一種深孔鉆進(jìn)巖土體強(qiáng)度分布測(cè)試裝置制造方法
【專利摘要】一種深孔鉆進(jìn)巖土體強(qiáng)度分布測(cè)試裝置，包括：電源、鉆進(jìn)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述鉆進(jìn)系統(tǒng)包括帶凸牙錐形鉆頭、螺旋鉆桿、旋轉(zhuǎn)環(huán)、鉆機(jī)、鉆孔臺(tái)架、操作把手，所述帶凸牙錐形鉆頭與螺旋鉆桿緊固連接，所述螺旋鉆桿與鉆機(jī)螺紋連接，所述鉆機(jī)固定安裝在鉆孔臺(tái)架上，且與電源連接；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括與電源連接的推扭傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、電流計(jì)、激光測(cè)距儀，所述各裝置分別輸出推力和扭矩、鉆桿轉(zhuǎn)速、電流及鉆桿進(jìn)尺信號(hào)數(shù)據(jù)至連接微型計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集儀。本發(fā)明裝置簡(jiǎn)單、施工方便，可隨鉆隨獲知巖土體強(qiáng)度分布，能夠提供直觀、詳實(shí)的數(shù)據(jù)。
【專利說(shuō)明】一種深孔鉆進(jìn)巖土體強(qiáng)度分布測(cè)試裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及巖土工程強(qiáng)度測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種深孔鉆進(jìn)巖土體強(qiáng)度分布測(cè)試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，傳統(tǒng)的巖土體強(qiáng)度測(cè)試裝置及方法主要是通過(guò)野外取樣，室內(nèi)重塑試樣，材料試驗(yàn)機(jī)加載測(cè)試的方法獲得。此類裝置存在兩方面的問(wèn)題:一、重塑試樣很難再現(xiàn)巖土體所處地應(yīng)力環(huán)境及土石空間分布方式，測(cè)試得到的強(qiáng)度參數(shù)數(shù)據(jù)具有很大的分散性；二、難以滿足各類工程建設(shè)、重大工程災(zāi)害應(yīng)急搶險(xiǎn)“快速處置”的需要，無(wú)法為科學(xué)決策提供第一手的支撐數(shù)據(jù)。
[0003]近十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外已陸續(xù)出現(xiàn)一些巖土體測(cè)試技術(shù)及裝備，如靜力觸探法、預(yù)鉆式旁壓測(cè)試法、野外十字板測(cè)試法。但這些方法及裝備只能提供原位測(cè)試方法，這類原位測(cè)試方法都存在一些不足之處，集中表現(xiàn)為:一、靜力觸探法只能測(cè)量土體，并且屬于間接測(cè)試手段，需要通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式將測(cè)試數(shù)據(jù)換算到巖土體強(qiáng)度參數(shù)；二、預(yù)鉆式旁壓測(cè)試法只能獲取鉆孔附近巖土體所受壓力與體積變化的關(guān)系曲線，無(wú)法獲取巖土體強(qiáng)度指標(biāo)；三、野外十字板測(cè)試方法只能測(cè)試飽和軟土的不排水抗剪強(qiáng)度，也無(wú)法適用于普遍存在巖土體強(qiáng)度測(cè)試。以上裝備和測(cè)試方法的共同點(diǎn)在于不能隨鉆孔隨測(cè)試得到巖土體強(qiáng)度性質(zhì)，進(jìn)而繪制鉆孔巖土體隨深度變化強(qiáng)度柱狀圖，并及時(shí)分析巖土體力學(xué)性質(zhì)，快速做出安全施工決策。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提出一種深孔鉆進(jìn)巖土體強(qiáng)度分布測(cè)試裝置，解決了傳統(tǒng)測(cè)試裝置不能隨鉆孔隨測(cè)試得到巖土體強(qiáng)度性質(zhì)，進(jìn)而繪制鉆孔巖土體隨深度變化強(qiáng)度柱狀圖，并及時(shí)分析巖土體力學(xué)性質(zhì)，快速做出安全施工決策。
