El equipo de sonda de cono estático, comúnmente conocido como sonda de cono estático, generalmente consta de tres partes, a saber:
(1) Sonda de cono estático: detección de resistencia de formación;
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(2) Instrumento de medición y registro: mide y registra diversas resistencias experimentadas por la sonda;
(3) Sistema de penetración: incluye el host de penetración y el dispositivo de fuerza de reacción, *** el mismo Responsable de presionar la sonda en el suelo.
El host de la sonda penetrante utiliza la varilla de la sonda para presionar la sonda instalada en la parte inferior en el suelo; el dispositivo de fuerza de reacción proporciona la fuerza de reacción requerida por el host durante la penetración de la sonda.
En la actualidad, el vehículo de sonda cónica estática ampliamente utilizado integra las tres partes anteriores en un todo. El vehículo de penetración de cono estático tiene las ventajas de una gran profundidad de penetración (la fuerza de penetración generalmente es superior a 10 t), alta eficiencia y baja intensidad de mano de obra. Sin embargo, sólo es adecuado para su uso en sitios de estudio con transporte conveniente, terreno relativamente plano y donde se puedan conducir automóviles. Los que tienen una fuerza de penetración igual a 5t o inferior a 5t son generalmente penetrómetros estáticos ligeros. Cuando están en uso, las tres partes anteriores generalmente se envían por separado al sitio de la encuesta y luego las tres partes se conectan orgánicamente durante la prueba. En áreas donde el transporte es inconveniente, la profundidad del estudio no es grande o la capa de suelo es blanda, se utiliza ampliamente el sondeo de cono estático ligero. Tiene las ventajas de fácil transporte, bajo costo de prueba, flexibilidad y conveniencia. La fuerza de penetración del penetrómetro estático es generalmente de 2 a 20 t, y la fuerza de penetración máxima es de 20 t, porque el límite de tensión de la delgada varilla de la sonda no puede ser demasiado grande, de lo contrario se doblará o romperá fácilmente. Aquellos con una fuerza de penetración de 2 a 3 t son generalmente instrumentos de doble propósito con sonda de contacto de placa transversal de medición eléctrica de tipo cadena y accionados manualmente. Las que tienen una fuerza de penetración superior a 5 t son generalmente máquinas principales hidráulicas. Ahora presentamos varios detectores de cono principales y de uso común.
1. Introducción a algunos penetrómetros estáticos de uso común
1. Penetrómetro liviano
Penetrómetro tipo 2Y-5A (Figura 3-11), fuerza de penetración nominal: 50 kN; fuerza de extracción: 80 kN; velocidad de penetración de 80 kN: 1,2 m/min Masa del host: 350 kg; velocidad de extracción: 2,5/min Equivalencia de potencia: motor de 5,5 kW o motor diésel de 180.
Figura 3-11 Máquina penetradora liviana 2Y-5A
2. Máquina cortadora de placa transversal de penetración estática
Penetrómetro tipo CLD-1 (Figura 3-12) ), fuerza de penetración: 2t; velocidad de penetración: 0,8~1,2m/min, masa del huésped: 200kg. Penetrómetro tipo CLD-3, fuerza de penetración: 3t; velocidad de penetración: 0,8~1,2 m/min, masa del huésped: 210 kg.
3. Vehículos de ingeniería de penetración de conos estáticos
En la actualidad, hay muchos fabricantes de vehículos de ingeniería de penetración de conos estáticos en mi país, incluidos principalmente la fábrica de maquinaria Zhejiang Ningbo Kan 215 y la provincia de Jiangsu Rugao. Fábrica de maquinaria topográfica, fábrica de máquinas extensibles de Dalian, fábrica de maquinaria de exploración de Shenyang y fábrica de instrumentos geológicos de Shanghai, etc. La capacidad de penetración de los vehículos de ingeniería de penetración producidos por cada fábrica ha alcanzado las 20 toneladas, y todos tienen compartimentos cerrados, que pueden realizar operaciones de campo sin verse afectados por las condiciones climáticas. Forma estructural del vehículo de penetración: tipo pasajero, tipo capota; forma de equilibrio: nivelación manual de estabilizadores hidráulicos; dimensiones totales: 9,8 mx 2,5 mx 2,8 m; forma de anclaje: anclaje automático mediante molinete hidráulico; potencia total del vehículo; Masa del vehículo: 8500 kg.
