專利名稱：貫入—拉伸式孔隙水壓力測量裝置及其測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種監(jiān)測儀器，尤其是涉及一種測量土層中孔隙水壓力的直接式測量裝置及測量方法。
背景技術(shù)：
在飽水軟土分布區(qū)的工程建設(shè)活動領(lǐng)域，經(jīng)常需要監(jiān)測土體中孔隙水壓力以及地下水位的動態(tài)變化。如在軟土分布區(qū)水利工程的筑壩施工中應(yīng)時時監(jiān)測壩基孔隙水壓力， 根據(jù)不同時間段的孔隙水壓力的動態(tài)變化來決定施工進度；房層建筑工程方面尤其是在軟土地基分層筑填或基坑開挖時地下孔隙水壓力監(jiān)測亦是如此；現(xiàn)行常用的孔隙水壓力監(jiān)測測量方式方法有兩種，一種是利用在鉆孔內(nèi)埋設(shè)孔隙水壓力傳感器，另一種是埋設(shè)測壓管。 前者是利用有線傳導方式，將孔隙水壓力傳感器探頭感應(yīng)膜變形信號轉(zhuǎn)化為電阻變化的電信號，然后將電信號傳遞給用戶，缺陷在于此方法是通過間接測量方式，所采集的數(shù)據(jù)受諸多因素影響，變異性大，如傳感器的老化問題，昂貴的費用問題，只能適于在重點工程中的短期使用；后者是在工程施工前分層埋設(shè)測壓管，然后再用孔隙水壓力計測量孔隙水壓力， 缺點是不易保障測壓管設(shè)置要求，如垂直度、封孔質(zhì)量的密閉性和連通性等也直接影響著監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種貫入-拉伸式孔隙水壓力測量裝置；
本發(fā)明的另一目的提供一種貫入-拉伸式孔隙水壓力測量裝置的測量方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
貫入-拉伸式孔隙水壓力測量裝置，是由錐形貫入頭4的凸出段插入濾水管2，通過螺紋或銷釘與濾水管2連接，濾水管2外裝有套管3，濾水管2與套管3滑動配合，套管3 經(jīng)墊圈5緊壓在與錐形貫入頭4的臺肩上，導管6底端通過螺紋或嵌套在套管3上端構(gòu)成。
濾水管2上設(shè)有滲水7，滲水孔7在濾水管2上等間距分布或任意分布，滲水孔7 的直徑l_2mm，滲水孔7的間距2-5cm，濾水管2的直徑2. Ocm,濾水管2選自PVC管或金屬管。
一種貫入-拉伸式孔隙水壓力測量裝置的測量方法，包括以下順序和步驟
a、測試前先組裝貫入-拉伸式孔隙水壓力測量裝置，將錐形貫入頭4的凸出段插入濾水管2，通過螺紋或銷釘與濾水管2連接，濾水管2包有慮紙，慮紙外裝有套管3，濾水管2與套管3滑動配合，套管3經(jīng)墊圈5緊壓在與錐形貫入頭4的臺肩上，導管6底端通過螺紋或嵌套在套管3上端；
b、將組裝耗好的貫入-拉伸式孔隙水壓力測量裝置，利用靜力貫入設(shè)備或沖擊器打入到測試土層的設(shè)計深度；
C、將導管6連同套管3向上提升100-200mm，套管3與錐形貫入頭4分離，露出濾3水管2，使測試段土層與濾水管2接觸，測試段土層中的孔隙水通過滲水孔7滲入濾水管2 內(nèi)；
d、經(jīng)10-30分鐘滲入；
e、將測量電極下入濾水管2內(nèi)的水中，通過地下水位測量計測量濾水管2內(nèi)滲入孔隙水的上升高度；
f、通過濾水管2內(nèi)滲入孔隙水的上升高度計算出測試段孔隙水壓力值
公式=H= h4-h2 = h0-(L3-L2-h) - (h+h/2) = LrL3+h/2,
σ = γω H,
式中測試點高程，hr測試段土層的高程為，h2-測試段土層的中點h/2處的高程，h3-管內(nèi)孔隙水位高度到地面的高度，h4-管內(nèi)孔隙水位高程，L1-導管長度，L2-露出地面的導管長度，L3-深入導管內(nèi)的導線長度用，H-測試段土層面上的水柱高，Y ω-水的容重，ο-測試段孔隙水壓力值；
