專利名稱：自動標準貫入試驗監(jiān)控器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改進的地下勘探方法，且更具體而言涉及一種用于執(zhí)行標準貫入試驗的自動設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
標準貫入試驗(SPT)是一種在地下勘探過程中在鉆探孔(或鉆孔)的底端驅(qū)動采樣器進入地面中的現(xiàn)場試驗技術(shù)。通過試驗可測量在從恒定高度自由下落的錘擊作用下對于采樣器的土壤耐貫入阻力。
由兩個操作員實施試驗操作。如圖1和圖2所示，第一操作員利用鉆機和鉆塔上的鋼絲繩的動力舉升或降下升降機的吊鉤。第二操作員使升降機的吊鉤與鉆桿頂部(圖1)或與撞擊錘設(shè)備的鋼鏈(圖2)相聯(lián)或脫開聯(lián)接。撞擊錘設(shè)備包括鋼鏈、X夾持器、錘和導桿。導桿具有位于其底部的下部砧座、位于其頂部的上部針座和鋼鏈。錘具有受到X夾持器夾持的蓋部。在以實時順序進行下列三個過程后，在鉆探孔的深度處進行試驗。
首先，串聯(lián)聯(lián)接至鉆桿的采樣器必須被插入到鉆探孔內(nèi)(圖1)。采樣器必須到達鉆探孔底部。如果底端與采樣器相聯(lián)的鉆桿長度不能使得采樣器尖端到達鉆探孔底部，則第二鉆桿被添加至第一鉆桿頂部以使采樣器尖端到達鉆探孔底部。相似地，如果采樣器尖端仍不能到達鉆探孔底部，則將添加并聯(lián)接第三鉆桿。重復這種添加、聯(lián)接和插入過程直至采樣器尖端到達鉆探孔底部。該過程是采樣器插入的第一過程。
接下來，一旦采樣器被置于試驗深度處，則撞擊錘設(shè)備將被添加至聯(lián)接的鉆桿和采樣器系統(tǒng)的頂部。錘撞擊設(shè)備將被用于使采樣器在鉆探孔底部處(圖2)貫入土地內(nèi)。升降機的吊鉤將通過鋼鏈向上舉升X夾持器。X夾持器將夾持錘的蓋部且沿導桿向上傳送錘。一旦X夾持器撞擊上部砧座，則位于錘的蓋部處的夾持裝置將受力以自動打開和釋放錘。錘將沿導桿自由下落。所述錘的平的底表面將撞擊下部砧座的平的頂表面。下部砧座的底部被聯(lián)接至鉆桿。在鉆桿中導致產(chǎn)生的沖擊力將使得采樣器貫入到鉆探孔底部下面的土地內(nèi)。一旦錘在下部砧座上穩(wěn)定下來，則第一操作員將使升降機吊鉤下落以使得X夾持器沿導桿落到錘的蓋部上。隨后，操作員將上緊鋼鏈以使得X夾持器與錘的蓋部再次聯(lián)接。隨后，操作員將迅速舉升錘。一旦X夾持器撞擊上部砧座，則錘將再次自由下落。錘將撞擊下部砧座以使得采樣器再次貫入土壤。重復多次上面的操作過程直至滿足試驗標準。該過程是錘撞擊和采樣器貫入的第二過程。
再次，一旦完成貫入階段，操作員將從鉆桿上去除錘撞擊設(shè)備。隨后，操作員將挨個從鉆探孔中收回鉆桿(圖1)。鉆桿和采樣器將被舉升。隨后，頂部鉆桿將與鉆探孔中的其余鉆桿脫開聯(lián)接，且其將被安放在附近的土地上。隨后將從鉆探孔中去除剩余鉆桿。第二頂部鉆桿將脫開聯(lián)接且被安放在附近的土地上。將會重復這種舉升、脫開聯(lián)接和安放過程直至從鉆探孔中收回第一鉆桿以及采樣器。該過程是采樣器收回的第三過程。隨后將進行進一步的鉆探作業(yè)直至鉆探孔的底端到達隨后的試驗深度。隨后，在進行上述三個過程后，將實施隨后的試驗。
錘由鋼制成且重63.5kg。自由下落高度為760mm。記錄在貫入0至450mm之間每貫入75mm落在砧座上的錘擊數(shù)。第一次貫入150mm被視作固定驅(qū)動(seating drive)。驅(qū)動采樣器貫入土地中300mm所需的錘擊數(shù)已公知為貫入阻力或N值。官方通常采用如何確定N值的技術(shù)規(guī)范以確定土壤剪切強度和承載能力。錘效率可被進一步定義為桿動能與錘下落高度的總勢能(473焦耳)的百分比。根據(jù)具體公式如ASTM(1995)中的公式通過由于錘擊而在鉆桿中產(chǎn)生的軸向沖擊力計算桿的動能。
