功能/作用介绍
静力触探(CPT)广泛用于水利工程，工业与民用建筑工程，公路铁路，桥梁隧道工程等，探头是静力触探设备的核心部件，探头质量的好坏直接影响着静力触探实验的准▓确度。孔隙水压力静力触探简称孔压触探(CPTU)，可以同时测量锥尖阻力，侧壁摩擦力，孔隙水压力。国内孔压触探探头结构较为复杂，有些仍↓然采用对加工要求比较高的顶柱传力方式，且不适用于深度大于30m的深孔触探。针对国内探头存在的问题，本项目团队进行了探头结构设计与优化，建立数据的无线传输系统，探头的标定¤试验等工作。
通过对比研究国内外现有孔压静力触探技术，本团队设计出一种性能好，测量数据稳定可靠的孔压静力触探探头。该探头结〓构强度大，能够在20t大载荷下保持良好的静态特性，适用于深孔及较硬土层的触探;变形柱结构采用双变形柱，能够独立测量锥尖阻力和侧壁摩檫力，消除了锥尖阻◣力和侧壁摩檫力的相互干扰。检测数据实现无线□ 传输方式，实现了连续贯入，避免了探头上电缆带来的问题，特☉别是连续贯入不会丢失薄层信息，提高工程勘察精度，缩短工程勘察周期。希望最终能够提高我国静力触探技术水平，促进孔压静力触探技术在国内工程勘察中的推广和应用。
静力触探技术主要分为单桥静力触探技术(测量总的锥头阻力)、双桥静力触探技术♂(测ω量锥尖阻力和侧壁摩擦力)、孔压静力触探技术(测量锥尖阻力，侧壁摩擦力和孔隙水压力)及近几年研制成※功的其它功能静力触探技术。整个静力触探设备由三部分构成，即：静力触探探头(地层阻力传感器)，测量记录仪(测量与记录探头所受各种力学参数);贯入系统(将探头等速贯入土中)。
探头是静力触探设备的核心部件，探头质量的好坏直接影响着静力触探实验的准ぷ确度。孔压静力触探▼探头主要由锥头、摩擦筒、传感器三部分组成。锥尖装有透水层，探头在被压入土层中时，锥尖受到土的阻力，摩擦筒受到№土的摩擦力，同时土层中的水通过透水层渗水入探头内部，且具有一定的压力，这些力通过》探头内部的传感器转换成电信号，传输到地※面。技术人员将这些测量数据与土的力学性质建立经验公式，最终可以方便Ψ 的得到土的各项性能指标。
孔压静力触探探头有以下几个功能特点：
(1) 探头结构采用两个变形柱，一个变形柱测量锥尖阻力，另一个测量摩擦筒的侧壁摩擦力，由于测量相互独立不产生干扰，测得数↑据更真实、准确、可靠;
(2) 探头在双桥探头的基础上加装孔隙水压力传感器，以便在测★量锥尖阻力和侧壁摩擦力的同时测量孔隙水压力。
(3) 探头结构简单，加工制造方便，降低了加工成本，结构强度高，可以测量较硬土层的参数及适用于深孔触探;
(4) 探头摩擦筒和变形柱之间的连接是接触式的，探头■上提时，可使摩」擦筒和变形柱2脱开，变形柱2处于不受力状态，这对探头在工作时零读数的变化很有用处。
(5) 探头可以广泛应用于水◤利工程、工业与民用建筑工程、公路桥梁等工程，具备轻便、快速、分辨率高、功能多等优点，缩短工程勘察周期，节省大量勘察费用，具有很高的经济价值和广泛的应用前景。
针对国内外孔压静力触探探头的发展趋势和存在的问题，本团队设计出一种适应于深孔及︻较硬土层的新型孔压静ζ 力触探探头，本探头设计结构为双变形柱，能够独立测量锥尖阻力和侧壁摩擦力，消除了它们的相互干扰，数据准确可靠。探头检测数据采用无线传输方式，便于实现连续贯入，解决了在触探工程中电缆带来的问题。本探头作为自制教学□ 仪器集合了电、机类学』科知识，适用于实验教学工作。
主要性能及特色
教学性：(30分)根据孔压静力触探探头的工作原理和软、硬件结构组○成特征，该仪器可以应用于电类、机械类和地质工程类学科开展以下实验：
