정적 침투 시험 방법 장비

(1) 일반적으로 사용되는 정적 탐침 기기 소개

1.CLD 정적 침투-크로스 플레이트 전단 이중 용도 기기

쓰촨 건축과학연구원과 화동전력설계원에서 연구하여 현재 상해신웨이기계공장, 저장남광지질기기공장, 장쑤 여고공사조사기계공장에서 생산하고 있습니다 (본 책 6 장 그림 6-3 참조).

모델 CLD- 1 최대 침입 2t, 총 중량 (도구 포함) 0.2t, 프로브 면적 10cm2, 블레이드 크기 50kg ×100mm 이 기계는 가볍고 다재다능해서 부드러운 토양 지역에 특히 적합하다.

CLD-3 형, 최대 침투력 3t, 호스트 무게 65kg, 양쪽에서 수동으로 조작할 수 있습니다. 메인 프레임은 CLD- 1 형보다 견고하고 다른 사양은 CLD- 1 형과 동일합니다. 이 기계는 CLD- 1 에 비해 관통력이 더 크고 가벼우며 관통 깊이도 그에 따라 증가합니다.

2. 매달린 정전기 탐지기

철도부 과학연구원 제 3 설계원 설계, 저장닝보 측량기계공장 (현 진해전신공장 측량기계분공장) 생산, 모델 DY-5. 이 기계는 부피가 작고, 무게가 가볍고, 구조가 치밀하여 가벼운 정전기 탐지기에 속한다. 주요 기술 매개변수는 다음과 같습니다. 정격 드릴링력은 5t, 정격 기울기력은 7.6t, 드릴링 속도는 0.5-1.6M/분, 기울기 속도는 3M/분, 실린더 스트로크는 0.5m 입니다. .....

MJ-2 형 견인 정적 탐침기는 중국 선박공업그룹 조사연구원이 개발했으며, 항저우 푸양과학기기공장에서 생산되며 가볍고 유연하며 점유 면적이 작고 성능이 안정적이라는 장점이 있어 중형 탐침 장비다. 주요 성능 및 기술 사양은 다음과 같습니다: 총 침입 10t, 침투 속도 1m/min, 인장 속도 2m/min, 최대 스트로크 1.2m

3. 정적 로버

현재 국내에서 CPT 차량을 생산하는 공장이 많은데, 주로 저장닝보 측량기계공장, 장쑤 여고측량기계공장, 대련 들것 기계공장, 선양탐광기계공장, 상하이 지질기기공장 등이 있습니다. 각 공장에서 생산한 관통차의 침투 능력은 20t 에 달했고, 모두 폐쇄된 차피가 있어 야외 작업에 사용할 수 있어 기후조건의 영향을 받지 않는다.

절강 닝보 측량 기계 공장의 제품 규격은 표 2-2 에 나와 있다.

(2) 프로브

1. 프로브 유형 및 사양

프로브는 정적 프로브의 핵심 구성 요소입니다. 여기에는 엄격한 사양과 품질 요구 사항이 있는 마찰 실린더와 테이퍼 헤드 두 부분이 포함되어 있습니다. 현재 국내외에서 사용되는 프로브는 세 가지 유형으로 나눌 수 있다 (그림 2-22 참조).

(1) 전용 (브리지) 프로브: 중국 고유의 프로브 유형입니다. 테이퍼와 재킷을 연결하므로 하나의 매개변수만 측정할 수 있습니다. 이 프로브는 구조가 간단하고, 비용이 저렴하며, 내구성이 뛰어나 국내에서 가장 널리 사용되는 프로브이다. 우리나라의 정적 침투 기술의 발전과 응용에 적극적인 추진 작용을 하였다. 1960 년대 초 응용한 이래 상당히 풍부한 경험을 축적하여 대량의 실험 결과와 토양의 공학적 성질 사이의 경험관계를 맺었다. 테스트 비용이 낮기 때문에, 조사 기관에 널리 채택되었다. 그러나 이런 탐침 기능이 적고 규격이 국제표준과 통일되지 않아 국제교류에 불편하고 적용이 제한된다는 점을 지적해야 한다.

