U形管液壓差繩法檢測孔隙壓力的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及孔隙壓力檢測領(lǐng)域，特別涉及一種U形管液壓差繩法檢測孔隙壓力的裝置。本實用新型通過裝有液體的U形導(dǎo)管，其孔隙端導(dǎo)管和大氣端導(dǎo)管液面壓力與各自的氣壓相等，即一端等于氣室壓力，一端等于大氣壓力。通過大氣壓力加減液面差即可獲得氣室土壤孔隙壓力?？紫抖烁∽拥母×εc測繩收縮裝置、大氣端浮子墜與浮子、測繩收縮裝置形成平衡拉力對，保證測繩在相同拉力下繃緊，讀數(shù)器通過計量測繩的偏移長度即為浮子液面的升降高度。本實用新型的檢測裝置不僅可以測定地下水位下的孔隙壓力，也可測定地下水位以上的非飽和土孔隙壓力，安裝便捷，操作簡單，檢測精確度高。
【專利說明】U形管液壓差繩法檢測孔隙壓力的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及土壤孔隙壓力檢測領(lǐng)域，特別涉及一種U形管液壓差繩法檢測孔隙壓力的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]土壤由固相(土壤顆粒)、液相(土壤水)和氣相(土壤所含氣體)三相構(gòu)成，在土壤顆?？障锻耆梢合嗵畛洌此纪寥揽障兜谋壤秊榘俜种贂r該土壤稱之為飽和土。反之，土壤孔隙由水和空氣填充，即飽和度大于O但小于100時，該土壤為非飽和土。一般認(rèn)為地下水位以下為非飽和土，地下水位以上為飽和土，其中，非飽和土和飽和土的分界由于地下水位的變化而不斷變化。
[0003]孔隙壓力包含孔隙水壓和孔隙氣壓?？紫秹毫νㄟ^土壤或巖石中的孔隙水而傳遞的壓力，稱孔隙水壓?？紫秹毫νㄟ^土壤或巖石中的孔隙氣體傳遞的壓力，稱孔隙氣壓。就基礎(chǔ)工程而言，孔隙壓力是重要測試指標(biāo)，目前工程上的儀器可以測定地下水位以下飽和土的孔隙壓力，廣泛使用的振弦式孔隙水壓力儀也存在一定缺陷，經(jīng)常發(fā)生不成活的問題。在真空預(yù)壓的土體孔隙壓力檢測時，在連續(xù)連抽真空工況下的孔隙壓力可以通過真空表測定，但無壓力補償條件下地下水位以上的非飽和土孔隙壓力目前有效測定方法。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)之缺陷和不足，提供一種U形管液壓差繩法檢測孔隙壓力的裝置，可測定飽和土孔隙水壓和非飽和土孔隙氣壓。
[0005]本實用新型的技術(shù)方案是:
[0006]一種U形管液壓差繩法檢測孔隙壓力的裝置，主要由U形導(dǎo)管、水平導(dǎo)管、測繩、讀數(shù)器和測繩收縮裝置組成，
[0007]所述U形導(dǎo)管分為孔隙端導(dǎo)管和大氣端導(dǎo)管，所述大氣端導(dǎo)管頂部向上水平延伸水平導(dǎo)管；所述孔隙端導(dǎo)管的頂端設(shè)置與土壤對接的氣室；
[0008]所述測繩包括孔隙端液位測繩和大氣端液位測繩，所述孔隙端液位測繩一端置于孔隙端導(dǎo)管內(nèi)部，另一端經(jīng)過大氣端導(dǎo)管、水平導(dǎo)管、孔隙端讀數(shù)器，連接于測繩收縮裝置上；
[0009]所述大氣端液位測繩一端置于大氣端導(dǎo)管內(nèi)部，另一端經(jīng)過水平導(dǎo)管、大氣端讀數(shù)器，連接于大氣端測繩收縮裝置上。
[0010]優(yōu)選的，所述的孔隙端液位測繩置于孔隙端導(dǎo)管內(nèi)部的一端連接浮子；所述大氣端液位測繩置于孔隙端導(dǎo)管內(nèi)部的一端連接浮子和浮子墜。
