拆裝式可視化靜力觸探探頭的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及巖土工程領域，特別涉及一種能夠提供可視化圖像和準確測試參數的靜力觸探裝置，具體是一種拆裝式可視化靜力觸探探頭。
【背景技術】
[0002]靜力觸探是利用液壓或機械傳動裝置，將圓錐形金屬探頭壓入地基土中，探頭受到壓入阻力，探頭中所貼的電阻應變片發生相應變形而改變電阻，通過電阻應變儀量測電阻應變片的微應變數值，計算貫入阻力的大小，判定地基土的工程性質。靜力觸探的作為巖土工程原位勘察的常用手段，可以用來確定土的變形模量、容許承載力等。
[0003]但是傳統的靜力觸探作為一種獲得土層物理力學性質的方法，不能取土，不能直觀地對土層土體進行描述，必須通過曲線特點來推斷土性或與鉆探法相結合才能完成地基土的定名和地質剖面圖的繪制。當需要快速獲得地基土名稱、類型、承載力及地質剖面圖時，傳統靜力觸探與鉆探法相結合的方法就顯得效率低下、成本偏高或準確性差。此外，對于難以直接獲取原狀土的飽和砂土、軟土等類型土質，也必須采用工程鉆探來為其定名，這也增加了這類土勘察的時間和經濟成本。
[0004]另外，隨著社會工業化發展，土體污染情況屢見不鮮。土體受污染后的污染程度及分布情況的判定顯得尤為重要。單純依賴室內試驗方法及常規原位檢測進行土體污染判定，可能由于受到取樣擾動的影響，給出可靠性較差的判定結果。這就要求能通過原位勘測技術判定土體的污染程度。在不擾動土體情況下，如果能夠通過成像技術直接觀測受污染土層土體的圖像，以此來鑒別土體的變化及污染程度，這將會是一種高效的判定土體污染的方法。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是為了解決目前巖土工程勘察存在的不足，提供一種由多單元組件構成具有可拆裝功能和可視化成像功能的拆裝式可視化靜力觸探探頭。該探頭可以原位動態拍攝探測土層土體的圖像，快速、直觀、準確定名土體類型和鑒定土體污染程度，可以方便地更換損壞部件，避免探頭的部分損壞而導致全部報廢，為巖土工程勘察提供可視化圖像和準確的測試參數。
[0006]本發明是通過如下技術方案實現的:
一種拆裝式可視化靜力觸探探頭，該探頭為圓柱狀，其由下至上依次為可拆裝的錐頭、錐尖阻力測量單元、可視化成像單元、側壁阻力測量單元、模-數轉換單元和探桿連接單元，且上述各部件之間通過高強絲扣旋緊連接；
所述錐頭的底面中心處向上延設有連接堵頭；
所述錐尖阻力測量單元包括第一防護筒，第一防護筒的頂部向上延設有帶通孔的連接凸臺，第一防護筒內插裝有第一變形筒(承受錐尖阻力)，第一變形筒內插裝有第一加強筒(防止單元結構強度不足造成的結構性損壞)，第一變形筒外壁的中部部分內凹，與第一防護筒的內壁之間形成空腔，第一變形筒外壁的中部位置沿周邊均勻設置數片第一電阻應變片(測量第一變形筒變形)，第一變形筒及第一加強筒的筒壁上開設有穿線孔(方便連接第一電阻應變片的應變量測線穿出)；第一加強筒的底部筒口與錐頭的連接堵頭之間通過高強絲扣旋緊連接，且連接部位之間設有密封圈；
所述可視化成像單元包括第二防護筒，第二防護筒的頂部向上延設有帶通孔的連接凸臺，第二防護筒的底部筒口沿其周緣向內延設有一圈筒邊；第二防護筒內插裝有第二加強筒，第二防護筒內壁與第二加強筒外壁之間留有空腔作為成像室，在成像室的頂部均布四個可視化集成模塊，可視化集成模塊底部的外側設有攝像頭、內側設有成像用光源，第二加強筒的筒壁上開設有穿線孔(方便可視化集成塊與可視化傳輸線連接)；在第二防護筒底部的筒邊上正對每個可視化集成模塊的位置開設有一個視窗，視窗內由上而下依次安裝有光學凸透鏡和高強度透鏡，高強度透鏡沿其外側周圈設置一圈防水密封圈；第二加強筒的底部筒口與錐尖阻力測量單元中第一防護筒上的連接凸臺之間通過高強絲扣旋緊連接，且連接部位之間設有密封圈；
所述側壁阻力測量單元包括摩擦筒(檢測側壁阻力)，摩擦筒的頂部向上延設有帶通孔的連接凸臺，摩擦筒內插裝有第二變形筒(承受側壁阻力)，第二變形筒外壁的中部部分內凹，與摩擦筒的內壁之間形成空腔，第二變形筒外壁的中部位置沿周邊均勻設置數片第二電阻應變片(用于測量第二變形筒變形)，第二變形筒的筒壁上開設有穿線孔(方便連接第二電阻應變片的應變量測線穿出)；第二變形筒的底部筒口與可視化成像單元中第二防護筒上的連接凸臺之間通過高強絲扣旋緊連接，且連接部位之間設有密封圈；