[0005]為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種深孔鉆進(jìn)巖土體強(qiáng)度分布測(cè)試裝置，包括:電源、鉆進(jìn)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述鉆進(jìn)系統(tǒng)包括帶凸牙錐形鉆頭、螺旋鉆桿、旋轉(zhuǎn)環(huán)、鉆機(jī)、鉆孔臺(tái)架、操作把手，所述帶凸牙錐形鉆頭與螺旋鉆桿緊固連接，所述螺旋鉆桿與鉆機(jī)螺紋連接，所述鉆機(jī)固定安裝在鉆孔臺(tái)架上，且鉆機(jī)與電源連接；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括與電源連接的推扭傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、電流計(jì)、激光測(cè)距儀、數(shù)據(jù)采集儀，所述轉(zhuǎn)速傳感器安裝在旋轉(zhuǎn)環(huán)上，所述激光測(cè)距儀安裝在鉆機(jī)下盤，所述推扭傳感器安裝在操作把手與鉆機(jī)之間的鉆機(jī)上盤處，所述電流計(jì)安裝在鉆機(jī)與電源之間。
[0007]為進(jìn)一步的優(yōu)選方案:帶凸牙錐形鉆頭與螺旋鉆桿螺紋緊固連接。
[0008]作為更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述螺旋鉆桿通過(guò)旋轉(zhuǎn)環(huán)與鉆機(jī)緊扣連接。
[0009]作為更近一步的優(yōu)選方案，所述推扭傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、電流計(jì)、激光測(cè)距儀，分別輸出推力、扭矩、鉆桿轉(zhuǎn)速、電流及鉆桿進(jìn)尺信號(hào)連接數(shù)據(jù)采集儀，數(shù)據(jù)采集儀輸出連接微型計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)。[0010]本發(fā)明的有益效果:通過(guò)在鉆進(jìn)系統(tǒng)上安裝數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采集并輸出推力、扭矩、鉆桿轉(zhuǎn)速、電流及鉆桿進(jìn)尺信號(hào)連接數(shù)據(jù)采集儀，數(shù)據(jù)采集儀將采集的信號(hào)輸出到計(jì)算機(jī)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、運(yùn)算，直接獲取巖土體強(qiáng)度指標(biāo)，能夠適用于普遍存在的巖土體強(qiáng)度測(cè)試，同時(shí)繪制出鉆孔巖土體隨深度變化的強(qiáng)度柱狀圖等，本發(fā)明裝置簡(jiǎn)單、施工方便，可隨鉆隨獲知巖土體強(qiáng)度分布，能夠提供直觀、詳實(shí)的數(shù)據(jù)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是本發(fā)明測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2是本發(fā)明的鉆具鉆進(jìn)過(guò)程受力示意圖。
[0013]圖3是采用本發(fā)明進(jìn)行深孔鉆進(jìn)巖土體強(qiáng)度分布測(cè)試的流程圖。
[0014]1、巖土體；2、帶凸牙錐形鉆頭；3、螺旋鉆桿；4、鉆機(jī)；5、鉆孔臺(tái)架；6、旋轉(zhuǎn)環(huán)；7、操作把手；8、激光測(cè)距儀；9、轉(zhuǎn)速傳感器；10、電流計(jì)；11、推扭傳感器；12、電源；13、數(shù)據(jù)采集儀；14、微型計(jì)算機(jī)；15、刀片。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖并通過(guò)【具體實(shí)施方式】來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0016]如圖1至3所示，給出了本發(fā)明的具體實(shí)施例。
[0017]如圖1所示，深孔鉆進(jìn)巖土體強(qiáng)度分布測(cè)試裝置，包括:電源、鉆進(jìn)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述鉆進(jìn)系統(tǒng)包括帶凸牙錐形鉆頭2、螺旋鉆桿3、旋轉(zhuǎn)環(huán)6、鉆機(jī)4、鉆孔臺(tái)架5、操作把手7，所述帶凸牙錐形鉆頭2與螺旋鉆桿3螺紋緊固連接，螺旋鉆桿3通過(guò)旋轉(zhuǎn)環(huán)6與鉆機(jī)4緊扣，并固定在鉆孔臺(tái)架5上，`接通電源12，帶凸牙錐形鉆頭鉆進(jìn)過(guò)程中破碎巖土體1，螺旋鉆桿3將孔內(nèi)巖土體I排至孔外；
[0018]所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括與電源12連接的推扭傳感器11、轉(zhuǎn)速傳感器9、電流計(jì)10、激光測(cè)距儀8、數(shù)據(jù)采集儀13，所述轉(zhuǎn)速傳感器9安裝在旋轉(zhuǎn)環(huán)6上，所述激光測(cè)距儀8安裝在鉆機(jī)4下盤，所述推扭傳感器11安裝在操作把手7與鉆機(jī)4之間的鉆機(jī)上盤處，所述電流計(jì)10安裝在鉆機(jī)4與電源12之間，所述推扭傳感器11、轉(zhuǎn)速傳感器9、電流計(jì)10、激光測(cè)距儀8，分別輸出推力、扭矩、鉆桿轉(zhuǎn)速、電流及鉆桿進(jìn)尺信號(hào)連接數(shù)據(jù)采集儀13，數(shù)據(jù)采集儀13輸出連接微型計(jì)算機(jī)14存儲(chǔ)。