[0011]優(yōu)選的，還包括補水箱，所述補水箱通過導(dǎo)管連接所述水平導(dǎo)管；所述的所述水平導(dǎo)管尾端部可拆卸密封連接h型導(dǎo)管。
[0012]優(yōu)選的，所述的孔隙端導(dǎo)管、大氣端導(dǎo)管、水平導(dǎo)管均為可拆卸式，密封連接。
[0013]優(yōu)選的，所述的孔隙端導(dǎo)管和大氣端導(dǎo)管的連通部的下方向下垂直延伸形成插入部，所述插入部尾端為倒錐形。
[0014]優(yōu)選的，所述的孔隙端導(dǎo)管和大氣端導(dǎo)管的相對側(cè)下部，靠近連通部設(shè)置限位器。
[0015]優(yōu)選的，所述氣室內(nèi)由頂端設(shè)置濾網(wǎng)，所述濾網(wǎng)下方設(shè)置柔性透氣填充物。
[0016]優(yōu)選的，所述的水平導(dǎo)管的起始端上設(shè)置可伸縮導(dǎo)管。
[0017]優(yōu)選的，還包括置于各導(dǎo)管的彎頭處的測繩限位板，所述測繩限位器板上設(shè)置若干個貫通孔。
[0018]工作原理:
[0019]含柔性透氣填充物的氣室與土壤孔隙對接，壓力相同或相近。裝有液體的U形導(dǎo)管，其孔隙端導(dǎo)管和大氣端導(dǎo)管液面壓力與各自的氣壓相等，即一端等于氣室壓力，一端等于大氣壓力。通過大氣壓力加減液面差即可獲得氣室土壤孔隙壓力?？紫抖烁∽拥母×εc測繩收縮裝置、大氣端浮子墜與浮子、測繩收縮裝置形成平衡拉力對，保證兩條測繩在相同拉力下繃緊，讀數(shù)器通過計量測繩的偏移長度獲得浮子液面的升降高度。測繩收縮裝置根據(jù)平衡力收發(fā)測繩。
[0020]讀數(shù)器可以為機械讀數(shù)器，轉(zhuǎn)輪設(shè)置為圓周刻度盤，由測繩移動帶動轉(zhuǎn)輪外緣轉(zhuǎn)動偏移初始位置，通過指針讀數(shù)轉(zhuǎn)動周數(shù)和偏移角度和滑輪半徑，計算測繩移動長度；也可以為電子讀數(shù)器，將轉(zhuǎn)輪讀盤和指針設(shè)為電子讀數(shù)裝置，自動定時讀數(shù)和存儲，通過遠程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)將實時數(shù)據(jù)傳至接收終端。
[0021]安裝在各導(dǎo)管彎頭處的測繩限位板，測繩穿過測繩限位板的中央孔，在保證不阻礙氣流流通與測繩線滑動的前提下，使測繩在導(dǎo)管內(nèi)沿管軸線附近固定軌跡移動。
[0022]所述的孔隙端濾網(wǎng)可采用海綿、無紡布或耐腐蝕性纖維濾網(wǎng)，其中無紡布具有密實度高、透氣性好、耐泡、耐腐蝕的優(yōu)點，既能保證本檢測裝置與地基內(nèi)氣流相通，不受阻礙，又可以防止地基內(nèi)的泥沙流入檢測裝置內(nèi)堵塞。
[0023]所述的柔性透氣填充物，可以為海綿等可壓縮材料。采用柔性填充材料使得孔隙端水位少量下降時能保持孔隙端氣室壓力狀況與對接土壤相當(dāng)。
[0024]水箱用于補充U形管中的液體，當(dāng)孔隙端水位下降時，氣室體積變大，孔隙氣壓的測量精度下降，需及時補充系統(tǒng)內(nèi)液體量，保證測量精度，在及時補水條件下可使得△!^值為0，當(dāng)測量位置始終處于地下水位以下時，不需要水箱。
[0025]在大氣端導(dǎo)管轉(zhuǎn)彎處的水平管設(shè)伸縮裝置，以適應(yīng)地基沉降引起的導(dǎo)管拉伸。
