基于声波探头的钻孔内软弱界面参数检测装置及方法

本发明涉及岩土工程测试，尤其涉及一种基于声波探头的钻孔内软弱界面参数检测装置及方法。

背景技术：

1、为确保工程建设安全顺利地进行，需要准确获取施工场地岩土体的参数。目前获取岩土体参数的方法有两种，分别是室内试验和原位测试。原位测试由于避免了取样过程中对土体的扰动，极大程度上提高了测试结果的准确性，因此也受到越来越多施工人员的青睐，原位测试方法在岩土工程勘察领域中发挥着重要的作用。但现有的原位测试所采用的测试设备以机械式为主，体积较大、自动化低，并且测试结果存在误差；另外，现有的原位测试技术还存在着测试设备较落后、测试参数较单一，无法同时获得岩土体的多个参数的缺陷，从而使得测试效率低。因此，如何提高岩土体参数测试结果的准确度和测试效率是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明实施例提供了一种基于声波探头的钻孔内软弱界面参数检测装置及方法，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷。

2、本发明的一个方面提供了一种基于声波探头的钻孔内软弱界面参数检测装置，该装置包括：

3、支架；

4、上支撑座和下支撑座，分别设置在所述支架的两端；

5、上充气橡胶和下充气橡胶，分别设置在所述上支撑座上和下支撑座上，所述上充气橡胶和下充气橡胶均具有输气管，所述输气管用于与气泵连接，以通过所述气泵实现所述上充气橡胶和下充气橡胶的充气和放气；

6、两个探头固定座，分别设置在所述支架的靠近于上支撑座和下支撑座的端部；

7、第一声波探头和第二声波探头，分别设置在两个探头固定座上，且第一声波探头和第二声波探头均用于与钻孔外部的信号采集装置连接；

8、探头移动装置，设置在所述支架上，所述探头移动装置用于驱动所述第一声波探头和第二声波探头沿水平方向移动。

9、在本发明的一些实施例中，所述探头移动装置包括驱动部件和齿轮齿条传动机构，所述驱动部件固定在所述探头固定座上，所述齿轮齿条传动机构的齿轮与所述驱动部件的输出端连接，所述齿轮齿条传动机构的齿条端部与所述第一声波探头或第二声波探头连接。

10、在本发明的一些实施例中，所述齿条设置在所述探头固定座上，且所述齿条在所述齿轮的旋转作用下沿所述探头固定座水平移动。

11、在本发明的一些实施例中，所述齿条上沿水平方向设有滑槽，所述探头固定座上设有固定块，所述固定块位于所述滑槽内。

12、在本发明的一些实施例中，所述第一声波探头和/或第二声波探头包括探头本体、辐射体和配重块，所述辐射体呈锥形状，所述探头本体设置在所述辐射体的顶部平面上，所述配重块位于所述探头本体的顶部。

13、在本发明的一些实施例中，所述第一声波探头和/或第二声波探头的探头本体的材料为压电陶瓷晶体。

14、在本发明的一些实施例中，所述第一声波探头和/或第二声波探头还包括屏蔽罩和锁环，所述锁环位于所述探头本体和所述辐射体之间，所述屏蔽罩套设在所述探头本体和所述配重块的外部。

15、在本发明的一些实施例中，

16、所述装置还包括上盖板、下盖板、第一连接件和第二连接件；

17、所述上盖板设置在所述上充气橡胶的顶部，所述下盖板设置在所述下充气橡胶的底部；

18、所述第一连接件用于连接所述上支撑座和下支撑座；

19、所述第二连接件用于连接所述上盖板和所述上支撑座，或用于连接所述下盖板和所述下支撑座，所述第二连接件的数量为多个，多个所述第二连接件沿所述上充气橡胶和下充气橡胶的内壁间隔且均匀设置，各所述第二连接件与所述上充气橡胶或所述下充气橡胶的内壁紧密接触。

20、根据本发明的另一方面，还公开了一种基于声波探头的钻孔内软弱界面参数检测方法，所述方法采用如上任一实施例所述的基于声波探头的钻孔内软弱界面参数检测装置，且所述方法包括：

21、并将所述基于声波探头的钻孔内软弱界面参数检测装置下放至钻孔内的预设深度；

22、为上充气橡胶和下充气橡胶注入气体，注入气体的上充气橡胶和下充气橡胶使检测装置固定在钻孔的孔壁上；

23、通过探头移动装置水平移动所述第一声波探头和第二声波探头，使所述第一声波探头和第二声波探头均与岩土体接触；

24、第一声波探头发射声波，第二声波探头接收所述声波，基于所述第二声波探头接收到的所述声波的时间与所述第一声波探头发射声波的时间计算时间差，基于所述时间差、第一声波探头和第二声波探头之间的距离计算纵波速度；