Figura 3-12 Máquina de penetración tipo CLD3
Figura 3-13 Vehículo de ingeniería de penetración estática
Sonda
(Ver la segunda parte de la Sección 2 para más detalles)
3. Instrumentos de medición y registro
Casi todos los proyectos de penetración de conos estáticos en mi país utilizan sensores de tensión de resistencia. Por lo tanto, los instrumentos de registro de apoyo incluyen principalmente los siguientes cuatro tipos: ① Medidor de tensión de resistencia; ② Trazador de registro automático; ③ Instrumento de medición de fuerza digital; ④ Instrumento de adquisición de datos (microcomputadora).
1. Galgas extensométricas de resistencia
Desde los años 60 hasta mediados de los 70 se utilizaron galgas extensométricas de resistencia. Los extensómetros de resistencia tienen las ventajas de alta sensibilidad, amplio rango de medición, alta precisión y buena estabilidad. Sin embargo, su funcionamiento depende del ajuste manual del equilibrio y del seguimiento de lecturas, lo que fácilmente puede provocar errores. Además, no se puede leer de forma continua y sólo se puede tomar a intervalos (generalmente de 5 a 10 s, es decir, una lectura cada 10 a 20 cm de penetración), y es imposible obtener una curva de penetración que cambie continuamente. Después de las mejoras, aparecieron instrumentos digitales de medición de fuerza, como el instrumento digital de medición de fuerza producido por Shanghai Xinwei Machinery Factory y el instrumento de medición de penetración de cono estático JC-X2 producido por Xinda Telecommunications Factory.
2. Plotter de grabación automática
Para realizar la grabación automática, aparecieron las grabadoras automáticas.
Los registradores automáticos de sonda cónica estática que se fabrican actualmente en nuestro país están todos modificados con potenciómetros electrónicos. Estos potenciómetros electrónicos tienen un solo rango de medición. Para medir el valor de resistencia nominal de la sonda en estratos con alta resistencia y garantizar la precisión de la medición en estratos blandos, generalmente se utiliza el método de cambiar el voltaje de suministro del puente.
Los primeros instrumentos utilizaban el método de voltaje de puente fijo opcional, que generalmente se dividía en 4 a 5 niveles. Los voltajes de puente eran 2, 4, 6, 8 y 10 V respectivamente, que podían seleccionarse según el. suavidad y dureza de la formación. La ventaja de este método es un voltaje estable y una gran confiabilidad; sin embargo, la carga de trabajo de la recopilación de datos es grande; En la actualidad existen registradores automáticos que pueden hacer que el voltaje del puente de suministro sea continuamente ajustable.
Figura 3-14 Diagrama del principio de funcionamiento de la grabadora automática de doble pluma ZSJ-2
(1) Principio de funcionamiento de la grabadora automática: La Figura 3-14 muestra la ZSJ-2 tipo El diagrama del principio de funcionamiento del registrador automático de doble pluma. La señal de CC medida enviada por el sensor se compara con el voltaje de compensación en el instrumento mediante el circuito de medición, y se genera un voltaje desequilibrado después de ser amplificado por el amplificador 105. 6 veces, se obtiene suficiente potencia. Conduzca el motor reversible para que gire. El motor reversible pasa a través de un conjunto de dispositivos de transmisión mecánica. Por un lado, acciona el contacto rodante de la resistencia deslizante en el circuito de medición para equilibrar el voltaje de compensación con la señal medida. Por el otro lado, acciona el puntero y el registro. lápiz para moverse hacia la izquierda y hacia la derecha a lo largo de la escala graduada. En este momento, no hay entrada ni salida de señal en el amplificador, el motor deja de girar y el valor indicado del puntero en la escala es el valor de voltaje de la señal que se está midiendo. Si la señal medida cambia, la señal de diferencia de potencial recién generada se envía al amplificador, lo que hace que el contacto rodante de la resistencia de alambre deslizante se mueva a un nuevo punto de equilibrio, y la señal medida y el voltaje de compensación alcanzan un nuevo equilibrio. se traslada a una nueva posición... Al mismo tiempo, la máquina autoalineadora hace rodar el papel de registro a cierta velocidad a través de un conjunto de mecanismos de transmisión. De esta manera, a medida que el puntero se mueve y el papel de registro rueda, la pluma registradora registra continuamente la magnitud de la señal medida en cada profundidad en el papel de registro, que es la curva de penetración del cono estático.