[0026]在U形管尾部用三通連接推進管，推進管底端封閉，管尖實心錐形，推進管在送管壓力下可以較輕松地到達目標(biāo)深度，管內(nèi)空間可用于沉積孔隙端沉落泥砂。
[0027]本實用新型的有益效果:
[0028]本實用新型的檢測裝置不僅可以測定地下水位下的孔隙壓力，也可測定地下水位以上的非飽和土孔隙壓力，安裝便捷，拆卸方便，操作簡單，檢測精確度高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]附圖1為本實用新型孔隙壓力檢測裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0030]為了能進一步了解本實用新型的結(jié)構(gòu)、特征及其它目的，現(xiàn)結(jié)合所附較佳實施例詳細(xì)說明如下，所說明的較佳實施例僅用于說明本實用新型的技術(shù)方案，并非限定本實用新型。
[0031]本實用新型的【具體實施方式】如下:
[0032]實施例1:檢測非飽和土孔隙壓力
[0033]一種U形管液壓差繩法檢測孔隙壓力的裝置，如圖1所示，主要由U形導(dǎo)管、水平導(dǎo)管1、補水箱2、測繩、讀數(shù)器和測繩收縮裝置組成，所述U形導(dǎo)管分為孔隙端導(dǎo)管3和大氣端導(dǎo)管4，所述大氣端導(dǎo)管4頂部向上水平延伸水平導(dǎo)管I ;所述補水箱2通過導(dǎo)管連接所述水平導(dǎo)管I ;所述水平導(dǎo)管I尾端部連接h型導(dǎo)管11 ;所述孔隙端導(dǎo)管3的頂端設(shè)置與土壤對接的氣室31 ;所述測繩包括孔隙端液位測繩32和大氣端液位測繩41，所述孔隙端液位測繩32 —端連接浮子33置于孔隙端導(dǎo)管3內(nèi)部，另一端經(jīng)過大氣端導(dǎo)管4、水平導(dǎo)管1、h型導(dǎo)管11 一出口、孔隙端讀數(shù)器51，連接于測繩收縮裝置61上；所述大氣端液位測繩41一端連接浮子42和浮子墜43，置于大氣端導(dǎo)管4內(nèi)部，另一端經(jīng)過水平導(dǎo)管l、h型導(dǎo)管11另一出口、大氣端讀數(shù)器52，連接于大氣端測繩收縮裝置62上。所述的孔隙端導(dǎo)管3、大氣端導(dǎo)管4、水平導(dǎo)管I和h型導(dǎo)管11均為可拆卸式，密封連接。所述的孔隙端導(dǎo)管3和大氣端導(dǎo)管4的連通部7的下方向下垂直延伸形成插入部8，所述插入部8尾端為倒錐形。所述的孔隙端導(dǎo)管3和大氣端導(dǎo)管4的相對側(cè)下部，靠近連通部7設(shè)置限位器9。所述氣室31內(nèi)由頂端向下依次設(shè)置濾網(wǎng)311、柔性透氣填充物312。
[0034]所述讀數(shù)器可以為機械讀數(shù)器，轉(zhuǎn)輪設(shè)置為圓周刻度盤，由測繩移動帶動轉(zhuǎn)輪外緣轉(zhuǎn)動偏移初始位置，通過指針讀數(shù)轉(zhuǎn)動周數(shù)和偏移角度和滑輪半徑，計算測繩移動長度；
[0035]所述的水平導(dǎo)管I的起始端上設(shè)置可伸縮導(dǎo)管13。
[0036]還包括置于各導(dǎo)管的彎頭處的測繩限位板10，所述測繩限位器板10上設(shè)置若干個貫通孔。非飽和土孔隙壓力檢測方法，包含以下步驟:
[0037]步驟1:敷設(shè)，通過鉆孔壓入或直接壓入的方法將檢測設(shè)備孔隙端置于預(yù)定深度，壓入過程中同步接長大氣端導(dǎo)管4 ；