(2) 이중 용도 (브리지) 프로브: 테이퍼 헤드와 마찰 실린더를 분리하여 테이퍼 헤드 저항과 측벽 마찰의 두 매개변수를 동시에 측정할 수 있는 프로브입니다. 국내외에서 광범위하게 사용되고, 용도가 광범하다.

표 2-2 닝보 조사 기계 공장 생산 침투기

(3) 다목적 (구멍 압력) 프로브: 일반적으로 이중 용도 프로브를 기반으로 프로브에서 발생하는 초과 구멍 수압을 측정할 수 있는 프로브를 설치합니다. 70 년대 말, 외국에서 응용되었다. 국내에는 중국 지질대학에서 도입한 휘고와 같은 다양한 종류의 정전기 탐지기가 도입되었다. 국내는 이미 성공적으로 연구되었다. 예를 들면 상해동제대가 개발한 공극 압력 탐침과 같이, 저장온령 남광지질기기 공장은 이미 생산되었다. 철도부 연구원에서 개발한 공극 압력 프로브도 있습니다. 구멍 틈새 압력 프로브는 원뿔 끝 저항, 측면 벽 마찰 저항 및 구멍 틈새 수압의 최소 세 가지 매개변수를 측정할 수 있습니다. 그것은 기능이 많고 용도가 넓어서 외국에서 이미 광범위하게 응용되었다. 중국에서는 점점 더 많이 사용될 것입니다.

또한 파속, 우물 경사, 온도, 밀도를 측정할 수 있는 다기능 프로브가 있어 일일이 소개하지 않습니다. 일반적인 프로브 사양은 표 2-3 에 나와 있습니다.

프로브 기능이 많을수록 테스트 결과가 많을수록 적용이 넓어집니다. 그러나 해당 테스트 및 유지 보수 비용도 높습니다. 따라서 테스트 목적과 조건에 따라 적절한 프로브를 선택해야 합니다. 표 2-3 에 나열된 프로브의 바닥 면적은 주로 다른 토양 강도에 적응하기 위한 것이다. 프로브의 바닥 면적이 클수록 견딜 수 있는 압축 강도가 높아집니다. 또 다른 이유는 추가 센서를 설치할 공간이 더 많기 때문이다. 그러나 일반 토층에서는 국제 표준 프로브 (예: 정점 각도 60, 바닥 면적 65,438+00cm2, 측면 벽 마찰통 표면적 65,438+050cm2 의 프로브) 를 우선적으로 사용하여 기술 교류를 수행함으로써 응용과 브레인스토밍을 용이하게 해야 합니다.

그림 2-22 정적 프로브 유형

A. 일회성 프로브 B. 이중 용도 프로브; C. 다목적 프로브

1-원추; 2- 상단 기둥; 3-저항 스트레인 게이지; 4 센서 5-재킷 튜브; 6-단일 프로브 프로브 튜브 또는 이중 프로브 측벽 센서; 7-단일 목적 프로브의 프로브 조인트 또는 이중 목적 프로브의 마찰통; 8-프로브 커넥터; L--일회용 프로브의 유효 측벽 길이; D- 테이퍼 헤드 지름; 알파 테이퍼 각도

