一種在凍土中測(cè)量孔隙水壓力的裝置制造方法
【專利摘要】一種在凍土中測(cè)量孔隙水壓力的裝置，包括溫控箱、實(shí)驗(yàn)罐和滲壓計(jì)，底座與固定板之間設(shè)有實(shí)驗(yàn)罐，并通過固定件連接；實(shí)驗(yàn)罐頂部設(shè)有加壓頭；加壓頭上端設(shè)有加壓桿，下端設(shè)有透水石；在底座和透水石之間為凍土試樣；實(shí)驗(yàn)罐之間以及實(shí)驗(yàn)罐與底座之間有密封圈。本發(fā)明采用分層實(shí)驗(yàn)罐，可以對(duì)不同土樣、不同高度位置處的孔隙水壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)量測(cè)，所采用的微探頭，將其置于土體中，通過低溫不凍的傳壓介質(zhì)將凍土中的壓力傳導(dǎo)出土體，取代傳統(tǒng)在土體表面測(cè)量孔隙水壓力的方式，這樣，就不需要土體向外排水便可測(cè)量孔隙水壓力的變化情況，另外由于探頭在掏槽內(nèi)埋設(shè)，所以不會(huì)因?yàn)橥翗幼冃翁蠖斐晌⑻筋^的破壞，解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中由于水滲出土體表面后凍結(jié)，導(dǎo)致在凍土中無法測(cè)量孔隙水壓力的問題。
【專利說明】一種在凍土中測(cè)量孔隙水壓力的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及凍土實(shí)驗(yàn)儀器領(lǐng)域，具體說是一種在凍土中測(cè)量孔隙水壓力的裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]在凍土物理力學(xué)研究領(lǐng)域，孔隙水壓力的測(cè)量已經(jīng)成為了探索凍土凍脹、融沉等變形機(jī)理和開展相關(guān)計(jì)算的關(guān)鍵點(diǎn)。在凍土中，并不是所有的水都以冰的形式存在，當(dāng)凍土溫度接近于相變點(diǎn)時(shí)，未凍水體積含量會(huì)達(dá)到總含水量的20%-30%，但是由于環(huán)境溫度較低，當(dāng)凍土中的未凍水在荷載作用下排出到土體表面時(shí)會(huì)發(fā)生凍結(jié)，所以傳統(tǒng)固結(jié)試驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)罐壁測(cè)量孔隙水壓力的方法不能適用于凍土。此外，在傳統(tǒng)的土力學(xué)實(shí)驗(yàn)中，一定的實(shí)驗(yàn)儀器所能適應(yīng)的土樣高度是固定的。另外在凍土實(shí)驗(yàn)中，為了觀察凍土在溫度梯度下的水分運(yùn)移現(xiàn)象，需要將土樣的高度增加，在傳統(tǒng)的土力學(xué)實(shí)驗(yàn)中，一定的實(shí)驗(yàn)儀器所能適應(yīng)的土樣高度是固定的，無法滿足凍土在溫度梯度下的水分運(yùn)移現(xiàn)象的觀測(cè)，從而需要設(shè)計(jì)一種能適應(yīng)不同土樣高度的實(shí)驗(yàn)裝置成為必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]綜上所述，本發(fā)明的目的在于提供一種在凍土中測(cè)量孔隙水壓力的裝置，以解決凍土中孔隙水壓力測(cè)量的難題。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的:
一種在凍土中測(cè)量孔隙水壓力的裝置，包括溫控箱1、實(shí)驗(yàn)罐和滲壓計(jì)，底座與固定板之間設(shè)有實(shí)驗(yàn)罐，并通過固定件連接；實(shí)驗(yàn)罐頂部設(shè)有加壓頭；加壓頭上端設(shè)有加壓桿，下端設(shè)有透水石；在底座和透水石之間為凍土試樣；實(shí)驗(yàn)罐之間以及實(shí)驗(yàn)罐與底座之間有密封圈。
[0005]上述底座和加壓頭的內(nèi)部設(shè)有冷液循環(huán)通道。
[0006]上述實(shí)驗(yàn)罐1-5個(gè)，采用有機(jī)玻璃制作，實(shí)驗(yàn)罐的罐壁上設(shè)有掏槽和鉆孔，掏槽并鉆孔處安放滲壓計(jì)，鉆孔處安放溫度探頭。