g、測量完濾水管2內(nèi)滲入孔隙水的上升高度后，拔出套管3和導管6，錐形貫入頭、 濾水管2和墊圈5棄掉。
有益效果本發(fā)明解決了飽水軟土分布地區(qū)的孔隙水壓力監(jiān)測測量復(fù)雜，數(shù)據(jù)不直接的問題，尤其適用于第四系河流三角洲相、牛軛湖相、湖相、瀉湖相以及沼澤相等成因的細粒土地層孔隙水壓力監(jiān)測測量和地下水的潛水位、上層滯水位以及承壓水水頭的測量，地下水監(jiān)測和地下水環(huán)境的水質(zhì)分層監(jiān)測與采樣。與現(xiàn)有技術(shù)相比，裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，實用方便；其測量方法簡便易實施、操作方便、數(shù)據(jù)可靠。


附圖1為貫入-拉伸式孔隙水壓力測量裝置結(jié)構(gòu)圖
附圖2為圖1設(shè)計測量層位剖視圖
附圖3為圖1套管3提升后的剖視圖
附圖4為圖1孔隙水水柱上升高度剖視圖
2濾水管，3套管，4錐形貫入頭，5墊圈，6導管，7滲水孔
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例作進一步的詳細說明
貫入-拉伸式孔隙水壓力測量裝置，包括還包括地下水位測量計。貫入-拉伸式孔隙水壓力測量裝置底端是錐形貫入頭4，錐形貫入頭4的凸出段插入濾水管2，通過螺紋或銷釘與濾水管2連接，濾水管2設(shè)有濾水孔7，外纏濾紙，錐形貫入頭4的臺肩上裝有墊圈5，套管3壓在其上，濾水管2與套管3滑動配合。套管3底端與錐形貫入頭4臺肩面自由接觸，兩者之間設(shè)有環(huán)狀密封墊圈5，以保證在貫入擠壓過程中具有可靠的密封性，阻止非測試段地下水或滲流進入內(nèi)管，并可保障在導管6和套管3提升時與錐形頭貫入頭4分離后測試段土層孔隙水滲入濾水管2的連通性。測試前先將貫入-拉伸式孔隙水壓力測量裝置組裝好，利用靜力貫入設(shè)備或沖擊器打入壓入到測試土層的設(shè)計深度上，然后將導管6 向上提升100-200mm左右，使其連同的外層套管3與錐形貫入頭4分離，讓測試段土層中孔隙水滲入內(nèi)層濾水管，即完成孔隙水壓力測量的設(shè)置。測試中，孔隙水壓力測量可通過傳統(tǒng)的毫伏安培表地下水位測量法測量導管內(nèi)孔隙水上升高度，最后以此折算取得測試段土層的孔隙水壓力值。具體計算步驟如下根據(jù)地形圖查出測試點高程tv導管長度L1是已知的，露出地面的導管長度L2可測量出，則壓入或打入地下的導管長度SL1-L2，用測試點高程減去導管的壓入長度即可得到測試段土層的高程為Ii1 =Iltl-(L1-L2),然后將導管向上提升100-200mm左右，設(shè)為h，因測試段h的孔隙水壓力值近似等于此段中點h/2處的孔隙水壓力值，即求測試段土層中點h/2處的孔隙水壓力值。測試段土層的中點h/2處的高程Ii2 =h^h/2 = h0-(L1-L2)+h/2 ；毫伏安培表地下水位測量法測量的導管內(nèi)孔隙水上升高度到導管邊緣所用導線長度即深入導管內(nèi)的導線長度用L3表示，管內(nèi)孔隙水位高度到地面的高度Ii3 = L3-(Lfh)，則管內(nèi)孔隙水位高程h4 = h0-h3 = hQ-(L3-L2-h)，則測試段孔隙水壓力值 H = h4-h2 = h。_ (L3-L2-h) - (hi+h/2) = L1-Ljh/^, σ = γ ω H。