25、基于所述纵波速度计算岩体软弱界面的参数。

26、在本发明的一些实施例中，所述岩体软弱界面的参数包括岩体软弱界面的岩土体的含水率、粘聚力、湿密度和内摩擦角；

27、所述含水率、粘聚力、湿密度和内摩擦角满足如下公式：

28、v＝0.219ω3-14.484ω3+344.894ω3-1886.281；

29、v＝-0.046c3+5.157c2-207.015c+3808.479；

30、v＝2638.22×ρ-4635.39；

31、v＝-0.140φ3+10.520φ2-284.016φ+3581.144；

32、其中，v为纵波速度，ω为含水率，c为粘聚力，φ为内摩擦角、ρ为湿密度。

33、本发明的基于声波探头的钻孔内软弱界面参数检测装置及方法，包括上充气橡胶、下充气橡胶、第一声波探头、第二声波探头以及探头移动装置，探头移动装置可驱动第一声波探头和第二声波探头水平移动以使探头与岩土体接触，从而实现岩土体的参数的测试，该装置采用声波探头，具有操作简单、设备轻便高效的优点，从而提高了测试效率；并且声波探头测得的信号为无损信号，从而可提高测试结果的精确度，因而本申请的基于声波探头的钻孔内软弱界面参数检测装置具有测试结果准确度高以及测试效率高的优点。

34、本发明的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在说明书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。

35、本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。

技术特征：

1.一种基于声波探头的钻孔内软弱界面参数检测装置，其特征在于，该装置包括：

2.根据权利要求1所述的基于声波探头的钻孔内软弱界面参数检测装置，其特征在于，所述探头移动装置包括驱动部件和齿轮齿条传动机构，所述驱动部件固定在所述探头固定座上，所述齿轮齿条传动机构的齿轮与所述驱动部件的输出端连接，所述齿轮齿条传动机构的齿条端部与所述第一声波探头或第二声波探头连接。

3.根据权利要求2所述的基于声波探头的钻孔内软弱界面参数检测装置，其特征在于，所述齿条设置在所述探头固定座上，且所述齿条在所述齿轮的旋转作用下沿所述探头固定座水平移动。

4.根据权利要求3所述的基于声波探头的钻孔内软弱界面参数检测装置，其特征在于，所述齿条上沿水平方向设有滑槽，所述探头固定座上设有固定块，所述固定块位于所述滑槽内。

5.根据权利要求1所述的基于声波探头的钻孔内软弱界面参数检测装置，其特征在于，所述第一声波探头和/或第二声波探头包括探头本体、辐射体和配重块，所述辐射体呈锥形状，所述探头本体设置在所述辐射体的顶部平面上，所述配重块位于所述探头本体的顶部。

6.根据权利要求5所述的基于声波探头的钻孔内软弱界面参数检测装置，其特征在于，所述第一声波探头和/或第二声波探头的探头本体的材料为压电陶瓷晶体。

7.根据权利要求6所述的基于声波探头的钻孔内软弱界面参数检测装置，其特征在于，所述第一声波探头和/或第二声波探头还包括屏蔽罩和锁环，所述锁环位于所述探头本体和所述辐射体之间，所述屏蔽罩套设在所述探头本体和所述配重块的外部。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的基于声波探头的钻孔内软弱界面参数检测装置，其特征在于，

9.一种基于声波探头的钻孔内软弱界面参数检测方法，其特征在于，所述方法采用如权利要求1至8中任意一项所述的基于声波探头的钻孔内软弱界面参数检测装置，且所述方法包括：

10.根据权利要求9所述的基于声波探头的钻孔内软弱界面参数检测方法，其特征在于，所述岩体软弱界面的参数包括岩体软弱界面的岩土体的含水率、粘聚力、湿密度和内摩擦角；

技术总结本发明提供一种基于声波探头的钻孔内软弱界面参数检测装置及方法，该装置包括：支架；上支撑座和下支撑座，分别设置在支架的两端；上充气橡胶和下充气橡胶，分别设置在上支撑座上和下支撑座上，上充气橡胶和下充气橡胶均具有输气管，输气管用于与气泵连接，以通过气泵实现上充气橡胶和下充气橡胶的充气放气；两个探头固定座，分别设置在支架的靠近于上支撑座和下支撑座的端部；第一声波探头和第二声波探头，分别设置在两个探头固定座上，且第一声波探头和第二声波探头均用于与钻孔外部的信号采集装置连接；探头移动装置，设置在支架上，探头移动装置用于驱动第一声波探头和第二声波探头沿水平方向移动。该装置提高了测试结果的准确度及测试效率。技术研发人员：宋占亭,包含,兰恒星,晏长根,李郎平,郑涵,董忠红,孙巍锋,马扬帆,吕洪涛,刘长青,李昌波,吉琛琳,王耿,胡庆豪受保护的技术使用者：长安大学技术研发日：技术公布日：2024/6/20