功能/作用介紹
靜力觸探(CPT)廣泛用于水利工程，工業與民用建筑工程，公路鐵路，橋梁隧道工程等，探頭是靜力觸探設備的核心部件，探頭質量的好壞直接影響著靜力觸探實驗的準確度?？紫端畨毫o力觸探簡稱孔壓觸探(CPTU)，可以同時測量錐尖阻力，側壁摩擦力，孔隙水壓力。國內孔壓觸探探頭結構較為復雜，有些仍然采用對加工要求比較高的頂柱傳力方式，且不適用于深度大于30m的深孔觸探。針對國內探頭存在的問題，本項目團隊進行了探頭結構設計與優化，建立數據的無線傳輸系統，探頭的標定試驗等工作。
通過對比研究國內外現有孔壓靜力觸探技術，本團隊設計出一種性能好，測量數據穩定可靠的孔壓靜力觸探探頭。該探頭結構強度大，能夠在20t大載荷下保持良好的靜態特性，適用于深孔及較硬土層的觸探;變形柱結構采用雙變形柱，能夠獨立測量錐尖阻力和側壁摩檫力，消除了錐尖阻力和側壁摩檫力的相互干擾。檢測數據實現無線傳輸方式，實現了連續貫入，避免了探頭上電纜帶來的問題，特別是連續貫入不會丟失薄層信息，提高工程勘察精度，縮短工程勘察周期。希望最終能夠提高我國靜力觸探技術水平，促進孔壓靜力觸探技術在國內工程勘察中的推廣和應用。
靜力觸探技術主要分為單橋靜力觸探技術(測量總的錐頭阻力)、雙橋靜力觸探技術(測量錐尖阻力和側壁摩擦力)、孔壓靜力觸探技術(測量錐尖阻力，側壁摩擦力和孔隙水壓力)及近幾年研制成功的其它功能靜力觸探技術。整個靜力觸探設備由三部分構成，即：靜力觸探探頭(地層阻力傳感器)，測量記錄儀(測量與記錄探頭所受各種力學參數);貫入系統(將探頭等速貫入土中)。
探頭是靜力觸探設備的核心部件，探頭質量的好壞直接影響著靜力觸探實驗的準確度?？讐红o力觸探探頭主要由錐頭、摩擦筒、傳感器三部分組成。錐尖裝有透水層，探頭在被壓入土層中時，錐尖受到土的阻力，摩擦筒受到土的摩擦力，同時土層中的水通過透水層滲水入探頭內部，且具有一定的壓力，這些力通過探頭內部的傳感器轉換成電信號，傳輸到地面。技術人員將這些測量數據與土的力學性質建立經驗公式，最終可以方便的得到土的各項性能指標。
孔壓靜力觸探探頭有以下幾個功能特點：
(1) 探頭結構采用兩個變形柱，一個變形柱測量錐尖阻力，另一個測量摩擦筒的側壁摩擦力，由于測量相互獨立不產生干擾，測得數據更真實、準確、可靠;
(2) 探頭在雙橋探頭的基礎上加裝孔隙水壓力傳感器，以便在測量錐尖阻力和側壁摩擦力的同時測量孔隙水壓力。
(3) 探頭結構簡單，加工制造方便，降低了加工成本，結構強度高，可以測量較硬土層的參數及適用于深孔觸探;
(4) 探頭摩擦筒和變形柱之間的連接是接觸式的，探頭上提時，可使摩擦筒和變形柱2脫開，變形柱2處于不受力狀態，這對探頭在工作時零讀數的變化很有用處。
(5) 探頭可以廣泛應用于水利工程、工業與民用建筑工程、公路橋梁等工程，具備輕便、快速、分辨率高、功能多等優點，縮短工程勘察周期，節省大量勘察費用，具有很高的經濟價值和廣泛的應用前景。
針對國內外孔壓靜力觸探探頭的發展趨勢和存在的問題，本團隊設計出一種適應于深孔及較硬土層的新型孔壓靜力觸探探頭，本探頭設計結構為雙變形柱，能夠獨立測量錐尖阻力和側壁摩擦力，消除了它們的相互干擾，數據準確可靠。探頭檢測數據采用無線傳輸方式，便于實現連續貫入，解決了在觸探工程中電纜帶來的問題。本探頭作為自制教學儀器集合了電、機類學科知識，適用于實驗教學工作。
主要性能及特色
教學性：(30分)根據孔壓靜力觸探探頭的工作原理和軟、硬件結構組成特征，該儀器可以應用于電類、機械類和地質工程類學科開展以下實驗：