(2) Componentes principales del instrumento: excepto el mecanismo de alimentación de papel, cada parte del registrador de pluma doble se compone de dos (dobles) conjuntos: incluye ① circuito de medición como el medidor de tensión; también utiliza un circuito de doble puente, la diferencia es que la grabadora automática utiliza un puente interno de CC, que transmite señales de CC para proporcionar un voltaje de CC estable para el puente externo, la grabadora automática agrega especialmente una fuente de alimentación estabilizada en puente: la estabilización de voltaje; el rango es promedio Es 0~20V, continuamente ajustable para satisfacer las necesidades de calibrar la sonda y penetrar en diferentes formaciones blandas y duras ② Amplificador de transistores: En la grabadora, la función del amplificador es amplificar la señal CC ΔU enviada desde; el circuito de medición es suficiente para impulsar la señal de CA reversible de la rotación del motor, y cuando la polaridad de la señal de CC ΔU cambia, la fase de la señal de CA de salida también cambia en consecuencia, lo que puede hacer que el motor reversible gire hacia adelante y hacia atrás. , para que el sistema de medición alcance el equilibrio automático; ③ motor reversible; ④ instrumento Mecanismo de alimentación de papel: Además de mostrar la señal medida, el registrador automático de sonda cónica estática también debe registrar los cambios de señal con la profundidad en la cinta de papel, para que el El valor de resistencia de cada posición de la formación se puede registrar de forma rápida y precisa. Por esta razón, el registrador reemplazó el motor síncrono del sistema de alimentación de papel con potenciómetro original por un par de máquinas autoalineantes. Al mismo tiempo, la máquina de ángulo de señalización y la rueda de fricción se conectan entre sí a través del juego de engranajes y se instalan en el chasis del host de la sonda táctil, de modo que la rueda de fricción esté cerca de la varilla de la sonda táctil. Cuando se presiona la varilla calibradora, la rueda de fricción gira. Haga girar el rotor del transmisor. El receptor está fijado en el instrumento y conectado al conjunto de engranajes del mecanismo de alimentación de papel. Cuando el transmisor gira, también gira, haciendo que el papel de registro se mueva en una proporción de 1:100 (u otra), de modo que se registre la profundidad de penetración.
3. Dinamómetro digital
El dinamómetro digital es un instrumento de prueba de precisión. Este instrumento puede mostrar varios dígitos y tiene las ventajas de tamaño pequeño, peso ligero, alta precisión, estabilidad y confiabilidad, fácil de usar, lectura directa de la resistencia a la penetración total y cálculo simple de los indicadores de penetración. Es una placa transversal de cadena liviana. Muchos fabricantes nacionales producen instrumentos de medición de apoyo para la máquina de doble propósito de penetración de fuerza. La desventaja de este instrumento es que las lecturas se espacian y registran manualmente.
En comparación con los extensímetros utilizados en el pasado, las ventajas de los dinamómetros digitales son: tamaño pequeño, peso liviano, no es necesario realizar un seguimiento manual y la pantalla digital no es fácil de leer mal, y la calibración También se puede introducir el coeficiente. El valor de resistencia se lee directamente en el instrumento. El instrumento digital de medición de fuerza diseñado por el Wuhan Surveying Institute y producido por Wuhan Radio Factory tiene las funciones anteriores.
Además, en comparación con las galgas extensométricas, los registradores automáticos no son tan sensibles como las galgas extensométricas y tienen un alcance pequeño.
