靜力觸探測(cè)試法的儀器設(shè)備

靜力觸探設(shè)備，俗稱靜力觸探儀，一般由三部分構(gòu)成，即：(1)靜力觸探頭：地層阻力傳感；(2)量測(cè)記錄儀表：測(cè)量與記錄探頭所受各種阻力；(3)貫入系統(tǒng)：包括觸探主機(jī)與反力裝置，共同負(fù)責(zé)將探頭壓入土中。觸探主機(jī)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(jī)在貫入探頭過(guò)程中所需之反力。目前，廣泛應(yīng)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(dòng)強(qiáng)度低的優(yōu)點(diǎn)。但它僅適用于交通便利、地形較平坦及可開(kāi)進(jìn)汽車的勘測(cè)場(chǎng)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(shí)，一般都將上述三部分分開(kāi)裝運(yùn)到勘測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行測(cè)試時(shí)再將三部分有機(jī)地連接起來(lái)。在交通不便、勘測(cè)深度不大或土層較軟的地區(qū)，輕型靜力觸探應(yīng)用很廣。它具有便于搬運(yùn)、測(cè)試成本較低及靈活方便之優(yōu)點(diǎn)。靜力觸探儀的貫入力一般為2～20t，最大貫入力為20t，因?yàn)榧?xì)長(zhǎng)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?zhǔn)诫姕y(cè)十字板-觸探兩用儀。貫入力大于5t者，一般為液壓式主機(jī)?，F(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(jī)2Y-5A型觸探機(jī)(圖3-11)，額定貫入力：50kN；起拔力：80kN；80kN貫入速度：1.2m/min主機(jī)質(zhì)量：350kg；起拔速度：2.5/min動(dòng)力匹配：5.5千瓦電機(jī)或180柴油機(jī)。圖3-11 2Y-5A輕便型觸探機(jī)2.靜力觸探-十字板剪切兩用機(jī)CLD-1型觸探機(jī)(圖3-12)，貫入力：2t；貫入速度：0.8～1.2m/min，主機(jī)質(zhì)量：200kg。CLD-3型觸探機(jī)，貫入力：3t；貫入速度：0.8～1.2m/min，主機(jī)質(zhì)量：210kg。3.靜力觸探工程車目前，我國(guó)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(jī)械廠、江蘇省如皋勘測(cè)機(jī)械廠、大連拉伸機(jī)廠、沈陽(yáng)探礦機(jī)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(dá)到20t，都有封閉式車廂，可以在不受氣候條件影響下進(jìn)行野外作業(yè)。觸探車的結(jié)構(gòu)形式：客車型，蓬車型；平衡形式：液壓支腿手動(dòng)調(diào)平；外形尺寸：9.8m×2.5m×2.8m；下錨形式：液壓下錨機(jī)自動(dòng)下錨；動(dòng)力匹配：汽車動(dòng)力；全車質(zhì)量：8500kg。圖3-12 CLD3-型觸探機(jī)圖3-13 靜力觸探工程車二、探頭(詳見(jiàn)第二節(jié)第二部分)三、量測(cè)記錄儀表我國(guó)的靜力觸探工程幾乎全部采用電阻應(yīng)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(yīng)變儀；②自動(dòng)記錄繪圖儀；③數(shù)字式測(cè)力儀；④數(shù)據(jù)采集儀(微機(jī))。1.電阻應(yīng)變儀從20世紀(jì)60年代起直到70年代中期，一直是采用電阻應(yīng)變儀。電阻應(yīng)變儀具有靈敏度高、測(cè)量范圍大、精度高和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。但其操作是靠手動(dòng)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(jìn)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(guò)改進(jìn)，出現(xiàn)了數(shù)字式測(cè)力儀，如上海新衛(wèi)機(jī)器廠生產(chǎn)的數(shù)字測(cè)力儀和新達(dá)電訊廠生產(chǎn)的JC-X2靜力觸探測(cè)量?jī)x。2.自動(dòng)記錄繪圖儀為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)記錄，就出現(xiàn)了自動(dòng)記錄儀。我國(guó)現(xiàn)在生產(chǎn)的靜力觸探自動(dòng)記錄儀都是用電子電位差計(jì)改裝的。這些電子電位差計(jì)都只有一種量程范圍。為了在阻力大的地層中能測(cè)出探頭的額定阻力值，也為了在軟層中能保證測(cè)量精度，一般都采用改變供橋電壓的方法來(lái)實(shí)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(diǎn)是電壓穩(wěn)定，可靠性強(qiáng)；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(dòng)記錄儀。圖3-14 ZSJ-2型雙筆自動(dòng)記錄儀工作原理圖(1)自動(dòng)記錄儀工作原理：圖3-14所示為ZSJ-2型雙筆自動(dòng)記錄儀工作原理圖，由傳感器送來(lái)的被測(cè)直流信號(hào)，經(jīng)測(cè)量電路與儀表內(nèi)補(bǔ)償電壓進(jìn)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(dòng)可逆電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)?？赡骐姍C(jī)經(jīng)過(guò)一套機(jī)械傳動(dòng)裝置，一面帶動(dòng)測(cè)量電路中的滑線電阻的滾動(dòng)觸點(diǎn)，使補(bǔ)償電壓與被測(cè)信號(hào)平衡；一面帶動(dòng)指針和記錄筆沿著有分度的標(biāo)尺左右移動(dòng)。此時(shí)放大器中無(wú)信號(hào)輸入和輸出，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，指針在分度尺上的指示值即為被測(cè)信號(hào)的電壓值。如果被測(cè)信號(hào)發(fā)生變化，則新產(chǎn)生的電位差值信號(hào)又被送至放大器，使滑線電阻的滾動(dòng)觸點(diǎn)又移動(dòng)到一個(gè)新的平衡點(diǎn)，被測(cè)信號(hào)與補(bǔ)償電壓又達(dá)到新的平衡，指針又移到新的位置……。