[0007]上述的滲壓計(jì)是由微探頭、傳壓管、壓力傳感器和數(shù)據(jù)采集線構(gòu)成；傳壓管的前端連接微探頭，后端連接壓力傳感器；傳壓管和壓力傳感器之間設(shè)有飽和補(bǔ)液口 ；壓力傳感器的末端接數(shù)據(jù)采集線；數(shù)據(jù)采集線與控溫箱外部的數(shù)據(jù)采集儀相連。
[0008]上述的微探頭的直徑為4±0.3mm，采用透水石，或陶土板，或多孔陶瓷制作。
[0009]上述的傳壓管中充滿低溫不凍結(jié)的傳壓介質(zhì)。
[0010]上述的傳壓介質(zhì)為對(duì)癸烷，或石油醚，或二甲基硅油，或三氯甲烷，或乙醇。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
1、本發(fā)明采用分層實(shí)驗(yàn)罐，可以對(duì)不同土樣、不同高度位置處的孔隙水壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)量測(cè)。
[0012]2、本發(fā)明采用一個(gè)微小的探頭，將其置于土體中，通過低溫不凍的傳壓介質(zhì)將凍土中的壓力導(dǎo)出土體，從而取代傳統(tǒng)在土體表面測(cè)量孔隙水壓力的方式，這樣，就不需要土體向外排水便可測(cè)量孔隙水壓力的變化情況，由于探頭在掏槽內(nèi)埋設(shè)，所以不會(huì)因?yàn)橥翗幼冃翁蠖斐晌⑻筋^的破壞，同時(shí)解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中由于水滲出土體表面后凍結(jié)，導(dǎo)致在凍土中無法測(cè)量孔隙水壓力的問題。
[0013]3、本發(fā)明采用的分層實(shí)驗(yàn)罐旨在解決適應(yīng)不同試樣高度的實(shí)驗(yàn)罐裝置問題，并且能在實(shí)驗(yàn)中監(jiān)測(cè)土體不同高度處溫度和孔隙水壓力的變化情況。
[0014]4、本發(fā)明結(jié)合傳統(tǒng)壓縮實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)，可以測(cè)量土樣壓縮變形量、溫度分布、孔隙水壓力變化等情況，具有操作方便，控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
[0015]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為圖1中滲壓計(jì)的放大示意圖。
[0018]圖3為粘土試樣在-1.0°C、90kPa荷載作用下測(cè)出的孔隙水壓力變化曲線。
[0019]圖4為黃土試樣在-1.0°C、102kPa荷載作用下測(cè)出的孔隙水壓力變化曲線。
[0020]圖中:1_控溫箱2-底座3-密封圈4-滲壓計(jì)5-有機(jī)玻璃實(shí)驗(yàn)罐6_透水石7-固定板8-加壓頭9-加壓桿10-固定件11-溫度探頭12-掏槽13-微探頭14-傳壓管15-飽和補(bǔ)液口 16-壓力傳感器17-數(shù)據(jù)采集線
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明:
如圖1、2所示，一種在凍土中測(cè)量孔隙水壓力的裝置，包括溫控箱1、實(shí)驗(yàn)罐5和滲壓計(jì)4，底座2與固定板7之間設(shè)有實(shí)驗(yàn)罐5，并通過固定件10連接；實(shí)驗(yàn)罐5頂部設(shè)有加壓頭8 ;加壓頭8上端設(shè)有加壓桿9，下端設(shè)有透水石6 ;在底座2和透水石6之間為凍土試樣；實(shí)驗(yàn)罐5之間以及實(shí)驗(yàn)罐5與底座2之間有密封圈3。