표 2-3 일반적으로 사용되는 프로브 사양

프로브 설계와 관련된 문제

이 문제는 간단하게 설명할 수 있다. ① 탐침 빈 기둥과 그 기둥 사이에는 좋은 접촉이 있어야 하고, 구슬 접촉이 가장 좋으며, 센서가 힘을 고르게 하여 가공하기 쉽다는 것이다. ② 중공 기둥 (탄성 요소) 가공을 위한 강재는 강도 높고, 신축성이 좋고, 성능이 안정적이며, 열팽창 계수가 작고, 부식에 내성이 있어야 합니다. 국내에서는 일반적으로 60Si2Mn (스프링 강) 과 40CrMn 강철로 속이 빈 기둥을 만든다. 기타 부품은 40Cr 또는 45 강철을 사용할 수 있으며 열처리가 필요합니다. ③ 공식 (2-4 1) 에 따라 빈 기둥의 변형은 지층 저항과 빈 기둥의 원형 단면과 관련이 있다. 같은 지층 저항 하에서 변형이 클수록 (즉, 민감할수록) 견딜 수 있는 최대 하중이 작아진다. 둘 다 고려하려면 위에서 설명한 바와 같이 좋은 강철을 선택할 수 있다. 하지만 그것으로는 충분하지 않습니다. 다른 지역, 다른 단단한 토양 침투 요구를 충족시키기 위해 제조업체는 일반적으로 여러 가지 정격 하중의 프로브를 생산합니다 (중공 기둥 재료는 항상 다른 단면적 영역과 동일). 일반적으로 부드러운 토양 지역에서는 더 민감한 정격 하중이 적은 프로브를 선택할 수 있습니다. 반대로 정격 부하가 큰 프로브를 선택합니다. ④ 철도부' 정적 침투 실험 기술 규정' (TBJ37-93) 은 프로브 사양, 각 부분의 가공 공차 및 업데이트 기준이 표 2-4, 표 2-5, 그림 2-23, 그림 2-24 의 요구 사항을 충족해야 한다고 규정하고 있습니다. ⑤ 프로브의 절연 성능은 다음과 같은 규정을 준수해야 한다. 프로브의 공장 출하 시 절연 저항은 500MΩ 보다 커야 하며, 정전압은 500kPa 시간을 유지해야 한다. 현장 실험용 프로브의 절연 저항은 20MΩ 이상이어야 한다. ⑥ 다양한 프로브의 경우 원뿔 바닥부터 1000mm 길이 범위 내에서 연결된 부재의 지름은 프로브 지름보다 클 수 없습니다. 프로브와 토양 사이의 마찰 저항을 줄이기 위해 마찰 저항을 늘려야 할 경우 이 규정 범위 위에만 설치할 수 있습니다. ⑦ 프로브는 습기 방지, 방진 전용 프로브 박스 (상자) 를 갖추고 건조하고 서늘한 곳에 보관해야 한다.

표 2-4 단일 브리지 프로브 사양

표 2-5 이중 브리지 프로브 및 기공 압력 프로브 사양

계속됨

참고: ①a=FA/A, FA= 1/4πd2, 공압프로브 a 값은 제한되지 않습니다.

②e 1 및 E2 는 작동 상태의 간격입니다.

그림 2-23 단일 브리지 프로브 프로파일

그림 2-24 이중 브리지 프로브 (위) 및 구멍 압력 프로브 (아래) 의 모양

(3) 측정 및 기록 장비

국내의 거의 모든 정적 침투 실험은 저항 변형 센서를 사용한다. 따라서 기록 기기에는 주로 4 가지가 있습니다: ① 저항 스트레인 게이지; ② 플로터 자동 기록; ③ 디지털 동력계; ④ 데이터 수집 장비 (마이크로 컴퓨터).

1. 저항 스트레인 게이지

1960 년대부터 70 년대 중반까지 저항 스트레인 게이지가 사용되었습니다. 저항 변이계는 감도가 높고, 범위가 크며, 정확도가 높고, 안정성이 좋다는 장점이 있다. 그러나 그 작업은 수동 조정 균형과 추적 판독에 의존하여 오차가 발생하기 쉽다. 또한 연속적으로 읽을 수 없고, 간격으로만 읽을 수 있으며 (일반적으로 5- 10s, 즉 매번 10-20cm 를 관통하는 경우), 연속적으로 변하는 사운 딩 곡선을 얻을 수 없습니다. 개선된 결과, 상하이 신웨이기계공장에서 생산된 디지털 동력계와 신달통신공장에서 생산한 JC-X2 정적 탐침기와 같은 디지털 측정기가 등장했다. (윌리엄 셰익스피어, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 과학명언) 디지털 로드셀은 이전에 사용한 스트레인 게이지에 비해 크기가 작고 무게가 가벼우며 수동 추적이 필요하지 않으며 디지털 디스플레이 시 오류가 발생하기 쉽다는 장점이 있습니다. 교정 계수를 기기에 입력하여 저항 값을 직접 읽을 수도 있습니다. 우한 측량원 설계, 우한 무선 발전소에서 생산된 디지털 동력계는 이러한 기능을 갖추고 있다. 이 두 가지 기기의 주요 단점은 수동 녹음이 필요하다는 것이다.

