海底土体静力触探关键技术研究

摘要

海底土体静力触探技术是目前最先进的海底土原位探测方法。它通过液压以海底或孔下贯入方式把探头和与之连接的触探杆按恒定的推进速率贯入到土中去，在贯入期间测定锥尖阻力、侧壁摩阻力和孔隙水压力及其随深度变化曲线，并在现场通过计算获得海底地层土的物理、力学性质资料，使得海底土海洋工程地质调查与评价高效且高精度，在近海油气资源开采平台、油气输送管线及海下电缆铺设、港口、海岸基础设施建设的工程安全性评价中发挥着重要的作用，也是未来航道、港口、海底工程、环境灾害地质调查的主要探测手段，广泛应用于测定三角洲沉积层、滨海相沉积层和河湖相沉积软土层的海底土测定，用以设计选定桩基持力层及水下结构物的施工方案。 本论文在“十五”863项目“海底土体原位静动态探测技术”的支持下，主要通过对海底土体静力触探系统中的海底基座、全内置式管内液压推进装置、测控系统和现场数据分析评价系统等四项关键技术研究，探索海底土体静力触探关键技术的设计实施方案。码头实验表明，研究实施的海底土体静力触探系统顺利探测获得21m的土层物理力学性质资料，该系统具有如下特点： (1)设计的海底基座对随钻扫孔钻具的夹紧及松开功能工作可靠，性能稳定，海底基座在海底表层的沉降量较小； (2)全内置式管内液压推进总成在随钻扫孔钻具中能准确定位悬挂和锁紧，触探作业过程(连续触探)中控制及动作稳定准确，设计具有先进性； (3)管内电缆绞车及海底基座绞车提升或下放功能可靠、性能稳定； (4)海底基座测控系统满足设计要求，测控系统稳定； (5)全内置式管内液压推进总成测控系统满足设计要求，测控系统稳定。特别是对推进速度的控制十分成功，使全内置式管内液压推进总成以2cm/s速度匀速推进，确保静力触探试验结果的精度和准确度； (6)现场静力触探数据分析和评价系统的评价方法和评价结果可靠，评价结果与钻探取样分析结果基本吻合； (7)静力触探系统总体技术功能完善、作业简便，各硬、软件组成设计合理，通信信号传输准确，采集数据资料稳定可靠。系统经进一步完善后可广泛应用于海洋工程地质调查评价中，参与国际海洋环境工程地质市场竞争。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1立题意义

1.2国内外研究现状

1.3论文总体目标和研究内容

2海底土体静力触探关键技术

2.1海底土体静力触探系统组成

2.1.1全内置式管内液压推进装置

2.1.2海底基座

2.1.3随钻扫孔钻具系统

2.1.4电缆绞车及海底基座升降系统

2.1.5现场数据分析评价系统

2.2静力触探系统工作原理和工艺流程

2.3海底土体静力触探关键技术

3海底基座研究

3.1触探工艺对海底基座基本技术要求

3.2海底基座结构设计

3.2.1海底基座组成

3.2.2设计方案

3.2.3工作原理

3.3结构部件设计方案分述

3.3.1支腿转展装置

3.3.2球铰平衡式液压夹持装置

3.3.3夹持器及液压增力装置

3.3.4液压动力装置

3.3.5其他测控元器件

3.4海底基座主要技术参数的设计计算

3.4.1海底基座设计计算技术指标

3.4.2主要参数设计计算

4全内置式管内液压推进装置研究

4.1全内置式管内液压推进装置的基本技术要求

4.2全内置式管内液压推进装置结构设计

4.2.1全内置式管内液压推进装置组成

4.2.2设计方案

4.2.3工作原理

4.3结构部件设计方案分述

4.3.1推进油缸装置

4.3.2悬挂定位装置

4.3.3锁紧定位装置

4.3.4油泵动力装置

4.3.5推进油缸方向及速度控制装置

4.4全内置式管内液压推进装置主要技术参数的设计计算

4.4.1设计计算技术指标

4.4.2主要参数设计计算

5测控系统

5.1测控系统基本技术要求

5.2测控系统设计

5.2.1测控系统组成

5.2.2设计方案

5.3测控系统设计方案分述

5.3.1海底基座测控系统

5.3.2全内置式管内液压推进总成测控系统

5.3.3测控系统中的数据通信

5.3.4上位机软件系统

6现场数据分析及评价技术

6.1现场评价系统对静力触探数据的处理和分析

6.1.1土层划分

6.1.2土的强度参数

6.1.3土的变形参数

6.1.4土的其它物理力学性质指标

6.1.5液化可能性判别

6.1.6软土滑动可能性判别

6.2软件系统

6.2.1系统体系结构

6.2.2系统开发环境分析

7静力触探与钻探取样试验结果对比

7.1静力触探试验

7.2钻探取样试验

7.3静力触探试验与钻孔取样分析结果对比

7.3.1地层划分对比

7.3.2各土层工程地质性质比较

7.3.3小结

8结论

参考文献

致谢