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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 孔內(nèi)動(dòng)探與標(biāo)貫儀的研制
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 目前的重型動(dòng)力觸探和標(biāo)貫儀的沖擊錘都在鉆孔口以上，試驗(yàn)深度超過20米，由于鉆桿能耗，試驗(yàn)結(jié)果的實(shí)際意義不大。為了克服這一缺陷，本作品將現(xiàn)有動(dòng)探錘自孔口移至孔內(nèi)，設(shè)計(jì)為以鉛配重的長柱形，為了消除地下水的阻力，將沖擊錘密封在鋼管內(nèi)，由此消除了鉆桿和地下水對落錘沖擊能的消耗，無須桿長和地下水位校正，可在任一深度進(jìn)行試驗(yàn)，該設(shè)備可用于測定砂土和碎石土的承載力，判定砂土的密實(shí)度和砂土液化。填補(bǔ)了20米深度以下無法確定砂類土力學(xué)參數(shù)的空白，在巖土工程勘察中應(yīng)用前景廣闊。
- 詳細(xì)介紹：
- 本產(chǎn)品主要革新的是對現(xiàn)有重型動(dòng)探和標(biāo)貫的沖擊錘加以改進(jìn)，而探頭仍采用現(xiàn)有設(shè)備。改進(jìn)的思路是將該類試驗(yàn)采用的沖擊錘放在孔內(nèi)，與探頭保持恒定的距離，以消除鉆桿長度對試驗(yàn)結(jié)果的影響。 目前的重型動(dòng)力觸探儀的沖擊錘都在鉆孔口以上，試驗(yàn)深度一旦超過20米，由于鉆桿能耗，試驗(yàn)結(jié)果的實(shí)際意義不大。針對現(xiàn)有儀器存在的上述缺陷，我們研制了一種新型重型動(dòng)探設(shè)備的沖擊錘，主要革新有以下方面： ①現(xiàn)有沖擊錘在孔外作業(yè)，重量63.5kg。孔內(nèi)錘的直徑要減小，采用127mm鉆孔孔徑，孔內(nèi)錘的直徑不宜超過120mm，其長度相應(yīng)增大，重量保持63.5kg不變。為了避免其長度過長，錘體內(nèi)采用鉛配重。由于重心有所變化，通過理論計(jì)算，確定其合理的落距，約束條件是現(xiàn)有孔口錘的沖擊能與孔內(nèi)錘的沖擊能相等，以保證兩種試驗(yàn)結(jié)果有可比性。錘落下時(shí)砸在密封導(dǎo)管底部設(shè)定的錘擊底座，從而將重錘的錘擊力傳至動(dòng)探探頭。 ②孔內(nèi)錘存在的技術(shù)難點(diǎn)是在水下試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)排除地下水的阻力，為此將動(dòng)探錘密封起來。下部沖擊錘活動(dòng)段采用無縫鋼管，上部提升段采用可伸縮的彈性密封套加封，密封套的伸縮量不小于錘的落距76cm。 ③錘和連桿間采用自動(dòng)掛鉤和拖鉤裝置，該裝置有三個(gè)爪，使用靈活。 動(dòng)探試驗(yàn)需與鉆探配合，以鉆機(jī)設(shè)備為基礎(chǔ)。先用鉆具鉆至試驗(yàn)土層標(biāo)高以上15cm處，清除殘土。將重型動(dòng)力觸探頭或標(biāo)貫器通過螺紋連接鉆桿并放入孔內(nèi)，在孔口的鉆桿上作標(biāo)記，以便記錄擊入深度。試驗(yàn)初始沖擊錘通過自動(dòng)三爪與拉桿連接，并位于密封導(dǎo)管底部，開始試驗(yàn)時(shí)，沖擊錘通過與鉆桿連接的拉桿被提升，此處鉆桿與拉桿通過螺紋連接。當(dāng)提升至76cm的高度時(shí)，自動(dòng)三爪上部與密封導(dǎo)管頂部接觸并被壓向內(nèi)側(cè)，從而使自動(dòng)三爪下端向外側(cè)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)沖擊錘脫落實(shí)現(xiàn)自動(dòng)落錘運(yùn)動(dòng)。一次落錘后，拉桿隨鉆桿向下，此處自動(dòng)三爪裝置利用其重力作用，通過偏心設(shè)計(jì)，使其自動(dòng)恢復(fù)平衡狀態(tài)，這個(gè)過程中三爪上端偏離三爪體，下端靠近三爪體，由此動(dòng)探錘被再一次提起，并進(jìn)行下一次的自動(dòng)落錘運(yùn)動(dòng)。如此往復(fù)，根據(jù)孔口鉆桿上的標(biāo)記，動(dòng)探記錄擊入10cm的擊數(shù)，標(biāo)貫記錄30cm擊數(shù)（每10cm記一次。待試驗(yàn)完成后，提升鉆桿，提出動(dòng)探頭。 