2. 자동 레코더

자동 녹음을 위해 자동 녹음기가 나타났다. 국내에서 생산된 자동 정적 터치 레코더는 모두 전자 전위기로 개조한 것이다. 이 전자 전위차계는 모두 하나의 측정 범위만 가지고 있다. 높은 저항 지층에서 프로브의 정격 저항을 측정하기 위해 소프트 지층에서의 측정 정확도를 보장하기 위해 일반적으로 브리지 전원 공급 전압을 변경하는 방법을 사용합니다. 초기 기기는 선택적인 고정교압법으로, 일반적으로 4-5 급으로 나뉘며, 교량압은 각각 2, 4, 6, 8, 10V 로 지층 경도에 따라 선택할 수 있습니다. 이 방법의 장점은 전압이 안정적이고 신뢰성이 높다는 것이다. 그러나 데이터 정리 작업량이 많다. 현재 브리지 전원 공급 장치의 전압을 지속적으로 조절할 수 있는 자동 레코더가 있다. 그림 2-25 는 ZSJ-2 형 이중 펜 자동 레코더의 작동 구조도입니다.

(1) 자동 레코더 작동 원리: 그림 2-25 에서 볼 수 있듯이 센서에서 방출되는 테스트된 DC 신호는 기기의 보상 전압과 비교되어 불균형 전압을 생성하며 확대기를 통해 105-6 배 확대되어 충분한 전력으로 가역 모터 회전을 구동할 수 있습니다. 가역 모터는 측정 회로에서 슬립 라인 저항의 롤링 접촉을 구동하는 기계식 변속기 세트를 통해 보상 전압이 테스트된 신호와 균형을 이루도록 합니다. 드라이브 포인터와 터치 핀은 눈금을 따라 좌우로 이동합니다. 이때 증폭기에 신호 입력 출력이 없고 모터가 회전을 중지하며 눈금의 포인터에 표시된 값은 측정된 신호의 전압 값입니다. 측정된 신호가 변경되면 새로 생성된 전위차 신호가 증폭기로 전송되어 슬라이딩 저항의 롤링 접점이 새로운 균형점으로 이동하고, 테스트된 신호와 보상 전압이 새로운 균형점에 도달하고, 포인터가 새 위치로 이동합니다.

동시에, 동기화 기계는 전동 매커니즘을 통해 일정한 속도로 기록지를 굴린다. 이렇게 하면 포인터가 움직이고 종이가 스크롤됨에 따라 기록 펜은 각 깊이 측정 신호의 크기, 즉 정적 사운 딩 곡선을 지속적으로 기록합니다.

(2) 기기의 주요 부품: 급지기구를 제외한 이중 펜 레코더의 각 부분은 두 세트로 구성되어 있습니다.

그림 2-25ZSJ-2 이중 펜 자동 레코더 작동 구조도

1 회로 측정: 트랜지션과 마찬가지로 이중 브리지 회로를 사용합니다. 단, 자동 레코더는 DC 내교를 사용하여 DC 신호를 전송합니다. 외부 브리지에 안정적인 DC 전압을 제공하기 위해 자동 레코더에는 브리지 전압 조절 전원 공급 장치가 추가되었습니다. 레귤레이터 범위는 일반적으로 0-20V 로, 프로브를 교정하고 서로 다른 소프트 지층을 관통하는 요구를 충족하기 위해 지속적으로 조절할 수 있습니다.

② 트랜지스터 증폭기: 레코더에서 증폭기의 역할은 측정 회로에서 보내온 DC 신호 △U 를 증폭시켜 가역모터 회전을 구동하기에 충분한 AC 신호로, DC 신호 △U 의 극성이 변경되면 출력된 AC 신호의 위상도 변경되어 가역모터가 정방향을 구동하여 측정 시스템이 자동 균형을 이루도록 하는 것이다.

③ 가역 모터: 그 역할은 이미 언급되었다.