[0038]步驟2:達到預(yù)定標(biāo)高安裝水平導(dǎo)管1、補水箱2、讀數(shù)器和測繩收縮裝置；
[0039]步驟3:緩慢注水，至大氣端導(dǎo)管4內(nèi)水位穩(wěn)定后，向孔隙端導(dǎo)管3上方回填粘土，填筑并搗實，記錄孔隙端讀數(shù)器51和大氣端讀數(shù)器52的初讀數(shù)；
[0040]步驟4:在各觀測時段讀取孔隙端讀數(shù)器51和大氣端讀數(shù)器52的讀數(shù)；
[0041]孔隙端孔隙壓力計算過程如下:
[0042]I)孔隙端測繩偏離初始位置長度:
[0043]Δ L1 = L1 — L10
[0044]式中，AL1為孔隙端測繩偏離初始位置長度，L1為孔隙端測繩讀數(shù)，液面上升為正，下降為負(fù)，L10為孔隙端讀數(shù)器的初始讀數(shù)；
[0045]2)大氣端測繩偏離初始位置長度:
[0046]Δ 1^2 — Lg L20
[0047]式中，L2為大氣端測繩讀數(shù)，液面上升為正，下降為負(fù)，L2。為初始讀數(shù)，AL2為偏離初始位置長度；
[0048]3) U形管兩端水位差:
[0049]ΔΗ= Δ L2 — Δ L1
[0050]4)孔隙端孔隙壓力
[0051]P = P0+ Δ H* Y
[0052]其中，ΛΗ為U形管兩端液面差，P。為大氣壓力，Y為U形管內(nèi)液體的比重，P孔隙端壓力；
[0053]實施例2:檢測飽和土的孔隙壓力
[0054]檢測裝置如實施例1中所述，其中可以不包括補水水箱。
[0055]步驟1:敷設(shè)，通過鉆孔后以送管壓入或直接用送管壓入的方法將檢測設(shè)備孔隙端置于預(yù)定深度，壓入過程中同步接長大氣端導(dǎo)管4，將設(shè)備置入預(yù)定深度后測量送管頂面標(biāo)聞，拔出送管后記錄送管長度；
[0056]步驟2:達到預(yù)定標(biāo)高安裝水平導(dǎo)管1、補水箱2、讀數(shù)器和測繩收縮裝置；
[0057]步驟3:若孔隙端頂面在地下水位以下時，不需注水，若孔隙端頂面在地下水位以上時，緩慢注水，至大氣端導(dǎo)管4內(nèi)水位穩(wěn)定后，向孔隙端導(dǎo)管3上方回填粘土，填筑并搗實，記錄孔隙端讀數(shù)器51和大氣端讀數(shù)器52的初讀數(shù)；
[0058]步驟4:在建、構(gòu)筑物邊際線外無附加荷載和地表垂直氣道覆蓋部位敷設(shè)水位測量裝置，記錄初讀數(shù)，并測量、記錄初始水位；
[0059]步驟5:在各觀測時段讀取孔隙端讀數(shù)器51和大氣端讀數(shù)器52的讀數(shù)，同時測定地下水位；
[0060]孔隙端孔隙壓力計算過程如下:
[0061]I)地下水位變化幅度:
[0062]Δ H3 = H3 — H30
[0063]式中，AH3為地下水為變化幅度(m)，H30為設(shè)備安裝初始時水位測量裝置測定的水位(m)，H3為水位測量裝置與水位測量裝置同步測定的水位(m)；
[0064]2)大氣端測繩偏離初始位置長度:
[0065]Δ L2 = L2 — L20
[0066]式中，L2為大氣端測繩讀數(shù)，液面上升為正，下降為負(fù)，L2tl為初始讀數(shù)，AL2為偏離初始位置長度；
[0067]3) U形管兩端水位差:
[0068]ΔΗ= Δ L2 — Δ H3
[0069]4)孔隙端孔隙壓力
[0070]P = P0+ Δ H* Y
[0071]其中，ΛΗ為U形管兩端液面差，P。為大氣壓力，Y為U形管內(nèi)液體的比重，P孔隙端壓力。
【權(quán)利要求】
