可取气样的环境岩土孔压静力触探探头及气样提取方法

摘要

本发明是一种可取气样的环境岩土孔压静力触探探头及气样提取方法，在该探头的顶部设有密封盖（15），电缆线（1）从密封盖中穿出；该探头的上半段为空心圆柱形探杆（3），在该段的探杆内部设有孔隙压力传感器（2）、小型软管泵（4）和取样容器（5）；在该探头的中间段，设有带聚丙烯多孔过滤网的探杆（7），连接带聚丙烯多孔过滤网探杆和空心圆柱形探杆（3）的是上O形环（6）；在探头的下部，采用铜制螺纹开口连接器（8）与中间探杆相连，其下设有三分量地震检波器（9），在三分量地震检波器（9）的下方为测斜仪（10）、侧壁摩擦筒（11）、温度传感器（12）、孔压过滤环（13）、圆锥探头（14），采用该探头，具有原位、快速、准确、经济等特点，为环境岩土工程CPTU测试提供有力的取样工具。

说明书

技术领域

本发明涉及一种可取气样的环境岩土孔压静力触探探头，属于岩土工程和环境工程领域中能够采集土层中地下气样的静力触探装置。

背景技术

静力触探技术是指利用压力装置将带有触探头的触探杆压入试验土层，通过量测系统测试土的锥尖阻力、侧壁摩阻力等，可确定土的某些基本物理力学特性，如土的变形模量、土的容许承载力等。静力触探技术至今已有80多年的历史。国际上广泛应用静力触探，部分或全部代替了工程勘察中的钻探和取样。我国于1965年首先研制成功电测式静力触探并应用于勘察。近几年随着传感器技术的快速发展，出现了很多新的静力触探技术，这些技术能够快速、准确地获得土层的孔隙水压力、地震波、污染物性状、温度、甚至影像。国外已将之大量应用于环境岩土工程领域。在国外的静力触探技术中，可用于样品采集的多功能探头已经有了很大的发展，并且已经采用真空技术发展出了一套采气样探头。我国在新型静力触探取样装置的研究起步比较晚，目前国内广泛使用的单双桥静力触探根本不具有取样的功能，因此发展在环境岩土工程取样技术是很有意义。

发明内容

技术问题：本发明要解决的技术问题是针对国内现有单双桥静探技术存在的缺陷，提出一种可用于环境岩土工程领域的可取气样的环境孔压静力触探探头。

技术方案：本发明的可取气样的孔压静力触探探头的顶部设有密封盖，电缆线从密封盖中穿出；该探头的上半段为空心圆柱形探杆，在该段的探杆内部设有孔隙压力传感器、小型软管泵和取样容器；在该探头的中间段，设有带聚丙烯多孔过滤网的探杆，连接带聚丙烯多孔过滤网探杆和空心圆柱形探杆的是上O形环；在探头的下部，采用铜制螺纹开口连接器与中间探杆相连，其下设有三分量地震检波器，在三分量地震检波器的下方为测斜仪，侧壁摩擦筒位于测斜仪的下方，在侧壁摩擦筒的中部设有温度传感器，在侧壁摩擦筒的下方连接有圆锥探头，孔压过滤环位于侧壁摩擦筒与圆锥探头的连接处。

所述的圆锥探头的锥角为60°，锥底截面积为15 cm²，侧壁摩擦筒表面积300 cm²。

所述的空心圆柱形探杆外径为43.7 mm。

所述的带聚丙烯多孔过滤网的探杆的长度250 mm。

取样容器容积应为80 ml，并且具有可单向吸气的开口。

提取气样的具体操作方法为：

1. 将探杆贯入指定的深度，然后停止贯入，打开孔隙压力传感器2；

2. 盖上密封盖15，开启小型软管泵4，将空心圆柱形探杆3和取样容器5抽成真空，使气样能在压力差的作用下进入取样容器5内；

3. 将空心圆柱形探杆3上提收回，使空心圆柱形探杆3与下部带聚丙烯多孔过滤网探杆7分离，带聚丙烯多孔过滤网探杆7暴露在地下土层中，孔隙中的气体透过聚丙烯多孔过滤网进入探杆内，并在压力差的作用下进入空心圆柱形探杆3内部，并为取样容器5所采集；