標準貫入試驗被廣泛使用且成為香港住宅和基礎(chǔ)設(shè)施開發(fā)以及防止塌方措施項目中所選擇的工具。標準貫入試驗被包括在絕大多數(shù)土地勘測合同中。標準貫入試驗具有下列優(yōu)點a)試驗設(shè)備簡單堅固；b)可在多種不同種類的土壤中實施試驗；c)該試驗在世界范圍內(nèi)被廣泛采用作為例行的現(xiàn)場試驗方法；和d)對于土工技術(shù)設(shè)計和構(gòu)造而言已經(jīng)積累了大量經(jīng)驗以及經(jīng)驗關(guān)系。
然而，標準貫入試驗的結(jié)果，且更具體而言N值和試驗深度，完全是通過手動測量獲得的。通常，手動測量是由兩個訂約方實施的。對于絕大多數(shù)試驗而言，沒有充分的時間進行獨立的監(jiān)督或檢查。此外，試驗和鉆探是破壞性、不可重復且耗時的。更重要的是，在香港，試驗通常是在崩積層和風化的巖石土壤中進行的。具有高強度和硬度的砂礫、粗礫和卵石可能在土壤中隨意出現(xiàn)。它們可能顯著改變N值。結(jié)果是，在香港的建造現(xiàn)場，N值可能在較大范圍內(nèi)變化。
因此，手動試驗結(jié)果的準確性和質(zhì)量已總是成為香港的許多土工技術(shù)工程師和訂約方所主要關(guān)注的問題。目前，還沒有工具獨立地檢查和驗證手動試驗結(jié)果的準確性和質(zhì)量。因此，人們相信實現(xiàn)對標準貫入試驗測量的監(jiān)控和記錄的自動化可解決迫切問題且為獨立地檢查和驗證手動試驗結(jié)果提供了附加數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
由常軌標準貫入試驗的現(xiàn)場觀察以及手動操作和測量的問題導致作出本發(fā)明以實現(xiàn)試驗測量的自動化。插入過程、撞擊錘和采樣器貫入過程以及收回過程按時序順序?qū)嵤?。本發(fā)明的第一個目的在于提供一種實時記錄和評估桿和采樣器進入鉆探孔的插入工藝的自動數(shù)字標準貫入試驗監(jiān)控器，這使得能夠評測和驗證試驗深度及其開始時間。本發(fā)明的第二個目的在于提供一種實時記錄和評估撞擊錘和采樣器的貫入過程的自動數(shù)字標準貫入試驗監(jiān)控器，所述自動數(shù)字標準貫入試驗監(jiān)控器使得能夠根據(jù)技術(shù)規(guī)范(在本構(gòu)型中，該技術(shù)規(guī)范是香港住宅官方技術(shù)規(guī)范)評測土壤阻力且更具體而言評測N值和相關(guān)的錘效率。本發(fā)明的第三個目的在于提供一種實時記錄和評測從鉆探孔中收回桿和采樣器的過程的自動數(shù)字標準貫入試驗監(jiān)控器，這使得能夠評估和驗證試驗深度及其完成時間。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種與現(xiàn)有標準貫入試驗設(shè)備和操作過程相關(guān)的標準貫入試驗的現(xiàn)場數(shù)字標準貫入試驗監(jiān)控器。數(shù)字標準貫入試驗監(jiān)控器包括尖端深度換能器、沖擊力換能器、沖擊貫入換能器和進行數(shù)據(jù)獲取和處理的微處理控制器。所述微處理控制器包括筆記本式計算機、數(shù)據(jù)記錄器和電池。數(shù)據(jù)記錄器通過第一信號電纜、第二信號電纜和第三信號電纜與所述尖端深度換能器、所述沖擊力換能器和所述沖擊貫入換能器相連以分別傳送第一電信號、第二電信號和第三電信號。所述第一電信號和所述第三電信號是數(shù)字信號。所述第二電信號是模擬信號。
在插入過程即將開始之前，所述尖端深度換能器被安裝到鉆探孔套殼的頂部上并解鎖。所述尖端深度換能器感測在插入過程中所述采樣器和每個所述相聯(lián)鉆桿相對于土地上的固定位置(即所述套殼)進行的垂直移動(或不移動)，并以第一預選采樣速率實時地將所述第一電信號傳入微處理控制器內(nèi)以進行儲存和顯示。在插入過程完成時，所述尖端深度換能器被鎖定且從所述套殼上被拆下來并被安放在附近的土地上。所述鎖定使得所述第一電信號不會隨時間而變化。