④ 기기의 급지 메커니즘: 정적 침투 자동 레코더는 측정 신호를 표시하는 것 외에도 깊이에 따른 신호 변화를 종이 테이프에 기록하여 지층의 각 위치에 대한 저항값을 적시에 정확하게 기록해야 합니다. 따라서 레코더는 원래 포텐쇼미터 용지 제거 시스템의 동기 모터를 한 쌍의 싱크로 대체합니다. 각도 변이기와 마찰륜은 기어 세트를 통해 연결되어 발성 호스트의 섀시에 설치되므로 마찰륜이 발성봉에 가까워집니다. 발성봉을 누르면 마찰륜이 그에 따라 회전하여 발사기의 회전자를 움직이게 한다. 수신기는 기기 안에 고정되어 있으며 급지 매커니즘의 기어 세트에 연결되어 있습니다. 송신기가 회전하면 기록 용지가 1: 100 (또는 기타) 에 비례하여 움직이도록 하여 사운 딩을 기록합니다.

(3) 장단점: 자동 레코더는 변이판에 비해 변이에 민감하지 않고 측정 범위가 작다. 자동 레코더에는 깊이 제어 장치가 있어 토층의 침투 저항 곡선을 지속적으로 자동으로 기록하여 야외 작업의 효율성과 품질을 높임으로써 현재 가장 널리 사용되고 있습니다.

3. 디지털 로드셀

디지털 동력계는 정밀한 테스트 기기이다. 이 기기는 부피가 작고, 무게가 가볍고, 정확도가 높고, 안정적이고, 사용하기 쉽고, 항관저항 직독, 관입지수 계산이 간단하다는 장점이 있는 여러 자리 숫자를 표시할 수 있다. 휴대용 체인 블레이드 정적 터치기의 세트 측정기로 이미 여러 나라에서 생산되었다. 이런 기구의 단점은 간격 판독값과 수동 기록이다.

정적 탐사에 마이크로 컴퓨터 적용

위에서 설명한 측정 기록기의 기능이 완벽하지 않아, 어떤 것은 수동 간격 판독만 할 수 있고, 그림을 그릴 수 없다. 어떤 것은 그림만 그릴 수 있고, 인쇄된 데이터는 표시할 수 없다. 이 기기들은 일반 생산의 수요를 충족시킬 수 있지만, 데이터를 정리할 때 업무량이 많고 비효율적이다. 마이크로컴퓨터로 데이터를 수집하고 처리하는 것은 정적 침투 실험에서 광범위하게 응용되었다. 상하이 지질기기 공장과 장춘지질 * * * * * 연구소가 공동으로 개발한 GCJW- 1 정적 터치 마이크로컴퓨터 실시간 처리 시스템은 모든 작업이 한자-기계 대화 방식을 사용하여 일반인이 쉽게 파악하고 조작할 수 있도록 합니다. 사운 딩 중에 테이퍼 끝 저항과 깊이 곡선, 측벽 마찰과 깊이 곡선을 동시에 그릴 수 있습니다. 구멍이 되면 마찰비와 깊이 사이의 관계 커브를 자동으로 그릴 수 있습니다. 인간-기계 대화를 통해 레이어를 지정하고 레이어 히스토그램을 자동으로 그려 각 레이어의 레벨 수, 레벨 레벨, 레벨 두께, 레벨 및 사운 딩 매개변수 값을 인쇄할 수 있습니다. 이 시스템은 작업 매개변수 선택, 매개변수 처리, 공식 선택, 한자 그리기 헤더 및 차트 등에서 유연하고 참신합니다. , 다양한 정적 터치 머신과 함께 사용할 수 있습니다. 더구나 중국 지질대학이 네덜란드에서 도입한 공압입관기와 같이 송곳 끝 저항, 측벽 마찰 저항, 구멍 틈새 수압, 구멍 경사 등 네 가지 매개변수를 동시에 측정할 수 있으며 디지털 디스플레이, 테이프 기록 및 인쇄를 위해 다양한 곡선을 동시에 그릴 수 있습니다. 데이터 수집 및 처리는 전적으로 마이크로컴퓨터에 의해 수행됩니다 (그림 2-26 참조).

(4) 침투 시스템

정적 침투 실험의 침투 시스템은 침투기 (침투 장치) 와 반력 장치 두 부분으로 구성되어 있다. 원추형 침투기의 역할은 바닥에 프로브가 있는 탐침대를 흙에 누르는 것이다. 침투 방식에 따라 테이퍼 침투 엔진은 간헐적 침투형과 연속 침투형으로 나눌 수 있습니다. 전동방식에 따라 기계식과 유압식으로 나눌 수 있습니다 (그림 2-27 참조). 조립 방식에 따라 차량식, 견인식, 착지식으로 나눌 수 있습니다.