Sin embargo, el registrador automático cuenta con un dispositivo de control de profundidad que puede registrar de forma continua y automática la curva de resistencia a la penetración de la capa de suelo, mejorando así la eficiencia y calidad del trabajo de campo, por lo que actualmente es el más utilizado.
4. Aplicación del instrumento de adquisición de datos (microcomputadora) en la exploración estática.
Las funciones de los instrumentos de medición y registro presentados anteriormente no son lo suficientemente perfectas. Algunos solo pueden leer a intervalos artificiales y. no pueden hacer dibujos; algunos solo pueden hacer dibujos, pero no pueden mostrar datos impresos. Aunque estos instrumentos aún pueden satisfacer las necesidades de la producción general, la carga de trabajo de recopilación de datos es grande y la eficiencia es baja. Por lo tanto, el uso de microcomputadoras para recopilar y procesar datos se ha utilizado ampliamente en las pruebas de penetración de conos estáticos.
4. Sistema de penetración
El sistema de penetración estático consta de dos partes: el host de penetración (dispositivo de penetración) y el dispositivo de fuerza de reacción.
La función del host de la sonda táctil es presionar las varillas de la sonda con las sondas en la parte inferior en el suelo una por una. Según sus diferentes métodos de penetración, el motor principal de penetración se puede dividir en tipo de penetración intermitente y tipo de penetración continua, según sus diferentes métodos de transmisión, se puede dividir en tipo mecánico y tipo hidráulico, según sus diferentes métodos de montaje; dividirse en tipo montado en vehículo, tipo de cucharón de arrastre y tipo de piso, etc.
La función del dispositivo de fuerza de reacción es equilibrar la reacción de la resistencia a la penetración sobre el dispositivo de penetración. Desde la perspectiva del equipo, la profundidad de penetración de la penetración estática depende principalmente de tres factores: ① La capacidad del equipo de penetración; ② El tamaño de la sección transversal de la sonda de penetración y su cooperación con la varilla de la sonda; ③ El tamaño de la reacción; fuerza. Si la fuerza de reacción no es suficiente, la capacidad de todo el equipo de penetración no se aprovechará por completo. Se puede ver que el dispositivo de fuerza de reacción es muy importante. Generalmente existen dos formas de obtener la fuerza de reacción: bajando el anclaje al suelo y aprovechando el peso propio del coche. Los vehículos de penetración actuales utilizan ampliamente estos dos métodos, con buenos resultados.
Existen tres tipos de molinete: hidráulico, eléctrico y de manivela.
5. Varilla de sonda
La varilla de sonda tiene ciertas especificaciones y requisitos. La varilla de la sonda debe tener suficiente resistencia y debe estar hecha de tubos sin costura de alta resistencia, y su límite elástico no debe ser inferior a 600 MPa.
La conexión entre la varilla de la sonda y la junta debe tener una buena intercambiabilidad. Para las varillas de sonda conectadas con roscas cónicas, no debe haber sacudidas después de la conexión; para las varillas de sonda conectadas con roscas cilíndricas, las roscas deben estar bien apretadas.
La varilla de la sonda debe estar recta y libre de grietas y daños. La longitud de cada varilla de sonda es generalmente de 1 m y su diámetro debe ser el mismo que el diámetro de la sonda, pero para las sondas de un solo uso, el diámetro de la varilla de la sonda debe ser menor que el diámetro de la sonda.
6. Cables
La función del cable es conectar la sonda y el instrumento de medición y registro. Debido a las diferentes funciones de las sondas, el número de núcleos de los cables correspondientes también es diferente. El mínimo es un cable de cuatro núcleos con una única sonda de puente, y el número es de decenas de núcleos. Los núcleos deben estar blindados de cada uno. entre sí y no pueden interferir entre sí cuando se emiten señales desde el campo. Los cables deben ser impermeables y estar bien aislados, y las uniones deben estar selladas. Su diámetro debe ser menor que el diámetro interior de la varilla de la sonda para que pueda pasar a través de la varilla de la sonda suavemente y conectar la sonda y el instrumento.