貫入-拉伸式孔隙水壓力測量裝置，是由錐形貫入頭4的凸出段插入濾水管2，通過螺紋或銷釘與濾水管2連接，濾水管2外裝有套管3，濾水管2與套管3滑動配合，套管3 經(jīng)墊圈5緊壓在與錐形貫入頭4的臺肩上，導管6底端通過螺紋或嵌套在套管3上端構(gòu)成。
濾水管2上設(shè)有滲水7，滲水孔7在濾水管2上等間距分布或任意分布，滲水孔7 的直徑l_2mm，滲水孔7的間距2-5cm，濾水管2的直徑2. Ocm,濾水管2選自PVC管或金屬管。
一種貫入-拉伸式孔隙水壓力測量裝置的測量方法，包括以下順序和步驟
a、測試前先組裝貫入-拉伸式孔隙水壓力測量裝置，將錐形貫入頭4的凸出段插入濾水管2，通過螺紋或銷釘與濾水管2連接，濾水管2包有慮紙，慮紙外裝有套管3，濾水管2與套管3滑動配合，套管3經(jīng)墊圈5緊壓在與錐形貫入頭4的臺肩上，導管6底端通過螺紋或嵌套在套管3上端；
b、將組裝耗好的貫入-拉伸式孔隙水壓力測量裝置，利用靜力貫入設(shè)備或沖擊器打入到測試土層的設(shè)計深度；
C、將導管6連同套管3向上提升100-200mm，套管3與錐形貫入頭4分離，露出濾水管2，使測試段土層與濾水管2接觸，測試段土層中的孔隙水通過滲水孔7滲入濾水管2 內(nèi)；
d、經(jīng)10-30分鐘滲入；
e、將測量電極下入濾水管2內(nèi)的水中，通過地下水位測量計測量濾水管2內(nèi)滲入孔隙水的上升高度；
f、通過濾水管2內(nèi)滲入孔隙水的上升高度計算出測試段孔隙水壓力值
公式:H= h4-h2 = h。-(L3-L2-h) - (h^h/2) = L「L3+h/2，
σ = γωΗ,
式中測試點高程，hr測試段土層的高程為，h2-測試段土層的中點h/2處的高程，h3-管內(nèi)孔隙水位高度到地面的高度，h4-管內(nèi)孔隙水位高程，L1-導管長度，L2-露出地面的導管長度，L3-深入導管內(nèi)的導線長度用，H-測試段土層面上的水柱高，Y ω-水的容重，ο-測試段孔隙水壓力值；
g、測量完濾水管2內(nèi)滲入孔隙水的上升高度后，拔出套管3和導管6，錐形貫入頭、 濾水管2和墊圈5棄掉。
實施例1
在吉林某建設(shè)工地，先將錐形貫入頭4通過銷釘與濾水管2連接，濾水管2為PVC 管，濾水管2外纏有濾紙，再將套管3套裝在濾水管2外面，套管3經(jīng)墊圈5緊壓在與錐形貫入頭4的臺肩上，濾水管2與套管3滑動配合，導管6底端通過嵌套在套管3的上面，濾水管2的直徑2. Ocm,濾水管2上的滲水孔7的直徑1mm，滲水孔7的間距2cm，
貫入-拉伸式孔隙水壓力測量裝置的測量方法，包括以下順序和步驟
a、測試前先將孔隙水壓力探頭1和上部連接的導管6利用靜力貫入設(shè)備或沖擊器打入到測試土層的設(shè)計深度；
b、將導管6連同套管3向上提升100mm，套管3與錐形貫入頭4分離，露出濾水管 2，使測試段土層與濾水管2接觸，測試段土層中的孔隙水通過滲水孔7滲入濾水管2內(nèi)；
C、經(jīng)30分鐘滲入；
d、將測量電極下入濾水管2內(nèi)的水中，通過地下水位測量計測量濾水管2內(nèi)滲入孔隙水的上升高度；查閱地形圖得知
h0-測試點高程，=736m
hr測試段土層的高程為，=734. 3m
h2-測試段土層的中點h/2處的高程，=734. 35m
h3-管內(nèi)孔隙水位高度到地面的高度，=1. Im
h4-管內(nèi)孔隙水位高程，=734. 9m
L1-導管長度，=2. 2m
L2-露出地面的導管長度，=0. 5m
L3-深入導管內(nèi)的導線長度用。=1.7m
e、通過濾水管2內(nèi)滲入孔隙水的上升高度計算出測試段孔隙水壓力值
公式:H= h4-h2 = hQ-(L3-L2-h) - (h^h/2) = L「L3+h/2 = 0. 55m,
σ = y ωΗ = 5. 39KN/m2，
