、能直讀貫入總阻力和計算貫入指標簡單等優(yōu)點，是輕便的鏈式十字板-靜力觸探兩用機的配套量測儀表，國內(nèi)已有眾多廠家生產(chǎn)。這種儀器的缺點是間隔讀數(shù)，手工記錄。數(shù)字式測力儀與過去使用的應變儀比較，其優(yōu)點是：體積小、重量輕，不用手動跟蹤，而用數(shù)字顯示不容易看錯，還可以把率定系數(shù)輸入儀器內(nèi)直接讀取阻力值。由武漢市勘測院設計、由武漢無線電廠生產(chǎn)的數(shù)字式測力儀即具有上述功能。此外，自動記錄儀與應變儀相比，靈敏度不如應變儀，它的量程小。但是，自動記錄儀有深度控制裝置，可以連續(xù)自動地記錄土層的貫入阻力曲線，從而提高了野外工作效率和質(zhì)量，因而目前使用最廣。4.數(shù)據(jù)采集儀(微機)在靜探中的應用以上介紹的量測記錄儀表的功能均不夠完善，有的只能人工間隔讀數(shù)，不能畫圖；有的只能畫圖，但不能顯示打印數(shù)據(jù)。這些儀器雖還能滿足一般生產(chǎn)的需要，但資料整理時工作量大，效率低。故用微型計算機采集和處理數(shù)據(jù)，已在靜力觸探測試中得到了廣泛應用。四、貫入系統(tǒng)靜力觸探貫入系統(tǒng)由觸探主機(貫入裝置)和反力裝置兩大部分組成。觸探主機的作用是將底端裝有探頭的探桿一根一根地壓入土中。觸探主機按其貫入方式不同，可以分為間歇貫入式和連續(xù)貫入式；按其傳動方式的不同，可分為機械式和液壓式；按其裝配方式不同可分為車裝式、拖斗式和落地式等。反力裝置的作用是平衡貫入阻力對貫入裝置的反作用。從設備角度來說，靜力觸探貫入深度的大小主要取決于三方面因素：①貫入設備能力的大??；②觸探頭截面的大小及其與探桿的配合；③反力大小。反力不夠，整個貫入設備的能力就得不到充分發(fā)揮，可見反力裝置是很重要的。反力的取得，一般有下地錨和利用汽車自重兩種?，F(xiàn)在的觸探車都綜合利用這兩種方法，效果良好。擰錨機有液壓、電動、手搖三種類型。五、探桿探桿有一定的規(guī)格和要求。探桿應有足夠的強度，應采用高強度無縫管材，其屈服強度不宜小于600MPa。探桿與接頭的連接要有良好的互換性。用錐形螺紋連接的探桿，連接后不得有晃動現(xiàn)象；用圓柱形螺紋連接的探桿，絲扣之間、皆應能擰緊密貼。探桿應平直，不得有裂紋和損傷。每根探桿的長度一般為1m，其直徑應和探頭直徑相同；但單用探頭探桿直徑應比探頭直徑小。六、電纜電纜的作用是連接探頭和量測記錄儀表。由于探頭功能不同，相應電纜的芯數(shù)也不同，最少的為配單橋探頭的四芯電纜，多則幾十芯，各芯之間應互相屏蔽，在場出訊號時不能互相干擾。電線應有良好的防水性和絕緣性，接頭處應密封。其直徑應比探桿內(nèi)徑小，以便能將其順利穿過探桿，連接探頭和儀表。
備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。