本孔內(nèi)重型動(dòng)力觸探將現(xiàn)有動(dòng)探錘自孔口移至孔內(nèi)，消除了鉆桿對落錘沖擊能的消耗，無須桿長和地下水位校正，可在任一深度進(jìn)行試驗(yàn)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1.發(fā)明目的：彌補(bǔ)目前動(dòng)力觸探和標(biāo)貫儀試驗(yàn)深度不足的缺點(diǎn)，可獲取深層（20米以下）砂礫石土力學(xué)參數(shù)。 2.基本思路：圍繞消除鉆桿長度過大對試驗(yàn)結(jié)果的影響，使動(dòng)探?jīng)_擊錘與動(dòng)探頭保持恒定距離，即考慮使沖擊錘作用于孔內(nèi)，再進(jìn)一步考慮如何消除孔內(nèi)作業(yè)對沖擊錘帶來的地下水、作用空間等問題的影響。 3.創(chuàng)新點(diǎn)： ①把動(dòng)探儀的沖擊錘移至孔內(nèi)，消除了桿長的影響； ②動(dòng)探錘采用鉛配重，在重量不變的前提下減小了體積； ③將動(dòng)探錘密封，消除了地下水的影響； ④采用三爪型拖掛鉤裝置，增強(qiáng)了其靈活性。 4.技術(shù)關(guān)鍵：在孔內(nèi)環(huán)境下滿足動(dòng)探錘的錘重和落距（即保證沖擊錘的沖擊能不變），并消除地下水對試驗(yàn)的影響，保證試驗(yàn)的連續(xù)性和可操作性。 5.主要技術(shù)指標(biāo)： 設(shè)備外徑120mm，長度2500mm，重量80kg； 沖擊錘質(zhì)量：63.5kg； 沖擊錘落：76cm； 試驗(yàn)深度：不受限制。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 該作品在保證沖擊錘沖擊能不變的前提下將動(dòng)探錘移至孔內(nèi)，使其與探頭保持恒定的距離，在符合規(guī)范要求的前提下拓展了動(dòng)力觸探原位試驗(yàn)的試驗(yàn)深度，消除了鉆桿過長對落錘沖擊能的消耗，無須桿長和地下水位校正，可在任一深度進(jìn)行試驗(yàn)，可獲取任一深度砂礫石土層的力學(xué)參數(shù)。該設(shè)備的探頭和鉆桿均為現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)通用配件，試驗(yàn)方法也與目前的試驗(yàn)方法相同，符合實(shí)際應(yīng)用的要求，利于作品的推廣應(yīng)用。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2009年6月，陜西省第七屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽中獲得特等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 已完成作品研制和樣品生產(chǎn)，已在部分勘察單位應(yīng)用，效果良好。目前正在進(jìn)行與現(xiàn)有設(shè)備的詳細(xì)對比試驗(yàn)。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
作品可展示的形式
- 圖片、動(dòng)畫演示或?qū)嵨?/dd>
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 1.使用說明及特點(diǎn)和優(yōu)勢：先用鉆具鉆至試驗(yàn)土層標(biāo)高以上 15cm處，清除殘土。將孔內(nèi)動(dòng)探儀放入孔內(nèi)，然后采用自動(dòng)落錘法進(jìn)行試驗(yàn)，記錄擊入10cm的動(dòng)探擊數(shù)，即終止試驗(yàn)，提升鉆桿，提出孔內(nèi)動(dòng)探儀。該產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)是沖擊錘在孔內(nèi)；優(yōu)勢是試驗(yàn)深度不受限制，無須桿長和地下水位校正。 2.適用范圍：巖土工程勘察，巖土工程、工程地質(zhì)試驗(yàn)教學(xué)及科學(xué)研究。 3.推廣前景及市場分析：該作品主要應(yīng)用于巖土工程勘察，隨著國家大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和業(yè)內(nèi)對原位測試的大力推廣，動(dòng)力觸探和標(biāo)貫將會(huì)越來越廣泛的應(yīng)用在工程實(shí)踐中，該作品在不改變試驗(yàn)方法的前提下擴(kuò)大了試驗(yàn)深度，提高了試驗(yàn)精度，且操作簡便。生產(chǎn)成本與現(xiàn)有同類設(shè)備相近，但比現(xiàn)有設(shè)備使用范圍廣，隨著國家基礎(chǔ)建設(shè)投入加大，其市場需求量會(huì)很大，若將現(xiàn)有設(shè)備用該產(chǎn)品更替，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