實施例2
在天津某基坑開挖的工地，先將錐形貫入頭4通過螺紋或銷釘與濾水管2連接，導管6底端通過螺紋或嵌套在套管3的上面，濾水管2外裝有套管3，濾水管2與套管3滑動配合，套管3經(jīng)墊圈5緊壓在與錐形貫入頭4的臺肩上構(gòu)成。
濾水管2上設(shè)有滲水孔7，滲水孔7在濾水管2上等間距分布或不規(guī)律分布，滲水孔7的直徑1. 5mm,滲水孔7的間距3cm，濾水管2的直徑2. Ocm,濾水管2外纏有濾紙，濾水管2為PVC管、聚酯類的管或金屬管。
貫入-拉伸式孔隙水壓力測量裝置的測量方法，包括以下順序和步驟
a、測試前先將孔隙水壓力探頭1和上部連接的導管6利用靜力貫入設(shè)備或沖擊器打入到測試土層的設(shè)計深度；
b、將導管6連同套管3向上提升100mm，套管3與錐形貫入頭4分離，露出濾水管 2，使測試段土層與濾水管2接觸，測試段土層中的孔隙水通過滲水孔7滲入濾水管2內(nèi)；
C、經(jīng)20分鐘滲入；
d、將測量電極下入濾水管2內(nèi)的水中，通過地下水位測量計測量濾水管2內(nèi)滲入孔隙水的上升高度；查閱地形圖得知
h0-測試點高程，=3. 4m
hr測試段土層的高程為，=1.6m
h2-測試段土層的中點h/2處的高程，=1. 65m
h3-管內(nèi)孔隙水位高度到地面的高度，=-0. 8m
h4-管內(nèi)孔隙水位高程，=4. 2m
L1-導管長度，=2. Sn
L2-露出地面的導管長度，=Im
L3-深入導管內(nèi)的導線長度用。=OJm
e、通過濾水管2內(nèi)滲入孔隙水的上升高度計算出測試段孔隙水壓力值
公式=H= h4-h2 = hQ-(L3-L2-h) - (h^h/2) = L「L3+h/2 = 2. 55m,
σ = Y ω H = 24. 99KN/m2，
實施例3
西藏某水庫，先將錐形貫入頭4通過螺紋或銷釘與濾水管2連接，導管6底端通過螺紋或嵌套在套管3的上面，濾水管2外裝有套管3，濾水管2與套管3滑動配合，套管3 經(jīng)墊圈5緊壓在與錐形貫入頭4的臺肩上構(gòu)成。
濾水管2上設(shè)有滲水孔7，滲水孔7在濾水管2上等間距分布或不規(guī)律分布，滲水孔7的直徑2mm，滲水孔7的間距5cm，濾水管2的直徑2. Ocm,濾水管2外纏有濾紙，濾水管 2為鐵管。
貫入-拉伸式孔隙水壓力測量裝置的測量方法，包括以下順序和步驟
a、測試前先將孔隙水壓力探頭1和上部連接的導管6利用靜力貫入設(shè)備或沖擊器打入到測試土層的設(shè)計深度；
b、將導管6連同套管3向上提升200mm，套管3與錐形貫入頭4分離，露出濾水管 2，使測試段土層與濾水管2接觸，測試段土層中的孔隙水通過滲水孔7滲入濾水管2內(nèi)；
C、經(jīng)15分鐘滲入；
d、將測量電極下入濾水管2內(nèi)的水中，通過地下水位測量計測量濾水管2內(nèi)滲入孔隙水的上升高度；查閱地形圖得知
h0-測試點高程，=3678m
hr測試段土層的高程為，=3676. 5m
h2-測試段土層的中點h/2處的高程，=3676. 6m
h3-管內(nèi)孔隙水位高度到地面的高度，=0. 4m
h4-管內(nèi)孔隙水位高程，=3677. 6m
L1-導管長度，=2. 7m
L2-露出地面的導管長度，=Im
L3-深入導管內(nèi)的導線長度用。=1.6m
e、通過濾水管2內(nèi)滲入孔隙水的上升高度計算出測試段孔隙水壓力值
公式:H= h4-h2 = hQ-(L3-L2-h) - (h^h/2) = L「L3+h/2 = lm,
σ = y ω H = 9.8KN/m2。
權(quán)利要求