隨后，所述撞擊錘設(shè)備與所述沖擊力換能器和所述沖擊貫入換能器一起被順序安裝到所述鉆桿頂部上以進行撞擊錘和采樣器貫入的所述第二過程。所述沖擊力換能器感測所述桿中的軸向力且所述沖擊貫入換能器感測所述桿相對于土地上的固定位置產(chǎn)生的移置。他們通過所述第二電纜和所述第三電纜同時且實時地將所述第二電信號和所述第三電信號傳送至所述微處理控制器。采用觸發(fā)方法在預選持續(xù)時間內(nèi)以第二預選采樣速率在所述微處理控制器中獲取并儲存數(shù)據(jù)。觸發(fā)標準在于沖擊力等于或大于預選壓縮幅度。預選的數(shù)據(jù)獲取間隔小于錘舉升和下落的時間間隔且大于錘回彈的時間間隔。同時，所述微處理控制器對錘擊進行計數(shù)且記錄一次錘擊。對于每次錘擊重復該自動監(jiān)控和數(shù)據(jù)獲取過程直至所述微處理控制器發(fā)現(xiàn)試驗已經(jīng)達到N值的一個預定標準。此時，所述微處理控制器的計算機向操作員發(fā)出警報。在完成所述第二過程后，從所述鉆桿上去除所述撞擊錘設(shè)備、所述沖擊力換能器和所述沖擊貫入換能器。
在所述收回過程開始時，所述尖端深度換能器被重新安裝到所述套殼上并解鎖。所述尖端深度換能器感測在所述收回過程中所述采樣器和每個所述聯(lián)接鉆桿相對于土地上的固定位置(即所述套殼)進行的垂直移動或不移動，并且繼續(xù)以所述第一預選采樣速率實時地將所述第一電信號傳入所述微處理控制器內(nèi)以儲存和顯示。在完成所述收回過程時，所述尖端深度換能器被再次鎖定且從所述套殼上被拆下并被安放在附近的土地上。
在本構(gòu)型中，所述第一電信號的所述預選第一采樣速率為100Hz且所述第二電信號和所述第三電信號的所述預選第一采樣速率為50kHz；所述觸發(fā)軸向力的所述預選幅值是50kN；且所述第二電信號和所述第三電信號的數(shù)據(jù)獲取的預選持續(xù)時間是1秒。
本發(fā)明是便攜式的且適用于任何現(xiàn)有的標準貫入試驗設(shè)備。本發(fā)明對三個試驗過程進行實時監(jiān)控。本發(fā)明進一步以實時順序評測標準貫入試驗的測量并對監(jiān)控的數(shù)字數(shù)據(jù)的試驗結(jié)果作出匯總報告。本發(fā)明可應用于多種土地條件，包括極硬(N＞200)、正常(1＜N＜200)和極軟(如N＜1)土地條件中的任何試驗深度。


通過以下詳細描述并結(jié)合附圖將更清楚地理解本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)點，在所述附圖中圖1示出了將與鉆桿串聯(lián)聯(lián)接的樣品插入鉆探孔內(nèi)的第一過程(或從所述鉆探孔中收回樣品的第三過程)以在現(xiàn)場的給定試驗深度條件下進行標準貫入試驗的現(xiàn)有技術(shù)手動設(shè)備；圖2示出了在鉆探孔的底部處進行錘和采樣器貫入以在現(xiàn)場確定土壤N值的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備；圖3是本發(fā)明的采樣器插入的第一過程或樣品收回的第三過程的測量、自動化和記錄的總示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的撞擊錘和樣品貫入的第二過程的測量、自動化和記錄設(shè)備的總示意圖；圖5是本發(fā)明的采樣器插入的第一過程或樣品收回的第三過程的測量、自動化和記錄的詳細示意圖；圖6是本發(fā)明的尖端深度換能器的詳細示意圖；圖7是本發(fā)明的尖端深度換能器在樣品插入的第一過程和樣品收回的第三過程中以實時順序作出的實際測量結(jié)果的實例；圖8是本發(fā)明的撞擊錘和樣品貫入的第二過程的測量、自動化和記錄的詳細示意圖；圖9是通過沖擊力換能器在1秒時間內(nèi)現(xiàn)場測得的由于錘下落的撞擊而在鉆桿中產(chǎn)生的軸向沖擊力；圖10是圖9所示的沖擊力結(jié)果在其最初的0.05秒持續(xù)時間內(nèi)的詳細視圖；圖11是本發(fā)明的沖擊貫入換能器的詳細示意圖；圖12是在本發(fā)明的沖擊貫入換能器的齒條上且沿兩根導桿設(shè)置的齒輪箱的詳細示意圖；圖13是與圖9所示的沖擊力曲線圖同時進行的通過沖擊貫入換能器感測到的位于齒條上的齒輪箱的位置變化的曲線圖；圖14是圖13所示的沖擊貫入換能器在其最初的0.05秒持續(xù)時間內(nèi)的典型結(jié)果的詳細視圖；和圖15是在圖7所示的試驗深度處進行的錘撞擊和樣品貫入的第二過程的測量自動化的總結(jié)報告。
