(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210739601.9 (22)申请日 2022.06.28 (71)申请人 大连理工大 学 地址 116024 辽宁省大连市甘井 子区凌工 路2号 (72)发明人 韩云瑞　扈晓飞　于龙　杨庆　 刘源浩　 (74)专利代理 机构 辽宁鸿文知识产权代理有限 公司 21102 专利代理师 许明章　王海波 (51)Int.Cl. G01N 33/24(2006.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 一种竖向连续贯入式界面力学特性试验装 置及其方法 (57)摘要 本发明属于岩土、 地质和环境研究技术领 域， 提出了一种竖向连续贯入式界面力学特性试 验装置及其方法。 竖向连续贯入式界面力学特性 试验装置包括作动器和新型触探仪； 新型触探仪 竖向设置多个侧壁摩擦筒， 通过一次贯入， 即可 实现结构与周围土体间的界面摩擦参数演变规 律。 新型触探仪通过安装于锥尖的测力传感器， 获得触探仪触探过程中的土体强度参数。 所提新 型触探仪兼顾传统静力触探仪的已有优点， 增加 了测量结构 ‑界面摩擦特性测量的新功能。 采用 本发明所提方法， 仅需通过一次贯入 试验即可连 续获得原位土体与结构物界面摩擦参数演变规 律， 为工程实践 中土与结构相互作用研究及工程 设计提供参数依据。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 115078695 A 2022.09.20 CN 115078695 A 1.一种竖向连续贯入式界面力学特性试验装置， 其特征在于， 该竖向连续贯入式界面 力学特性试验装置包括作动器(4)和新型触探仪(5)； 作动器(4)通过拖缆(3)连接至拖船 (1)上的拖缆终端设备(2)， 作动器(4)下表面连接新型触探仪(5)； 作动器(4)置于海床表 面， 其将新型触探 仪(5)贯入至目标土层深度； 新型触探仪(5)包括传力杆(6)、 密封顶盖(7)、 填充缝(8)、 多 组侧壁摩擦筒(9)、 拉压传 感器(10)、 锥尖阻力传感器(11)、 锥尖(12)和传力叶片(13)； 各组侧壁摩擦筒(9)间、 密封顶 盖(7)与侧壁摩擦筒(9)间以及侧壁摩擦筒(9)与锥尖(12)间均设有采用胶填缝的填充缝 (8)； 传力杆(6)一端连接作动器(4)， 另一端自密封顶盖(7)处穿入 连接至锥尖(12)； 每组侧 壁摩擦筒(9)内均设有由传力杆(6)辐射至筒壁的传力叶片(13)； 拉压传感器(10)固定于密 封顶盖(7)内、 除最后一组外的其余各组侧壁摩擦筒(9)内， 且固定连接传力 杆(6)； 锥尖阻 力传感器(11)固定于最后一组侧壁摩擦筒(9)内， 且固定连接传力杆(6)； 拉压传感器(10) 和锥尖阻力传感器(1 1)分别传输信号至拖 缆终端设备(2)。 2.根据权利要求1所述的竖向连续贯入式界面力学特性试验装置， 其特征在于， 所述拉 压传感器(10)位于侧壁摩擦 筒(9)底部中心。 3.根据权利要求1或2所述的竖向连续贯入式界面力学特性试验装置， 其特征在于， 所 述锥尖(12)与其连接的侧壁摩擦 筒(9)间通过隔水 连接带连接。 4.一种竖向连续 贯入式界面力学 特性试验方法， 其特 征在于， 具体步骤如下： 步骤1、 多组侧壁摩擦筒(9)搭载于锥尖(12)顶端， 通过作动器(4)将新型触探仪(5)贯 入至目标土层深度； 步骤2、 侧壁摩擦筒(9)间通过拉压传感器(10)相连接， 通过连续贯入， 计算相邻侧壁摩 擦筒(9)间的阻力差值， 获得土体与摩擦 筒间的界面摩擦参数衰减规 律。 5.根据权利要求4所述的竖向连续贯入式界面力学特性试验方法， 其特征在于， 所述土 体与摩擦筒间的界面摩擦参数衰减规律， 不同土况下， 其计算依据不同； 土体为砂性土时， 摩擦系数作为土与结构 界面间的主要摩擦参数； 触探试验过程中， 锥尖(12)的贯入阻力通 过锥尖阻力传感器(11)获得； 土与结构之间的摩擦系数通过测量侧壁摩擦筒(9)的摩擦力 和计算环向压力获得； 贯入过程中， 侧壁摩擦筒(9)所受到的摩擦力通过拉压阻力传感器 (10)获得； 侧壁摩擦筒(9)所受环向正应力根据其静止土压力系数和 土体重度以及土体埋 深计算得到； 根据库伦摩擦准则， 摩擦系数通过 下式计算： 其中： τ为侧壁摩擦筒(9)所受的摩擦应力， kPa； σN为侧壁摩擦筒(9)贯入过程中所受到 的压应力， kPa； σN＝K0γ′h 其中： K0为土体静置土压力系数； h为侧壁摩擦筒(9)所处试验深度， N； γ ′为土体浮重 度， N/m3； γ′与锥尖贯入阻力qt的关系按下式进行计算； 侧壁摩擦 筒(9)所受的摩擦应力 τ按下式进行计算；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115078695 A 2其中： Ff为贯入过程中侧壁摩擦 筒(9)所受的竖向摩擦力， N； Ff＝Ff,i‑Ff,i‑1 其中： Ff,i为第i个侧壁摩擦筒(9)内部的拉压传感器(10)测得的摩擦力， N； Ff,i‑1为第i‑ 1个侧壁摩擦 筒(9)内部的拉压传感器(10)测得的摩擦力， N； 某一试验深度位置 土体与结构间的相对位移按下式计算； S(n)＝nL 其中： L为单个侧壁摩擦筒(9)的高度， m； n为侧壁摩擦筒9作用的个数； 土体为粘性土 时， 试验中饱和粘性土的界面摩擦衰减系数为 其中： τmax为侧壁摩擦 筒(7)竖向连续 贯入时测得的最大剪应力， kPa。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115078695 A 3