海床靜力觸探試驗(Seabed CPT)系統(tǒng)介紹:
將整套貫入設備穩(wěn)定支撐于試驗孔海床面上,將探頭通過探桿或套管從海床面連續(xù)貫入到土中。其優(yōu)點在于能夠在空間上保證貫入路徑的完整性,其缺點在于直接連續(xù)的貫入方式和觸探基準決定了此種工藝不適合深層海底測試,如遇到深層貫入,很難保證貫入路徑與海平面的垂直度,此時,需要提供較大的貫入力來平衡探桿勻速運動時土體產(chǎn)生的摩阻力等等。
在實際工程中,我們經(jīng)常會遇到這種情況:我們需要了解海床以下某堅硬土層下部軟弱土層的靜力觸探力學參數(shù),但常規(guī)靜力觸探系統(tǒng)無法穿透上部的堅硬土層,以致我們無法得到下部軟弱土層的靜力觸探力學參數(shù)。針對這種狀況,海外開發(fā)了井下靜力觸探試驗及采樣系統(tǒng),又稱為Downhole CPT系統(tǒng)。
Downhole CPT系統(tǒng)的主要特點是將鉆探和靜力觸探、采樣等結(jié)合起來,采用循環(huán)推進的方式,推進系統(tǒng)在鉆孔內(nèi)軸向定位并將靜力觸探頭或采樣器貫入到土體中,完成靜力觸探試驗和采集土樣。此時鉆探的主要功能就是清除觸探已經(jīng)完成的土層或者鉆透靜力觸探無法完成的堅硬土層,以便開始下一回次的靜力觸探試驗或采取土樣。Downhole CPT系統(tǒng)在深層海底測試方面有優(yōu)勢,從理論上來說,Downhole CPT系統(tǒng)能夠達到的深度與可以鉆進的深度是一致的,比如荷蘭Fugro集團公司的Downhole CPT系統(tǒng)已經(jīng)達到海底以下數(shù)百米的探測深度,而荷蘭Geomil公司的ORCA系統(tǒng)(即Downhole CPT)系統(tǒng)能夠到1500m的探測深度。
下面以荷蘭Geomil公司的ORCA系統(tǒng)為例,來詳細介紹Downhole CPT系統(tǒng)的工作方式。荷蘭Geomil公司的ORCA系統(tǒng)又稱為近岸可伸縮連續(xù)鉆進系統(tǒng)(圖1)。ORCA系統(tǒng)主要是從鉆孔底部獲取巖土工程數(shù)據(jù)。經(jīng)過巖土測試和取樣,鉆探繼續(xù)前進,ORCA裝置隨之循環(huán)采集數(shù)據(jù),直到最終鉆探深度為止。該系統(tǒng)能夠與GEOBORE-S鉆桿或類似型號的鉆桿配合使用,同時該系統(tǒng)也適應其它型號鉆桿(如BL PQ - API 6 5/8)的要求。
ORCA系統(tǒng)由以下三種不同的井下鋼絲繩工具(圖2)組成:
1. ORCA CPTtool, 能完成最大推力為100KN的井下CPT試驗。適應于10cm2的錐尖和5cm2錐尖,它應用于后者時推進力更大。CPTtool最大行程為1.50米(可選3米),并且采用了Geomil的數(shù)字式錐尖技術(shù)。
2. ORCA活塞取樣器,能夠從軟土地基上獲得原狀土樣(F= 32,L =1.00米)。樣品提取后,取土管還能夠再次利用。
3. ORCA推進取樣器,小巧輕便但比較適合較差的土質(zhì)(F= 32,L =1.00米)
另外還包括:高壓水泵、鉆孔(頂部)閥門、打撈工具、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
圖2 ORCA系統(tǒng)組成
(從左到右,分別是ORCA-PSH 活塞取樣器、ORCA-PST推進取樣器、ORCA-CPT CPTtool及Geo bore-S 外筒等)
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