具體實施例方式
將通過實例并結(jié)合附圖對本發(fā)明進行進一步詳細地描述。如圖3至圖8所示，根據(jù)本發(fā)明的實現(xiàn)標準貫入試驗測量自動化的數(shù)字標準貫入試驗監(jiān)控器10包括微處理控制器30、尖端深度換能器40、沖擊力換能器60和沖擊貫入換能器70。微處理控制器30包括數(shù)據(jù)記錄器32、電池33和筆記本式計算機31。數(shù)據(jù)記錄器32利用電源電纜34與電池33附接且利用防火墻電纜35與計算機31連通。電池33被用于供應數(shù)據(jù)記錄器32和筆記本式計算機31所需的少量動力。微處理控制器30進一步利用第一信號電纜36與尖端深度換能器40連通、利用第二信號電纜37與沖擊力換能器50連通并且利用第三信號電纜38與沖擊貫入換能器60連通。
參見圖5和圖6，尖端深度換能器40具有下列部件具有第一轉(zhuǎn)動傳感器42和鎖定裝置的第一圓輪41、第二圓輪41和第三圓輪44、中空圓柱體43、中心具有圓孔的底板44、四個螺栓45、四個支柱46、內(nèi)部圓柱體47、具有圓孔的底座板48、兩個彈簧49和行進軸50。第一輪41、第二輪41和第三輪44被垂直放置在底座板48上且在水平平面上圍繞共同的中心成120°間隔。行進軸50的支腳還被焊接在底座板48上。底座板48的底表面與下面的中空圓柱體43焊接在一起。中空圓柱體43的基底與底板44焊接在一起。底板44的上面被焊接且與內(nèi)部圓柱體47和四個支柱46焊接在一起。底座板和底板中的圓孔直徑大于鉆桿22和采樣器的直徑。中空圓柱體43的內(nèi)徑大于套殼的直徑。內(nèi)部圓柱體47的內(nèi)徑大于鉆桿和采樣器的直徑且小于套殼的直徑。
尖端深度換能器40利用底板44被置于套殼上且利用四個螺栓45將四個支柱夾持到套殼上。因此，尖端深度換能器40可被緊固地安裝到鉆探孔中的套殼頂部上或可從所述頂部上被完全去除。聯(lián)接的采樣器和鉆桿可被插入尖端深度換能器40內(nèi)或從所述尖端深度換能器中被收回，如圖5和圖6所示。在本構(gòu)型中，套殼用于支承尖端深度換能器。還可研發(fā)出支承尖端深度換能器40的其它裝置。
在插入或收回過程中，采樣器或鉆桿22與三個輪產(chǎn)生摩擦接觸且導致它們圍繞其轉(zhuǎn)動軸產(chǎn)生轉(zhuǎn)動。第一輪42的轉(zhuǎn)動軸被螺栓連接到行進軸50上。第一輪42和行進軸50一起可在底座板上方水平移動。兩個彈簧49使行進軸和第一輪受力靠在鉆桿22或樣品上。當?shù)谝惠啽魂P(guān)閉時，鎖定裝置使第一輪42停止圍繞其軸進行轉(zhuǎn)動。當?shù)谝惠啽淮蜷_時，第一輪可圍繞其軸自由轉(zhuǎn)動。
第一電信號測量第一輪42圍繞其軸的轉(zhuǎn)動程度。第一轉(zhuǎn)動傳感器42捕獲第一電信號且通過第一信號電纜36以第一預選采樣頻率實時地將所述第一電信號傳入微處理控制器內(nèi)。微處理控制器30進一步實時地將第一電信號轉(zhuǎn)變成與桿相聯(lián)的采樣器通過第一輪位置的長度量并在筆記本屏幕上顯示所述長度量。
