[发明专利]一种新型海洋土全流触探系统及测试方法

权利要求书

1.一种新型海洋土全流触探系统，其特征在于，所述的新型海洋土全流触探系统包括椭圆截面探头(1)、孔隙水压传感器(2)、光纤光栅(3)、镁铝合金变截面中空探杆(4)、压阻式压力传感器(5)、带密封线圈的塑胶软管(6)、孔隙可调式移动滑块(7)、滑块定位螺栓(8)、波长解调设备(9)、压力数采仪(10)、进步式电机(11)和直线模组(12)；

所述的椭圆截面探头(1)为刚性材料，用于剪切土体；

所述的镁铝合金变截面中空探杆(4)为变截面中空圆柱，从顶部到底部分为大直径非变截面区域、变截面区域及小直径非变截面区域；镁铝合金变截面中空探杆(4)的底部与椭圆截面探头(1)螺纹连接；镁铝合金变截面中空探杆(4)的顶部通过孔隙可调式移动滑块(7)和滑块定位螺栓(8)的配合固定在直线模组(12)的横臂上；镁铝合金变截面中空探杆(4)的变截面区域及小直径非变截面区域外部套装有带密封线圈的塑胶软管(6)，消除变截面区域带来的侧向摩阻力，提高系统的测试精度实现；镁铝合金变截面中空探杆(4)的变截面区域是通过机械车床加工出来的，上部大直径非变截面部分为的是提高探杆的刚度，减少变形；变截面区域的目的是为了缩小截面面积，提高贯入时杆身的应变量，增加测试精度；

所述的孔隙水压传感器(2)固定于椭圆截面探头(1)底部中心的凹槽，孔隙水压传感器(2)的传输导线经由镁铝合金变截面中空探杆(4)内部，与压力数采仪(10)相连；

所述的光纤光栅(3)对称粘贴于镁铝合金变截面中空探杆(4)外部，用来测试椭圆截面探头(1)贯入阻力及镁铝合金变截面中空探杆(4)侧向摩阻力；光纤光栅(3)与波长解调设备(9)相连；

所述的直线模组(12)通过进步式电机(11)进行调节；

所述的压阻式压力传感器(5)设置于孔隙可调式移动滑块(7)和镁铝合金变截面中空探杆(4)的贴合处，用以测试镁铝合金变截面中空探杆(4)及椭圆截面探头(1)的压入阻力。

2.根据权利要求1所述的新型海洋土全流触探系统，其特征在于，所述的椭圆截面探头(1)底部中心凹槽表面进行喷砂处理。

3.一种用新型海洋土全流触探系统的测试方法，其特征在于，椭圆截面探头(1)在贯入过程中产生贯入阻力，引起镁铝合金变截面中空探杆(4)产生弹性变形，利用光纤光栅(3)测量大直径非变截面区域及变截面区域的应变分别计算镁铝合金变截面中空探杆(4)的侧摩阻力及椭圆截面探头(1)贯入阻力；基于全流理论，利用塑性理论极限解获得椭圆截面探头(1)贯入阻力与软土的不排水抗剪强度的算法公式，进而分析不同轴长比椭圆界面探头1的阻力系数及阻力系数误差的算法公式；压阻式压力传感器(5)测量椭圆截面探头(1)循环贯入、拔出过程中的孔隙水压变化，信号由压力数采仪(10)接收；

步骤如下：

(1)椭圆截面探头(1)的贯入阻力由镁铝合金变截面中空探杆(4)下部的变截面区域的应力值计算：

Q＝Aσ

式中：σ探杆杆身应力，σ＝Eε；其中，ε探杆杆身应变值，E探杆的弹性模量；A镁铝合金变截面中空探杆下部变截面区域截面面积，其中d₁为探杆外径，d₂为内径；

(2)软土的不排水抗剪强度基于全流理论利用塑性理论的极限解得出：

式中：S软土的不排水抗剪强度；Q探头端阻力；L探头长度；N探头平均阻力系数，其中N_c为探头完全光滑的的阻力系数，N_s为探头完全粗糙的阻力系数；a椭圆截面探头长轴；b椭圆截面探头短轴；

(3)椭圆界面探头1平均阻力系数与界面轴长比b/a相关，椭圆截面探头(1)的平均阻力系数与轴长比的函数关系：

(4)建立椭圆截面探头(1)截面轴长比、镁铝合金变截面中空探杆(4)的杆径与软土的不排水抗剪强度算法公式：

(5)镁铝合金变截面中空探杆(4)侧向摩阻力的计算：在计算镁铝合金变截面中空探杆(4)侧摩阻力时忽略镁铝合金变截面中空探杆(4)自身的重量；根据力的平衡原理，镁铝合金变截面中空探杆(4)x深度处的侧摩阻力由镁铝合金变截面中空探杆(4)上部的压阻式压力传感器(5)测得的压力值P及由光纤光栅(3)测得的镁铝合金变截面中空探杆(4)x深度处的杆身应力σ_x计算，由得