(1) 錐尖壓力測量實驗
(2) 側壁摩擦力測量實驗
(3) 孔隙水壓力測量實驗
(4) 電阻應變計電橋性能測試
(5) 壓電傳感器測試實驗
(6) 計算機數據采集與分析
(7) 模擬信號傳感器及信號采集
(8) 機電一體化系統的軟件控制
(9) 土體原位性能測試
該探頭結合配套的載重傳感器式率定裝置，可應用于靜力觸探測試方法、工程地質原位測試、傳感器技術、測試技術、電工電子、機械設計、單片機技術、巖土工程、實驗數據分析等課程的實驗教學。實驗項目包含種類多，可以針對單門課程做基礎性、驗證性實驗，也可以做擴展設計性實驗和專業綜合性實驗。儀器還能用于科學研究，從而促進孔壓靜力觸探技術在我國工程、地質勘探領域的推廣和應用。
科學性：(15分)孔壓靜力觸探設備在設計過程非常注重科學性。該探頭不僅可以與單雙橋探頭一樣測量錐尖阻力和側壁摩擦力，還可以測量孔隙水壓力。在我國，單雙橋探頭仍占統治地位，孔壓靜力觸探探頭應用較少。國外孔壓靜力觸探技術比較成熟，開始使用無電纜孔壓探頭。該申報作品與國內外同類探頭相比，探頭雙變形柱結構能夠獨立的測量錐尖阻力和側壁摩擦力，避免了錐尖阻力和側壁摩擦力的相互影響，提高了測量數據的準確度和可靠性。檢測數據采用無線傳輸的方式，為實現連續貫入提供了保障，很好的解決了在工程勘察過程中有纜探頭存在的問題。該探頭結構強度大，能夠在20t大載荷下保持良好的靜態特性，適用于深孔及較硬土層的觸探，可節省大量的工程勘察費用。
孔壓靜力觸探探頭主要由錐頭、摩擦筒、傳感器、數據傳輸系統四部分組成。錐尖裝有透水層，探頭在被壓入土層中時，錐尖受到土的阻力，摩擦筒受到土的摩擦力，同時土層中的水受到孔隙壓力作用通過透水層傳遞到探頭內部，且具有一定的壓力，這些力通過探頭內部的傳感器轉換成電信號，傳輸到地面。技術人員將這些測量數據與土的力學性質建立經驗公式，最終可以方便的得到土的各項性能指標。
儀器的科學性主要體現在以下幾個方面：
(1) 探頭結構設計為雙變形柱，消除了錐尖阻力和側壁摩檫力的相互影響，提高了測量數據的準確度和可靠性。
(2) 檢測數據采用無線傳輸的方式，為實現連續貫入提供了保障，很好的解決了在工程勘察過程中有纜探頭存在的問題。
(3)孔壓靜力觸探輕便、快速、分辨率高、功能多、縮短工程勘察周期，節省大量勘察費用，有很高的經濟效益和社會效益。
創新性：(20分)(1)在結構上，把單橋和雙橋探頭改為雙變形柱方式，使結構簡單容易加工，能夠獨立測量錐尖阻力和側壁摩擦力，測量數據更加準確、可靠;
(2)在監測數據上，將國內落后的有纜傳輸方式改為無線傳輸方式，解決了處理鉆桿時耗費時間，電纜和連接頭容易損壞，添加探桿造成的探入停頓常常丟失軟弱薄夾層的信息等。
啟發性：(15分)孔壓靜力觸探探頭可實現連續貫入，無線傳輸檢測土體原位數據，實驗內容包含基礎、擴展、研究等不同層面，涉及機械、電子、地質、巖土工程學等多種學科領域，可以提高學生對多學科交叉的認識，激發學生研究興趣，拓展學生的視野，培養學生的團隊合作意識，有利于學生的全面發展。
實用性：(20分)孔壓靜力觸探設備易于操作、性能穩定，通用性好、安全可靠，價格低廉、廣泛應用于水利工程、工業與民用建筑工程、公路橋梁等工程，解決了長期以來我們在進行孔壓靜力觸探工作的瓶頸，提高了孔壓靜力觸探效率，同時滿足認識性、科學性、綜合性等實驗教學環節及學生動手能力的訓練的要求，有利于推進素質教育，培養創新精神和實踐能力。
作品名稱：孔壓靜力觸探探頭
完成單位：中國地質大學(武漢)