圖7示出了來自第一數(shù)字信號的本發(fā)明的實際結(jié)果的第一曲線圖，其中第一預選采樣頻率為100Hz。第一曲線圖表示采樣器插入的第一過程和采樣器收回的第三過程。試驗是在2005年6月29日下午15:14至15:29之間進行的。第一過程介于15:14至15:17之間。其曲線圖隨實際時間呈向下階梯形狀，表示4根桿與采樣器相聯(lián)以逐個將采樣器插入鉆探孔內(nèi)。被插入穿過尖端深度換能器的四根桿和采樣器的總長度為10.625m。在15:17至15:25之間，曲線圖是水平線，表示當尖端深度換能器的第一輪被鎖定時，第一電信號在第二過程中沒有變化。第三過程在15:25至15:29之間進行。其曲線圖隨實際時間呈向上階梯形狀，表示四根桿和采樣器被舉升且逐個與鉆探孔脫開聯(lián)接。被舉升穿過尖端深度換能器的四根桿和采樣器的總長度為11.033m。
參見圖4和圖8，沖擊力換能器60通過上部聯(lián)接器52被連接至下部砧座28且在承載臂81處通過下部聯(lián)接器52被連接至鉆桿22。沖擊力換能器60捕獲第二電信號且通過第二信號電纜37以第二預選采樣頻率實時地將第二電信號傳入微處理控制器內(nèi)。第二電信號是電壓輸出。微處理控制器30進一步將第二電信號變?yōu)橛捎阱N撞擊而在鉆桿22中產(chǎn)生的軸向力的量且在個人計算機31的屏幕上實時顯示所述軸向力的量。
圖9示出了來自第二數(shù)字信號的本發(fā)明的實際結(jié)果的第二曲線圖，其中第二預選采樣頻率為50kHz且總采樣周期為1秒。第二曲線圖表示緊接著錘撞擊在下部砧座上之后鉆桿中的沖擊力的時間變化量。圖10中的第三曲線圖詳細示出了圖9所示的第二曲線圖的第一個0.05秒內(nèi)的軸向沖擊力。從圖9和圖10的第二曲線圖和第三曲線圖中，可觀察到下列情況(a)軸向沖擊力開始時迅速增加且在小于0.001秒的時間處達到最大值；(b)軸向沖擊力在約0.05秒處消失為零；和(c)軸向沖擊力具有約230kN的最大值。
參見圖8、圖11和圖12，沖擊貫入換能器70具有下列主要部件具有四個滑輪72、73、74和75的直角三角形鋼框71、鋼絲圈76、具有第二轉(zhuǎn)動傳感器77的齒輪箱、傾斜齒條78、兩根傾斜導桿79、承載臂80和其它附件。在監(jiān)控過程中，沖擊貫入換能器60通過承載臂81的承載部分被聯(lián)接至鉆桿22，如圖8和圖11所示。沖擊貫入換能器60置靠在支承梁82上，所述支承梁被夾持在鉆機的兩條軌枕上，如圖4所示。
承載臂81通過螺栓80被聯(lián)結(jié)至鋼絲圈76且將桿的縱向移動傳遞至鋼絲圈76。鋼絲圈76受到第一滑輪72、第二滑輪73、第三滑輪74和第四滑輪75的支承，且可在四個滑輪上平滑地滑動。四個滑輪受到直角三角形鋼框71的支承。鋼絲圈76還與傾斜齒條78上的齒輪箱77相連。齒輪箱72的齒輪與齒條的齒輪配合。兩根鋼質(zhì)導桿79導引齒輪箱77在齒條78上向上或向下移動。齒條78和兩根鋼質(zhì)導桿79與直角三角形鋼框71固定在一起。
當承載臂在第一滑輪72和第四滑輪75之間移動時，承載臂81利用鋼絲圈76使齒輪箱77在第二滑輪73與第三滑輪74之間的齒條上產(chǎn)生相應滑動。承載臂81與齒輪箱77之間的第一滑輪72和第二滑輪73上的鋼絲圈76的上部出于防止齒輪箱77由于齒輪箱77的重量而在齒條78上向下滑動的原因，因而總是直的且處于拉伸狀態(tài)。齒輪箱77通常重1至2公斤。位于第三滑輪74和第四滑輪75上且介于齒輪箱77與承載臂81之間的鋼絲圈76的下部被用于迅速阻抑和消除位于齒條78上的齒輪箱77由于錘的撞擊作用而產(chǎn)生的自由振動。
與齒輪箱77相關(guān)聯(lián)的第二轉(zhuǎn)動傳感器獲得第三電信號且以第二預選采樣頻率實時地通過第三信號電纜38將所述第三電信號傳入微處理控制器30內(nèi)。第三電信號是齒輪箱77的齒輪在齒條78上的轉(zhuǎn)動程度。微處理控制器30進一步將第三電信號變?yōu)辇X輪箱在齒條上的位置且在筆記本的屏幕上實時顯示所述位置。齒輪箱在其穩(wěn)定狀態(tài)產(chǎn)生的向上移動等于采樣器由于來自錘下落的一次撞擊而產(chǎn)生的永久貫入。