同類課題研究水平概述
- 重型動(dòng)力觸探和標(biāo)貫儀是巖土工程勘察中最常用的原位測試備，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果可用于評價(jià)地基土的物理性質(zhì)、強(qiáng)度和變形參數(shù)，計(jì)算天然地基的承載力，估算單樁承載力等。巖土工程勘察中 ，由于砂、礫石土取樣困難，只能通過動(dòng)力觸探試驗(yàn)或標(biāo)貫獲取巖土層的力學(xué)參數(shù)。目前國內(nèi)外對該類課題的研究主要集中在儀器的探頭改進(jìn)、儀器的輕便化和動(dòng)力性能改進(jìn)方面，以及相關(guān)副產(chǎn)品的研發(fā)上，作者檢索了相關(guān)的專利文獻(xiàn)，摘錄如下： 文獻(xiàn)1是涉及一種新型輕便動(dòng)力觸探器的專利文獻(xiàn)，由導(dǎo)桿、錘體、錘擊墊、探桿、探頭和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。其工作原理是由電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)或手工搖動(dòng)經(jīng)過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使錘體按工作要求運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到機(jī)械化操作的目的，代替以往的手工操作。 文獻(xiàn)2是關(guān)于自動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)監(jiān)控器的專利文獻(xiàn)，介紹了一種與撞擊錘貫入組件如巖土工程中的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(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，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。 文獻(xiàn)3是關(guān)于新型標(biāo)準(zhǔn)貫入器的專利文獻(xiàn)，該實(shí)用新型專利涉及一種土體工程勘探標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)用取樣裝置。它包括貫入器靴和貫入器身，貫入器身分為可組合成一體的貫入器上身和下身，上身和下身上均有鉸合部，相鉸合處為不規(guī)則狀。平時(shí)取樣不必?cái)Q下貫入器靴，拉或向外輕推貫入器上身就可打開貫入器。 文獻(xiàn)4是關(guān)于安全自動(dòng)型標(biāo)準(zhǔn)貫入錘的專利文獻(xiàn)，該實(shí)用新型屬于工程地質(zhì)勘察機(jī)械的一種貫入錘。它由下打墊、觸探桿、標(biāo)貫器、伸縮桿、導(dǎo)正桿、安全花管外罩、抓體、穿心錘組成。整機(jī)用安全花管外罩罩著，外罩上標(biāo)有刻度，錘工作時(shí)可全部進(jìn)入轉(zhuǎn)盤內(nèi)，用機(jī)械扶正，通過調(diào)整機(jī)械速度，定準(zhǔn)落距。 文獻(xiàn)5是關(guān)于一種標(biāo)準(zhǔn)貫入儀的專利文獻(xiàn)，該專利包括抓脫提引機(jī)構(gòu)，重錘機(jī)構(gòu)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，錘墊機(jī)構(gòu)。 綜上所述， 在檢索到的文獻(xiàn)中，未見有其他文獻(xiàn)關(guān)注動(dòng)力觸探設(shè)備的試驗(yàn)深度不足和對動(dòng)探錘展開研究。由于鉆桿的能量損耗，動(dòng)力觸探和標(biāo)貫試驗(yàn)的試驗(yàn)深度僅為20米。對于20米以下的砂礫石土，國外通常采用旁壓試驗(yàn)來獲取巖土力學(xué)參數(shù)。而由于旁壓試驗(yàn)耗時(shí)費(fèi)力且費(fèi)用較高，國內(nèi)很少采用，因此，對于 20米以下的砂礫石土國內(nèi)實(shí)際上沒有獲取力學(xué)參數(shù)的測試方法，工程上通常采用經(jīng)驗(yàn)值作為巖土層的力學(xué)參數(shù)。