반작용 장치의 작용은 침투 저항이 침투 장치에 미치는 반작용을 균형있게 하는 것이다. 장비의 관점에서 볼 때, 정적 침투의 침투 깊이는 주로 세 가지 요인에 달려 있다: 1 설비를 관통하는 능력; (2) 프로브 단면의 크기와 프로브와의 협력; ③ 반작용력의 크기. 반력이 부족하면 전체 침투 설비의 능력이 충분히 발휘되지 않아 반작용력 장치가 매우 중요하다는 것을 알 수 있다. 반작용력을 얻는 두 가지 방법이 있다: 지면을 고정시키는 것과 자동차를 이용하는 자중. 현재, 이 두 가지 방법 모두 탐사차에서 종합적으로 응용되어 효과가 좋다. 유압, 전기 및 수동의 세 가지 유형의 앵커 윈치가 있습니다.

현재 닻을 내리고 있는 닻은 단익이 되어 토체에 대한 교란이 적고 닻을 내리기가 더 쉽다. 베인 지름은 200, 250, 300, 400mm 등이 있습니다. 필요한 반작용력과 토층 경도에 따라 지름이 다른 지면 앵커를 선택해야 합니다. 앵커 깊이는 약1.0-1.5m ... 일반 지층에서 각 앵커는 10-20kn 의 반작용력을 제공합니다. 보통 2 ~ 4 개의 아나운서가 있고, 많으면 6 ~ 8 개입니다.

지앵커 반력이 침투 깊이 요구 사항을 충족하지 못하고 지앵커 수를 늘리거나 다른 반력 방안으로 전환하기 어려운 경우 탐침에 감모제를 추가하는 것을 고려해 볼 수 있습니다. 감모 장치 외부 지름은 탐봉 외부 지름보다 크며 탐봉 마찰통 위 1m 외부 위치에 추가됩니다. 토양의 탐침에 대한 마찰 저항을 약화시켜 동등한 설비 조건 하에서 침투 깊이를 증가시키는 효과를 얻을 수 있다.

(5) 프로브 바

또한 특정 사양과 요구 사항이 있습니다. 프로브는 충분한 강도를 가져야 하며, 항복 강도가 600MPa 이상인 고강도 이음매없는 파이프를 사용해야 합니다. 프로브와 커넥터 간의 연결은 좋은 상호 교환성을 가져야 합니다. 테이퍼 스레드로 연결된 탐봉 연결 후 흔들면 안 됩니다. 원통형 스레드로 연결된 탐침은 스레드와 어깨 사이에 조여야 합니다. 탐침은 평평하고 균열과 손상이 없어야 한다. 각 탐침의 길이는 일반적으로 1m 이며 해당 지름은 프로브 지름과 같아야 합니다. 그러나 개별 프로브의 프로브 로드 지름은 프로브 지름보다 작아야 합니다.

(6) 케이블

케이블의 기능은 프로브와 측정 기록 기기를 연결하는 것이다. 프로브의 기능이 다르기 때문에 해당 케이블의 코어 수도 단일 브리지 프로브의 4 코어 케이블에서 수십 코어에 이르기까지 다양합니다. 커널은 서로 차폐해야 하며, 신호를 출력할 때 서로 간섭해서는 안 된다. 케이블은 방수 절연되어야 하고, 커넥터는 밀봉해야 한다. 프로브를 성공적으로 통과하고 프로브를 기기에 연결할 수 있도록 지름이 프로브의 내부 지름보다 작아야 합니다.

그림 2-26 공극 압력 침투 데이터 수집 시스템

그림 2-27 probe 호스트의 일반적인 유형

1- 실린더; 2- 피스톤로드; 3- 스탠드 ： 4 프로브 5- 염기; 6-고압 파이프 라인; 7- 패드; 8-더스트 커버; 9-프로브 10- 나사; 11-너트; 12- 변속기; 13- 감독 14- 모터; 15- 케이블 16- 크랭크; 17- 스프로킷 ： 18- 기어 풀리; 19-가압 체인; 20-장축 핀; 21-헤링본 압력판; 22-패드