1.一種貫入-拉伸式孔隙水壓力測量裝置，其特征在于，是由錐形貫入頭(4)的凸出段插入濾水管2，通過螺紋或銷釘與濾水管( 連接，濾水管( 外裝有套管(3)，濾水管(2) 與套管C3)滑動配合，套管C3)經(jīng)墊圈( 緊壓在與錐形貫入頭(4)的臺肩上，導管(6)底端通過螺紋或嵌套在套管C3)上端構(gòu)成。
2.按照權(quán)利要求1所述的貫入-拉伸式孔隙水壓力測量裝置，其特征在于，濾水管(2) 上設(shè)有滲水孔(7)，滲水孔(7)在濾水管( 上等間距分布或任意分布，滲水孔(7)的直徑 l-2mm，滲水孔(7)的間距2-5cm，濾水管O)的直徑2. 0cm，濾水管⑵選自PVC管或金屬管。
3.一種貫入-拉伸式孔隙水壓力測量裝置的測量方法，其特征在于，包括以下順序和步驟a、測試前先組裝貫入-拉伸式孔隙水壓力測量裝置，將錐形貫入頭(4)通過螺紋或銷釘與濾水管⑵連接，濾水管⑵包有慮紙，慮紙外裝有套管(3)，濾水管⑵與套管(3)滑動配合，套管C3)經(jīng)墊圈( 緊壓在與錐形貫入頭(4)的臺肩上，導管(6)底端通過螺紋或嵌套在套管( 上端；b、將組裝耗好的貫入-拉伸式孔隙水壓力測量裝置，利用靜力貫入設(shè)備或沖擊器打入到測試土層的設(shè)計深度；c、將導管(6)連同套管(3)向上提升100-200mm，套管(3)與錐形貫入頭(4)分離，露出濾水管0)，使測試段土層與濾水管( 接觸，測試段土層中的孔隙水通過滲水孔(7)滲入濾水管⑵內(nèi)；d、經(jīng)10-30分鐘滲入；e、將測量電極下入濾水管O)內(nèi)的水中，通過地下水位測量計測量濾水管O)內(nèi)滲入孔隙水的上升高度；f、通過濾水管O)內(nèi)滲入孔隙水的上升高度計算出測試段孔隙水壓力值公式H = h4-h2 = h0-(L3-L2-h)-(h1+h/2) = L「L3+h/2，σ = Y ω H,式中測試點高程，Ill-測試段土層的高程為，Ii2-測試段土層的中點h/2處的高程， h3_管內(nèi)孔隙水位高度到地面的高度，h4-管內(nèi)孔隙水位高程，L1-導管長度，L2-露出地面的導管長度，L3-深入導管內(nèi)的導線長度用，H-測試段土層面上的水柱高，Y ω-水的容重， σ_測試段孔隙水壓力值；g、測量完濾水管O)內(nèi)滲入孔隙水的上升高度后，拔出套管C3)和導管(6)，錐形貫入頭⑷和濾水管⑵墊圈(5)棄掉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種貫入-拉伸式孔隙水壓力測量裝置及其測量方法。是由錐形貫入頭的凸出段插入濾水管，通過螺紋或銷釘與濾水管連接，濾水管外裝有套管，濾水管與套管滑動配合，套管經(jīng)墊圈緊壓在與錐形貫入頭的臺肩上，導管底端通過螺紋或嵌套在套管上端構(gòu)成。本發(fā)明解決了飽水軟土分布地區(qū)的孔隙水壓力監(jiān)測測量復(fù)雜，數(shù)據(jù)不直接的問題，尤其適用于第四系河流三角洲相、牛軛湖相、湖相、瀉湖相以及沼澤相等成因的細粒土地層孔隙水壓力監(jiān)測測量和地下水的潛水位、上層滯水位以及承壓水水頭的測量，地下水監(jiān)測和地下水環(huán)境的水質(zhì)分層監(jiān)測與采樣。與現(xiàn)有技術(shù)相比，裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，實用方便；其測量方法簡便易實施、操作方便、數(shù)據(jù)可靠。
文檔編號G01L7/18GK102564676SQ20121003038
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月12日
發(fā)明者劉沖, 徐文明, 楊兆華, 王媛媛, 王鋼城, 許曉惠, 趙淑云, 黃超 申請人:吉林大學