圖13示出了來自第三數(shù)字信號的本發(fā)明的典型結(jié)果的第四曲線圖，其中第二預選采樣頻率為50kHz且總采樣周期為1秒。該第四曲線圖表示在緊接錘擊到下部砧座上之后齒條上的齒輪箱位置的時間變化量。圖14所示的第五曲線圖詳細示出了在圖13的第四曲線圖的第一個0.05秒內(nèi)齒輪箱的位置。從圖13所示的第四曲線圖和圖14所示的第五曲線圖中，可觀察到下列情況(i)由于錘擊所致的齒輪箱位置的變化在0.2秒內(nèi)消失；(ii)起初，齒輪箱在0.045與0.005秒之間的時間處單調(diào)上升至最大值；(iii)隨后，齒輪箱進行第一次向下移動；(iv)隨后，齒輪箱經(jīng)歷幅值小于2mm的微小振動；和(v)在約0.2秒后，齒輪箱的位置不隨時間變化且停置在初始位置上方22mm的位置處。
圖9所示的第二曲線圖中的時間與圖13所示的第四曲線圖中的時間完全相同。圖10所示的第三曲線圖中的時間與圖14所示的第五曲線圖中的時間完全相同。微處理控制器30以實時順序以第二預選時間采樣頻率同時收集第二電信號和第三電信號。微處理控制器30還以年、日、小時、分和秒的形式記錄圖9、10、13和14所示的曲線圖中的實際開始時間(即時間零點)，所述實際開始時間在這些圖中被省略。
此外，本發(fā)明的微處理控制器30具有用于實時地對第二和第三電信號進行數(shù)據(jù)獲取和儲存的觸發(fā)機理。觸發(fā)機理的標準是來自沖擊力換能器60的沖擊力等于或大于預選壓縮幅度(在本構(gòu)型中為50kN)。一旦沖擊力達到預選或預定標準，微處理控制器30在預選時期(在本構(gòu)型中為1秒)內(nèi)以第二預選采樣頻率(在本構(gòu)型中為50kN)獲取、儲存和顯示第二信號和第三信號。與此同時，微處理控制器30記錄一次錘擊和數(shù)據(jù)獲取的實際開始時間，并通過預定規(guī)范檢查積累的永久貫入和積累的錘擊數(shù)以發(fā)出試驗完成的警報。對于每次錘擊重復該自動監(jiān)控和數(shù)據(jù)獲取過程直至微處理控制器30發(fā)現(xiàn)試驗已經(jīng)達到預定規(guī)范。在這一點上，微處理控制器30向操作員發(fā)出試驗完成的警報。
圖15示出了實現(xiàn)在圖7所示的試驗深度處進行的錘擊和采樣器貫入的第二過程的測量自動化的本發(fā)明的匯總報告。一旦試驗完成，微處理控制器30產(chǎn)生并顯示該匯總報告。在圖15中，報告試驗的第二過程實際日期、開始和結(jié)束時間。表中示出了150mm固定驅(qū)動和隨后的每個75mm主動驅(qū)動所用的錘擊數(shù)。列出了N值、總錘擊數(shù)和總貫入深度。
圖15還示出了第六曲線圖、第七曲線圖和第八曲線圖。第六曲線圖和第七曲線圖中示出的結(jié)果分別同時獲取自第二電信號和第三電信號。微處理控制器30被觸發(fā)27次以在該試驗深度處獲取數(shù)據(jù)并進行評測。每次觸發(fā)表示圖4所示的下部砧座上受到的錘擊。數(shù)據(jù)獲取的總時間是27秒，所述總時間是第六曲線圖和第七曲線圖的橫座標。因此，圖15中總計有27次錘擊。
每個1秒采樣周期的實際開始時間被記錄但未在第六曲線圖和第七曲線圖中示出。介于時間的任何兩個鄰近整數(shù)秒之間的圖15所示的第六曲線圖的部分(即，
[1，2]，...，[26，27])表示對于27次錘擊中的每次錘擊而言，在1秒的預選采樣周期期間的軸向沖擊力的時間變化。相似地，介于時間的任何兩個鄰近整數(shù)秒之間的圖1 5所示的第七曲線圖的部分(即，
[1，2]，...，[26，27])表示對于27次錘擊中的每次錘擊而言，在1秒的預選采樣周期期間的齒輪箱的位置的相應時間變化。軸向力在27個1秒數(shù)據(jù)獲取周期的每個周期期間的時間變化可表示為圖9的第二曲線圖和圖10的第三曲線圖中所示的那些變化。相應的齒輪箱位置在27個1秒數(shù)據(jù)獲取周期的每個周期期間的時間變化還可分別表示為圖13的第四曲線圖和圖14的第五曲線圖中所示的那些變化。所有這些曲線圖可在微處理控制器中產(chǎn)生。
微處理控制器還由第六曲線圖中獲取的沖擊力計算每次錘擊的能量效率(％)、在第八曲線圖中表示對應于相應錘擊數(shù)的錘擊能量效率并將其顯示在計算機屏幕上。