所述模-數轉換單元包括第三防護筒，第三防護筒的頂部向上延設有帶通孔的連接凸臺，第三防護筒內安裝有A/D模-數轉換集成模塊；第三防護筒的底部筒口與側壁阻力測量單元中摩擦筒上的連接凸臺之間通過高強絲扣旋緊連接，且連接部位之間設有密封圈；A/D模-數轉換集成模塊的頂部連接有傳輸總線、底部連接有應變量測線和可視化傳輸線，應變量測線與錐尖阻力測量單元中的第一電阻應變片及側壁阻力測量單元中的第二電阻應變片連接，可視化傳輸線與可視化成像單元中的可視化集成模塊連接;A/D模-數轉換集成模塊將第一、二電阻應變片量測的應變量的模擬信號轉換為數字信號；
所述探桿連接單元包括第四防護筒，第四防護筒的底部筒口與模-數轉換單元中第三防護筒上的連接凸臺之間通過高強絲扣旋緊連接，且連接部位之間設有密封圈；第四防護筒的頂部筒口通過防水防土密封塞封口，傳輸總線由防水防土密封塞穿出，與量測儀器相連；
探桿連接單元的第四防護筒、模-數轉換單元的第三防護筒、側壁阻力測量單元的摩擦筒及可視化成像單元的第二防護筒的外徑相同，且大于錐尖阻力測量單元的第一防護筒的外徑。
[0007]與現有技術相比，本發明的有益效果是:1)本發明所具有的可視化成像功能，一是可以原位動態拍攝探測土層土體的圖像，為巖土工程勘察快速、直觀、準確定名勘察土層土體提供了方便；二是可以通過可視化圖像直接觀測勘察土層土體的組成和結構；三是對于污染土，可以通過該功能觀測土體污染程度。2)本發明中各單元部件彼此獨立，利用高強絲扣旋緊連接，具有的可拆裝功能，可以方便更換由于探頭長時間使用所造成的損壞部件，避免探頭的部分損壞而導致全部報廢。3)該探頭結構簡單、設計新穎，可為巖土工程勘察提供可視化圖像和準確的測試參數。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發明拆裝式可視化靜力觸探探頭的結構示意圖。
[0009]圖2為錐頭的結構示意圖。
[0010]圖3為錐尖阻力測量單元的結構示意圖。
[0011]圖4為可視化成像單元的結構示意圖。
[0012]圖5為圖4的仰視圖。
[0013]圖6為圖4中的A-A剖視圖。
[0014]圖7為側壁阻力測量單元的結構示意圖。
[0015]圖8為模-數轉換單元的結構示意圖。
[0016]圖9為探桿連接單元的結構示意圖。
[0017]圖中:1-錐頭、2-錐尖阻力測量單元、2-1-第一防護筒、2-2-第一變形筒、2_3_第一加強筒、2_4_第一電阻應變片、3-可視化成像單兀、3-1-第二防護筒、3_2_筒邊、3_3_第二加強筒、3_4_成像室、3_5_可視化集成模塊、3_6_攝像頭、3_7_成像用光源、3_8_視窗、3-9-光學凸透鏡、3-10-高強度透鏡、3-11 -防水密封圈、4-側壁阻力測量單元、4-1 -摩擦筒、4-2-第二變形筒、4-3-第二電阻應變片、5-模-數轉換單元、5-1-第三防護筒、5-2-A/D模-數轉換集成模塊、6-探桿連接單元、6-1-第四防護筒、7-連接凸臺、8-穿線孔、9-密封圈、10-連接堵頭、11-傳輸總線、12-應變量測線、13-可視化傳輸線、14-防水防土密封塞。
【具體實施方式】
[0018]以下結合附圖對本發明作進一步的描述:
如圖1至圖9所示，一種拆裝式可視化靜力觸探探頭，該探頭為圓柱狀，其由下至上依次為可拆裝的錐頭1、錐尖阻力測量單元2、可視化成像單元3、側壁阻力測量單元4、模-數轉換單元5和探桿連接單元6，且上述各部件之間通過高強絲扣旋緊連接；
所述錐頭I的底面中心處向上延設有連接堵頭10 ;
所述錐尖阻力測量單元2包括第一防護筒2-1，第一防護筒2-1的頂部向上延設有帶通孔的連接凸臺7，第一防護筒2-1內插裝有第一變形筒2-2，第一變形筒2-2內插裝有第一加強筒2-3，第一變形筒2-2外壁的中部部分內凹，與第一防護筒2-1的內壁之間形成空腔，第一變形筒2-2外壁的中部位置設有第一電阻應變片2-4，第一變形筒2-2及第一加強筒2-3的筒壁上開設有穿線孔8 ;第一加強筒2-3的底部筒口與錐頭I的連接堵頭10之間通過高強絲扣旋緊連接，且連接部位之間設有密封圈9，防止土層中地下水及土顆粒進入探頭內部而損壞探頭；在探頭壓入土體時，錐尖阻力使得第一變形筒2-2變形，帶動第一電阻應變片2-4變形，使第一電阻應變片2-4電阻發生變化，這種變化作為模擬信號通過應變量測線12