[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于钻探现场土工参数的设备以及测量、处理方法，属于工程勘探中场地土工参数的处理技术领域。

背景技术

在工程勘探中，现场土工参数的测量最通用的方法是动探方法，包括轻型动探、标准贯入(SPT)和重力动探,它们得到的是指定能量和贯入度下，捶击数。然而，由于捶击能量效率不同和人们对于捶击数物理意义理解不够深入，致使它们难于直接用于岩土工程的计算或者偏差太大，同时钻孔深度也需要直接测量，对于现场钻探质量的监管，存在很大困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于钻探现场土工参数的设备以及测量、处理方法。

本发明是通过以下技术方案来实现的。

一种用于钻探现场土工参数的设备，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，上述载体钻杆与上述冲击耦合杆连接，上述钻杆插入大地并与大地之间存有间隙，上述冲击耦合杆位于大地之上，上述重力锤固定在上述载体钻杆的顶部，上述应力传感器、上述加速度传感器均安装在上述冲击耦合杆，并均连接上述信号采集装置，上述信号采集装置与上述无线通讯模块连接，无线通讯模块将信息传输至上述智能运算单元。

一种用于钻探现场土工参数的测量、处理方法，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；

3)用CASE法计算最大承载力。

进一步地，2)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。

进一步地，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

(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：

计算土的最大静阻力，及钻杆端面的最大承载力。

本发明的有益效果：

利用波动方程原理，利用动探过程中捶击产生的应力波的波动效应，测量钻探深度、能量转换效率、捶击数的校正及土工参数演算；从工程实际出发，重点解决钻探检测及土工参数实时计算方法，有效降低企业运营成本，提高工作效率的同时提高了作业数据的可靠性。

附图说明

图1为本实施案例的工程结构示意图；

图2为图1的部分放大示意图；

图3为本实施案例信号采集的结构示意图；

图4为本实施案例采样数据。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。