4. 读取孔隙压力传感器2的读数，当传感器读数不再变化时，气体的采集停止，将取样装置取回地表；

5. 取下带聚丙烯多孔过滤网探杆7，将空心圆柱形探杆3内部的取样容器5取出并保存，然后清洗设备；

6. 取样结束，并可重复上述过程进行另一深度的取样。

有益效果：本发明解决了国内现有的单双桥静探技术不能取气样的缺陷，能在非饱和土中最大贯入深度内指定深度取出气样。并且由于孔隙压力传感器的设定，使得取样过程可以被监控到。

附图说明

图1是本发明的元件装置图；

其中有：电缆线1，孔隙压力传感器2，空心圆柱形探杆3，小型软管泵4，取样容器5，O形环6，带聚丙烯多孔过滤网的探杆7，铜制螺纹开口连接器8，三分量地震检波器9，测斜仪10，侧壁摩擦筒11，温度传感器12，孔压过滤环13，圆锥探头14，密封盖15。

具体实施方式

本发明的可取气样的环境孔压静力触探探头包括：电缆线1，孔隙压力传感器2，空心圆柱形探杆3，小型软管泵4，取样容器5，O形环6，带聚丙烯多孔过滤网的探杆7，铜制螺纹开口连接器8，三分量地震检波器9，测斜仪10，侧壁摩擦筒11，温度传感器12，孔压过滤环13，圆锥探头14，密封盖15。

在该探头顶部有电缆线1出口，在顶部还单独设有密封盖15，上半段外周为空心圆柱形探杆3，在探杆内部为孔隙压力传感器2，在空心圆柱形探杆3内部分别设有小型软管泵4和取样容器5，两者相连，在该探头的中间段，设有带聚丙烯多孔过滤网的探杆7，连接带聚丙烯多孔过滤网探杆7和空心探杆3的是O形环6，探头的下部，采用铜制螺纹开口连接器8与中间探杆7相连，顶端也设有O形环，其下设有三分量地震检波器9，在三分量地震检波器9的下方为测斜仪10，侧壁摩擦筒11位于测斜仪10的下方，在侧壁摩擦筒11的中部设有温度传感器12，在侧壁摩擦筒11的下方连接有圆锥探头14，孔压过滤环13位于侧壁摩擦筒11与圆锥探头14的连接处。

该探头集成了常规静力触探、地震波静力触探的功能（可测端阻、摩阻、倾斜、

孔压和地震波）及取地下气样的功能，进一步完善了多功能CPTU测试技术的内容。

提取气样的具体操作方法为：

1. 将探杆贯入指定的深度，然后停止贯入，打开孔隙压力传感器2；

2. 盖上密封盖15，开启小型软管泵4，将空心圆柱形探杆3和取样容器5抽成真空，使气样能在压力差的作用下进入取样容器5内；

3. 将空心圆柱形探杆3上提收回，使空心圆柱形探杆3与下部带聚丙烯多孔过滤网探杆7分离，带聚丙烯多孔过滤网探杆7暴露在地下土层中，孔隙中的气体透过聚丙烯多孔过滤网进入探杆内，并在压力差的作用下进入空心圆柱形探杆3内部，并为取样容器5所采集；

4. 读取孔隙压力传感器2的读数，当传感器读数不再变化时，气体的采集停止，将取样装置取回地表；

5. 取下带聚丙烯多孔过滤网探杆7，将空心圆柱形探杆3内部的取样容器5取出并保存，然后清洗设备；

6. 取样结束，并可重复上述过程进行另一深度的取样。