(1) 锥尖压力测量实验
(2) 侧壁摩擦力◣测量实验
(3) 孔隙水压力①测量实验
(4) 电阻应变计电桥性能测试
(5) 压电传感器测试实验
(6) 计算机数据采●集与分析
(7) 模拟信︽号传感器及信号采集
(8) 机电一体化系统的软件控制
(9) 土体原位性能测试
该探头结合配套的载重传感器式率定装置，可应用于静力触探测试方法、工程地质原位测试、传感器技术、测试技术、电工电子、机械设计、单片机技术、岩土工程、实验数据分析等课程的实验「教学。实验项目包◣含种类多，可以针对单门课程做基础性、验证性实验，也可以※做扩展设计性实验和专业综合性实验。仪器还能用于科学研究，从而促进孔压静力触探技术在我国工程、地质勘探领域的推广和应用。
科学性：(15分)孔压静力触探设备在设计过程非常注重科学『性。该探头∴不仅可以与单双桥探头一样测量锥尖阻力和侧壁摩擦力，还可以测量孔隙水压力。在我国，单双桥探头仍占统治▆地位，孔压静力触探探头应用较少。国外孔压静力触探技术比较成熟，开始使用无电缆孔压探头。该申报作品与国内外同类探头相比，探头双变形柱结构能够独立的测量锥尖阻力和侧壁摩擦力，避免了锥尖阻力和侧壁摩擦力的相互影响，提高了测量数据的准确度和可靠性。检测数据采用※无线传输的方式，为实√现连续贯入提供了保障，很好的解决了在工程勘察过程中有缆探头存在的问题。该探头结构强度①大，能够在20t大载荷下保持良好的静态特性，适用于深孔及较硬土层的触探，可节省大量的工程勘察费用。
孔压静力触探探头主要由锥头、摩擦筒、传感器、数据传输系统四部分⌒ 组成。锥尖装有透水层，探头在被压入土层中时，锥尖受到土的阻力，摩擦筒受到土的摩擦力，同时土层中的水受到孔隙压力作用通过透水层传递到探头内部，且具有一定的压力，这些力通过探头内部】的传感器转换成电信号，传输到地面。技术人员将这些测量数据与土的力学性质建立经验公式，最终可以方便的㊣得到土的各项性能指标。
仪器的科学性主要▽体现在以下几个方面：
(1) 探头结构设计为双变形柱，消除了锥尖阻力和侧壁摩檫力的相互影响，提高了测量数据的准确度和可靠性。
(2) 检测数据采用╲无线传输的方式，为实现连续贯入提供了保障，很好的解决了在工程勘察过程中有缆探头存在的问题。
(3)孔◥压静力触探轻便、快速、分辨率高、功能多、缩短工程勘察周期，节省大量勘察费用，有很高的经济效益和社会效益。
创新性：(20分)(1)在结构上，把单桥和双桥№探头改为双变形柱方式，使︾结构简单容易加工，能够独立测量锥尖阻力和侧壁摩擦力，测量数据更加准确、可靠;
(2)在监测数据上，将国内落后的有缆传输方式改为无线传输方式，解决了处理钻杆时耗费时间，电缆和连接头容易损坏，添加探杆造成的探入停顿卐常常丢失软弱薄夹层的信息等。
启发性：(15分)孔压静力触探探头可实现连续贯入，无线传输检测土体原位数据，实验内容包含基础、扩展、研究等不同层々面，涉及机械、电子、地质、岩土工程学等多种学科领域，可以提高学生对多学科交叉的认识，激发学生研究兴趣，拓展学生的∩视野，培养学生的团队合作意识▂，有利于学生的全面发展。
实用性：(20分)孔压静力触探设备易于操作、性能稳定，通用性好、安全可靠，价格低廉、广泛应用于水利♂工程、工业与民用建筑工程、公路桥梁等工程，解决了长期以来我们在进行孔压静力触探工作的瓶颈，提高了孔压静力触探效率，同时满足认】识性、科学性、综合性等实验教学环节及学生动手能力的训练的要求，有利于⊙推进素质教育，培养创新精神和实践能力。
作品名称：孔压静力触探探头
完成单位：中国地质大学(武汉)