1.一種U形管液壓差繩法檢測孔隙壓力的裝置，其特征在于，主要由U形導(dǎo)管、水平導(dǎo)管、測繩、讀數(shù)器和測繩收縮裝置組成， 所述U形導(dǎo)管分為孔隙端導(dǎo)管和大氣端導(dǎo)管，所述大氣端導(dǎo)管頂部向上水平延伸水平導(dǎo)管；所述孔隙端導(dǎo)管的頂端設(shè)置與土壤對接的氣室； 所述測繩包括孔隙端液位測繩和大氣端液位測繩，所述孔隙端液位測繩一端置于孔隙端導(dǎo)管內(nèi)部，另一端經(jīng)過大氣端導(dǎo)管、水平導(dǎo)管、孔隙端讀數(shù)器，連接于孔隙端測繩收縮裝置上； 所述大氣端液位測繩一端置于大氣端導(dǎo)管內(nèi)部，另一端經(jīng)過水平導(dǎo)管、大氣端讀數(shù)器，連接于大氣端測繩收縮裝置上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的U形管液壓差繩法檢測孔隙壓力的裝置，其特征在于所述的孔隙端液位測繩置于孔隙端導(dǎo)管內(nèi)部的一端連接浮子；所述大氣端液位測繩置于孔隙端導(dǎo)管內(nèi)部的一端連接浮子和浮子墜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的U形管液壓差繩法檢測孔隙壓力的裝置，其特征在于還包括補水箱，所述補水箱通過導(dǎo)管連接所述水平導(dǎo)管；所述的所述水平導(dǎo)管尾端部可拆卸密封連接h型導(dǎo)管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的U形管液壓差繩法檢測孔隙壓力的裝置，其特征在于所述的孔隙端導(dǎo)管、大氣端導(dǎo)管、水平導(dǎo)管均為可拆卸式，密封連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的U形管液壓差繩法檢測孔隙壓力的裝置，其特征在于所述的孔隙端導(dǎo)管和大氣端導(dǎo)管的連通部的下方向下垂直延伸形成插入部，所述插入部尾端為倒錐形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的U形管液壓差繩法檢測孔隙壓力的裝置，其特征在于所述的孔隙端導(dǎo)管和大氣端導(dǎo)管的相對側(cè)下部，靠近孔隙端導(dǎo)管和大氣端導(dǎo)管的連通部設(shè)置限位器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的U形管液壓差繩法檢測孔隙壓力的裝置，其特征在于所述氣室內(nèi)由頂端設(shè)置濾網(wǎng)，所述濾網(wǎng)下方設(shè)置柔性透氣填充物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的U形管液壓差繩法檢測孔隙壓力的裝置，其特征在于所述的水平導(dǎo)管的起始端上設(shè)置可伸縮導(dǎo)管。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的U形管液壓差繩法檢測孔隙壓力的裝置，其特征在于，還包括置于各導(dǎo)管的彎頭處的測繩限位板，所述測繩限位器板上設(shè)置若干個貫通孔。
【文檔編號】G01L7/22GK204008398SQ201420337235
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】王俊剛, 解瀟, 王璐 申請人:青島理工大學(xué)