[0019]在鉆桿旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過(guò)程中，各傳感器信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)采集儀13，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集儀13將信號(hào)放大后傳輸至微型計(jì)算機(jī)14記錄，編制數(shù)據(jù)處理及測(cè)試參數(shù)與巖土體強(qiáng)度計(jì)算程序，得出進(jìn)尺與推力、扭矩、鉆桿轉(zhuǎn)速、消耗機(jī)械功關(guān)系曲線及與巖土體強(qiáng)度定量關(guān)系，并自動(dòng)繪制鉆孔巖土體隨深度變化強(qiáng)度柱狀圖。
[0020]本發(fā)明的目的是針對(duì)目前未能實(shí)現(xiàn)隨鉆孔隨測(cè)試獲得巖土體強(qiáng)度的問(wèn)題，提供一種可隨鉆隨測(cè)定巖土體強(qiáng)度的深孔鉆進(jìn)巖土體強(qiáng)度分布測(cè)試裝置。
[0021]圖2為鉆具鉆進(jìn)過(guò)程受力示意圖，圖中所示，螺旋鉆桿3靠近鉆頭處安裝有刀片





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15，鉆頭16鉆進(jìn)需要總扭矩為M=Mi+M2+M3，鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)需要功率β = ^~~~，其中,M1為鉆
頭工作扭矩，M2為刀片工作扭矩，M3為排送破碎巖土工作扭矩；ω為鉆桿轉(zhuǎn)速；Κ為功率儲(chǔ)備系數(shù)；n為鉆機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)效率。[0022]根據(jù)各部分構(gòu)件受力分解可知:
【權(quán)利要求】
1.一種深孔鉆進(jìn)巖土體強(qiáng)度分布測(cè)試裝置，包括:電源、鉆進(jìn)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于: 所述鉆進(jìn)系統(tǒng)包括帶凸牙錐形鉆頭、螺旋鉆桿、旋轉(zhuǎn)環(huán)、鉆機(jī)、鉆孔臺(tái)架、操作把手，所述帶凸牙錐形鉆頭與螺旋鉆桿緊固連接，所述螺旋鉆桿與鉆機(jī)螺紋連接，所述鉆機(jī)固定安裝在鉆孔臺(tái)架上，且鉆機(jī)與電源連接； 所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括與電源連接的推扭傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、電流計(jì)、激光測(cè)距儀、數(shù)據(jù)采集儀，所述轉(zhuǎn)速傳感器安裝在旋轉(zhuǎn)環(huán)上，所述激光測(cè)距儀安裝在鉆機(jī)下盤，所述推扭傳感器安裝在操作把手與鉆機(jī)之間的鉆機(jī)上盤處，所述電流計(jì)安裝在鉆機(jī)與電源之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深孔鉆進(jìn)巖土體強(qiáng)度分布測(cè)試裝置，其特征在于:所述帶凸牙錐形鉆頭與螺旋鉆桿螺紋緊固連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深孔鉆進(jìn)巖土體強(qiáng)度分布測(cè)試裝置，其特征在于:所述螺旋鉆桿通過(guò)旋轉(zhuǎn)環(huán)與鉆機(jī)緊扣連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深孔鉆進(jìn)巖土體強(qiáng)度分布測(cè)試裝置，其特征在于:所述推扭傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、電流計(jì)、激光測(cè)距儀，分別輸出推力、扭矩、鉆桿轉(zhuǎn)速、電流及鉆桿進(jìn)尺信號(hào)連接數(shù)據(jù)采集儀，數(shù)據(jù)采集儀輸出連接微型計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)。
【文檔編號(hào)】G01N3/00GK103760005SQ201310719242
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】呂祥鋒, 葉英, 夏春蕾, 張星煜 申請(qǐng)人:北京市市政工程研究院