[发明专利]用于钻探现场土工参数的设备以及测量、处理方法

权利要求书

1.一种用于钻探现场土工参数的测量、处理方法，其特征在于，步骤包括：

1)利用行波理论取得钻杆行波走时间，进而计算钻进深度：

(1)通过速度曲线查找第一次达到峰值的时刻，记录为t₁；

(2)通过冲击力曲线得到t₁时刻的峰值F(t₁)；

(3)在冲击力曲线第一次下降到小于0.01倍F(t₁)的时刻后开始查找速度曲线的最近一个峰值，并记录时刻为t₂，计算Δt＝t₂-t₁；

(4)利用波动理论，在钻杆中应力波速度已知情况下的钻杆长度

(5)测量传感器离地面的距离记为H_sensor；

(6)计算钻探深度H＝L-H_sensor；

2)利用1)的结果，通过给定公式计算冲击能量，计算有效能量比，修正传统灌入法的捶击数；捶击数的计算方法包含以下步骤：

(1)记冲击力曲线值第一次大于1N的时刻为t₀；

(2)由1)的(3)中取得计算时间差Δt；

(3)通过公式计算得到有效的灌入能量E_r；

(4)计算锤自由落体能量60％的量E^*＝m×g×h×60％；

(5)动探方法得到的捶击数记为N′，定义并得到修正后的有效捶击数N＝ER_r×N′；

A为钻杆的截面积，E为钻杆的弹性模量，C为应力波在杆中的波速；

3)用CASE法计算最大承载力。

2.根据权利要求1所述的用于钻探现场土工参数的测量、处理方法，其特征在于，3)用CASE法计算最大承载力的计算方法包含以下步骤：

(1)根据钻探对土质的判断，适当选取阻尼系数J_s；

(2)计算土的动阻力

$R_d=J_s\×Z\×V\left(t\right)=J_s\×\frac{E\×A}{c}\×V\left(t\right);$

(3)根据(1)得到的t₁、t₂，分别从速度曲线和冲击力曲线读取F(t₁)、F(t₂)、V(t₁)、V(t₂)；

(4)采用Case法公式进行计算：

$R_s=\frac{(1-J_s)\[F\left(t_1\right)+Z\×V\left(t_1\right)\]}{2}+\frac{(1+J_s)\[F\left(t_2\right)+Z\×V\left(t_2\right)\]}{2}$

计算土的最大静阻力，及钻杆端面的最大承载力。

3.一种用于如权利要求1或2所述的钻探现场土工参数的测量、处理方法的设备，其特征在于，包括测量载体钻杆、冲击耦合杆、重力锤、应力传感器、加速度传感器、信号采集装置、无线通讯模块、智能运算单元，所述载体钻杆与所述冲击耦合杆连接，所述钻杆插入大地并与大地之间存有间隙，所述冲击耦合杆位于大地之上，所述重力锤固定在所述载体钻杆的顶部，所述应力传感器、所述加速度传感器均安装在所述冲击耦合杆，并均连接所述信号采集装置，所述信号采集装置与所述无线通讯模块连接，无线通讯模块将信息传输至所述智能运算单元。