與此同時(shí)，自整角機(jī)通過(guò)一套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以一定速度卷動(dòng)記錄紙。這樣，隨著指針移動(dòng)和記錄紙卷動(dòng)，記錄筆便在記錄紙上連續(xù)地記錄出各深度被測(cè)信號(hào)的大小，此即靜力觸探曲線。(2)儀器主要組成部分：除走紙機(jī)構(gòu)外，雙筆記錄儀各部分都由兩(雙)套組成：它包括①測(cè)量電路；和應(yīng)變儀一樣，也是采用雙電橋電路，所不同的是自動(dòng)記錄儀采用的是直流內(nèi)橋，傳輸?shù)氖侵绷餍盘?hào)；為對(duì)外橋路提供穩(wěn)定的直流電壓，自動(dòng)記錄儀專門(mén)增設(shè)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(yīng)標(biāo)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(cè)量電路送來(lái)的直流信號(hào)ΔU放大成足以驅(qū)動(dòng)可逆電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的交流信號(hào)，并且當(dāng)直流信號(hào)ΔU的極性改變時(shí)，輸出交流信號(hào)的相位也隨之改變，從而能帶動(dòng)可逆電機(jī)正反轉(zhuǎn)動(dòng)，使測(cè)量系統(tǒng)達(dá)到自動(dòng)平衡；③可逆電機(jī)；④儀表的走紙機(jī)構(gòu)：靜力觸探自動(dòng)記錄儀除了要把被測(cè)信號(hào)顯示出來(lái)外，還必須將信號(hào)隨深度變化的情況記錄在紙帶上，才能及時(shí)準(zhǔn)確地記錄出地層各位置的阻力值。為此，記錄儀用一對(duì)自整角機(jī)取代了原電位差計(jì)走紙系統(tǒng)中的同步電機(jī)。同時(shí)發(fā)訊角機(jī)和摩擦輪通過(guò)齒輪組連在一起，并安裝在觸探主機(jī)的底盤(pán)上，使摩擦輪緊貼觸探桿。當(dāng)觸探桿下壓時(shí)，摩擦輪便隨著轉(zhuǎn)動(dòng)。帶動(dòng)發(fā)訊機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。接收機(jī)固定在儀器內(nèi)，并和走紙機(jī)構(gòu)的齒輪組相連接。當(dāng)發(fā)訊機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)它也跟隨旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)記錄紙按1：100(或其他)比例移動(dòng)，這樣就把觸探深度記錄下來(lái)。3.數(shù)字式測(cè)力儀數(shù)字式測(cè)力儀是一種精密的測(cè)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(jì)算貫入指標(biāo)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是輕便的鏈?zhǔn)绞职?靜力觸探兩用機(jī)的配套量測(cè)儀表，國(guó)內(nèi)已有眾多廠家生產(chǎn)。這種儀器的缺點(diǎn)是間隔讀數(shù)，手工記錄。數(shù)字式測(cè)力儀與過(guò)去使用的應(yīng)變儀比較，其優(yōu)點(diǎn)是：體積小、重量輕，不用手動(dòng)跟蹤，而用數(shù)字顯示不容易看錯(cuò)，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(cè)院設(shè)計(jì)、由武漢無(wú)線電廠生產(chǎn)的數(shù)字式測(cè)力儀即具有上述功能。此外，自動(dòng)記錄儀與應(yīng)變儀相比，靈敏度不如應(yīng)變儀，它的量程小。但是，自動(dòng)記錄儀有深度控制裝置，可以連續(xù)自動(dòng)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(jī))在靜探中的應(yīng)用以上介紹的量測(cè)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(huà)圖；有的只能畫(huà)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(shí)工作量大，效率低。故用微型計(jì)算機(jī)采集和處理數(shù)據(jù)，已在靜力觸探測(cè)試中得到了廣泛應(yīng)用。四、貫入系統(tǒng)靜力觸探貫入系統(tǒng)由觸探主機(jī)(貫入裝置)和反力裝置兩大部分組成。觸探主機(jī)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(jī)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(dòng)方式的不同，可分為機(jī)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(duì)貫入裝置的反作用。從設(shè)備角度來(lái)說(shuō)，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(shè)備能力的大小；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(gè)貫入設(shè)備的能力就得不到充分發(fā)揮，可見(jiàn)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(jī)有液壓、電動(dòng)、手搖三種類型。五、探桿探桿有一定的規(guī)格和要求。探桿應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，應(yīng)采用高強(qiáng)度無(wú)縫管材，其屈服強(qiáng)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(dòng)現(xiàn)象；用圓柱形螺紋連接的探桿，絲扣之間、皆應(yīng)能擰緊密貼。探桿應(yīng)平直，不得有裂紋和損傷。每根探桿的長(zhǎng)度一般為1m，其直徑應(yīng)和探頭直徑相同；但單用探頭探桿直徑應(yīng)比探頭直徑小。六、電纜電纜的作用是連接探頭和量測(cè)記錄儀表。由于探頭功能不同，相應(yīng)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(yīng)互相屏蔽，在場(chǎng)出訊號(hào)時(shí)不能互相干擾。電線應(yīng)有良好的防水性和絕緣性，接頭處應(yīng)密封。其直徑應(yīng)比探桿內(nèi)徑小，以便能將其順利穿過(guò)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)。