參考文獻以下參考文獻作為對本技術(shù)領(lǐng)域的說明通過引用而被結(jié)合到本文中1.ASTM，1995.Soil and Rock(1)，Vol.04.08Standard Test Method forPenetration Test and Split-Barrel Sampling of Soils，D 1586-84，1916 RaceStreet，Philadelphia，U.S.A.，129-1332.ASTM，1995.Soil and Rock(1)，Vol.04.08Standard Test Method for StressWave Energy Measurement for Dynamic Penetrometer Testing Systems，D4633-86，1916 Race Street，Philadelphia，U.S.A.，775-778.
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6.U.S.Patent No.6,637,523 B2(Lee)
權(quán)利要求
1.一種與貫入組件一起使用的用于將采樣器錘擊進入鉆探孔或鉆孔中的土地內(nèi)的設(shè)備，所述貫入組件具有采樣器，所述采樣器在一端處具有聯(lián)接器以與桿相連；多根桿，桿的每端具有用于將其自身串連在一起的聯(lián)接器；撞擊錘設(shè)備，所述撞擊錘設(shè)備可被串連連接至多個聯(lián)接桿的所述頂端或與所述頂端脫開連接且可使所述錘自恒定高度下落以撞擊所述頂端；舉升裝置，所述舉升裝置用于舉升桿以進行聯(lián)接、脫開聯(lián)接、插入和收回或用于舉升所述錘從而下落以重復撞擊底端具有所述采樣器的所述聯(lián)接桿的所述頂端；所述設(shè)備包括輸出第一電信號的尖端深度換能器，所述第一電信號是串連聯(lián)接在一起的所述采樣器和桿自身通過鉆探孔的頂部上的固定參比點的總長度的函數(shù)；輸出第二電信號的沖擊力換能器，所述第二電信號是所述桿中且沿所述桿軸向的沖擊力的函數(shù)；輸出第三電信號的沖擊貫入換能器，所述第三電信號是由于從恒定高度下落的撞擊錘的錘擊所致的采樣器的貫入深度的函數(shù)；和控制器，所述控制器接收且監(jiān)控所述第一信號、所述第二信號和所述第三信號且產(chǎn)生所述采樣器尖端位置、所述桿的沖擊力和所述采樣器沖擊貫入深度的相應函數(shù)曲線圖軌跡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述控制器以第一預選采樣頻率監(jiān)控、處理、獲取和儲存所述第一信號，且產(chǎn)生所述采樣器尖端深度的位置的第一曲線圖軌跡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述微處理控制器以第二預選采樣頻率監(jiān)控且處理所述第二信號和所述第三信號且利用所述第二信號作為以所述第二預選采樣頻率獲取且儲存所述第二信號和所述第三信號的觸發(fā)標準。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述控制器評測所述第二信號和所述第三信號且產(chǎn)生指示所述撞擊錘狀態(tài)完成的信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述控制器產(chǎn)生所述桿的沖擊力、所述采樣器貫入深度的相應函數(shù)曲線圖軌跡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述控制器產(chǎn)生監(jiān)控結(jié)果的匯總報告，所述監(jiān)控結(jié)果包括錘擊數(shù)、撞擊錘時間、錘效率和相應的采樣器貫入深度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中裝置在所述采樣器插入過程、所述錘撞擊和采樣器貫入過程和/或所述采樣器收回過程中監(jiān)控、獲取且處理所述第一信號、所述第二信號和所述第三信號且實時地產(chǎn)生所述曲線圖軌跡。