[0022]將滲壓計(jì)4插入預(yù)先在底座2上鉆取的小孔，并用密封膠密封；在底座2處放置密封圈3，疊加一個(gè)實(shí)驗(yàn)罐5，再在底層實(shí)驗(yàn)罐5的頂部放置一個(gè)密封圈3，其上再疊加一個(gè)實(shí)驗(yàn)罐5，然后疊加固定頂板7，采用固定件10與底座2固定成整體；將溫度探頭11插入有機(jī)玻璃實(shí)驗(yàn)罐5壁上鉆取的小孔中，滲壓計(jì)4插入有機(jī)玻璃實(shí)驗(yàn)罐5壁的掏槽12上鉆取的小孔中，并用密封膠密封；然后打開滲壓計(jì)4的飽和補(bǔ)液口 15對(duì)滲壓計(jì)4進(jìn)行飽和，使傳壓管14中充滿液體，飽和完成后，封閉飽和補(bǔ)液口 15 ;將配置好的冰、土、水三者的混合物緩慢傾倒入實(shí)驗(yàn)罐5中。將完成部分放入低溫冷庫中凍結(jié)，凍結(jié)完成后將其放入控溫箱1，控溫箱I與外部冷浴相接，通過外部冷浴的循環(huán)，使箱體溫度達(dá)到測(cè)試所需要的低溫環(huán)境并保持穩(wěn)定；此時(shí)在凍結(jié)完成后的土樣上放置透水石6，并在透水石6上方加上配有冷液循環(huán)通道的加壓頭8，對(duì)配有冷液循環(huán)通道的底座2和配有冷液循環(huán)通道的加壓頭8分別施加不同的溫度，以達(dá)到控制溫度梯度的目的；控溫完成后，在加壓桿9上加載砝碼，施加荷載；此時(shí)凍土中的孔隙水壓力由滲壓計(jì)4上的微探頭13通過乙醇傳導(dǎo)至壓力傳感器16，從而通過數(shù)據(jù)采集線17傳遞至控溫箱I外的采集儀來進(jìn)行測(cè)量。
[0023]圖3和圖4是驗(yàn)證性試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中未施加溫度梯度，僅對(duì)試驗(yàn)裝置控溫于負(fù)溫，并且只測(cè)量實(shí)驗(yàn)罐底部的空隙水壓力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)裝置的研制是很有效果的。
【權(quán)利要求】
1.一種在凍土中測(cè)量孔隙水壓力的裝置，包括溫控箱(I)、實(shí)驗(yàn)罐(5)和滲壓計(jì)(4)，其特征是:底座(2)與固定板(7)之間設(shè)有實(shí)驗(yàn)罐(5)，并通過固定件(10)連接；實(shí)驗(yàn)罐(5)頂部設(shè)有加壓頭(8);加壓頭(8)上端設(shè)有加壓桿(9)，下端設(shè)有透水石(6);在底座(2)和透水石6之間為凍土試樣；實(shí)驗(yàn)罐(5)之間以及實(shí)驗(yàn)罐(5)與底座(2)之間有密封圈(3)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種在凍土中測(cè)量孔隙水壓力的裝置，其特征是:所述的底座(2)和所述的加壓頭(8)內(nèi)設(shè)有冷液循環(huán)通道。
3.如權(quán)利要求1所述的一種在凍土中測(cè)量孔隙水壓力的裝置，其特征是:實(shí)驗(yàn)罐(5)有1-5個(gè)，采用有機(jī)玻璃制作。
4.如權(quán)利要求1所述的一種在凍土中測(cè)量孔隙水壓力的裝置，其特征是:實(shí)驗(yàn)罐(5)的罐壁上設(shè)有掏槽(12)和鉆孔；掏槽(12)并鉆孔處安放滲壓計(jì)(4);鉆孔處安放溫度探頭(11)。
5.如權(quán)利要求1所述的一種在凍土中測(cè)量孔隙水壓力的裝置，其特征是:所述的滲壓計(jì)(4)由微探頭(13)、傳壓管(14)、壓力傳感器(16)和數(shù)據(jù)采集線(17)構(gòu)成；傳壓管(14)的前端連接微探頭(13)，后端連接壓力傳感器(16);傳壓管(14)和壓力傳感器(16)之間設(shè)有飽和補(bǔ)液口( 15);壓力傳感器(16)的末端接數(shù)據(jù)采集線(17);數(shù)據(jù)采集線(17)與控溫箱(I)外部的數(shù)據(jù)采集儀相連。
6.如權(quán)利要求5所述的一種在凍土中測(cè)量孔隙水壓力的裝置，其特征是:所述的微探頭(13)的直徑為4±0.3mm，采用透水石，或陶土板，或多孔陶瓷制作。
7.如權(quán)利要求5所述的一種在凍土中測(cè)量孔隙水壓力的裝置，其特征是:所述的傳壓管(13)中充滿低溫不凍結(jié)的傳壓介質(zhì)。
8.如權(quán)利要求7所述的一種在凍土中測(cè)量孔隙水壓力的裝置，其特征是:所述的傳壓介質(zhì)為對(duì)癸烷，或石油醚，或二甲基硅油，或三氯甲烷，或乙醇。
【文檔編號(hào)】G01L11/00GK103512699SQ201210207347
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月21日
【發(fā)明者】張建明, 張虎, 蘇凱, 劉世偉 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所