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第一電信號和所述第三電信號是數(shù)字信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述第二電信號是模擬信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述尖端深度換能器包括安裝在套殼的活動垂直軸上的第一輪、第二輪和第三輪；所述第一輪、所述第二輪和所述第三輪能夠圍繞其相應的軸轉(zhuǎn)動；用于使所述第一輪受力靠在所述垂直軸上的至少一個彈簧；第一轉(zhuǎn)動傳感器，所述第一轉(zhuǎn)動傳感器被可操作地連接到所述垂直軸上以測量所述第一軸的向上或向下移動所致的第一輪的轉(zhuǎn)動；和所述第一電信號的第一轉(zhuǎn)動傳感器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述第一輪、所述第二輪和所述第三輪被垂直且緊固地安放在所述套殼上方且在水平平面上圍繞所述垂直軸成120°間隔。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述第一輪承載用于輸出作為通過長度的函數(shù)的所述第一電信號的所述第一轉(zhuǎn)動傳感器。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述沖擊貫入換能器包括附接有四個滑輪的剛性直角三角形金屬框，所述金屬框的兩條直角邊的其中一條被緊固地安裝到固定在土地上的水平梁上從而垂直地豎立第二條直角邊；金屬絲圈；齒輪箱；第二轉(zhuǎn)動傳感器；齒條，所述齒條被固定在所述直角三角形鋼框的斜邊上以使所述齒輪產(chǎn)生規(guī)則轉(zhuǎn)動且使所述齒輪箱因此產(chǎn)生移動；兩根導桿，所述導桿被固定在所述直角三角形鋼框的所述斜邊上以導引所述齒輪箱在所述齒條上穩(wěn)定地移動；和承載臂；其中所述金屬絲圈靠置在所述直角三角形鋼框的所述四個滑輪上且在所述四個滑輪上平滑地移動、且在所述齒條上方且平行于所述齒條串連地緊固所述齒輪箱、推動所述齒輪箱以沿所述兩根導桿的方向在所述齒條上轉(zhuǎn)動且移動。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述第二轉(zhuǎn)動傳感器與所述齒輪箱中的齒輪軸相連且與所述齒條上的所述齒輪的轉(zhuǎn)動連通以輸出所述第三電信號，所述第三電信號是所述齒條上的所述齒輪箱位置的函數(shù)。
全文摘要
一種與撞擊錘貫入組件如巖土工程中的標準貫入試驗(SPT)一起使用的設(shè)備。所述撞擊錘貫入組件包括貫入樣品、一系列聯(lián)接在一起的桿和撞擊錘設(shè)備。所述錘自恒定高度下落并順序地撞擊所述聯(lián)接的桿和采樣器且使所述采樣器受力以更深入土地。所述設(shè)備包括輸出第一電信號的尖端深度換能器和采樣器，所述第一電信號是所述采樣器尖端位置的函數(shù)。沖擊力換能器與所述桿中的軸向沖擊力連通以輸出第二電信號，所述第二電信號是所述桿的沖擊力和錘擊的函數(shù)。沖擊貫入換能器與所述聯(lián)接桿和采樣器的移動連通以輸出第三電信號，所述第三電信號是由于所述錘擊所致的所述采樣器貫入的函數(shù)。微處理控制器實時地監(jiān)控和處理所述第一信號、所述第二信號和所述第三信號。
文檔編號E02D33/00GK1982645SQ20061016846
公開日2007年6月20日 申請日期2006年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月13日
發(fā)明者岳中琦, 李焯芬, 李啟光, 譚國煥 申請人:香港大學