凍土未凍水含量的測(cè)試裝置及測(cè)試方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種凍土未凍水含量的測(cè)試裝置，該測(cè)試裝置包括有通過(guò)螺紋相互擰接的分離式試管和未凍水收集部分，分離式試管包括有凍土試樣區(qū)、透水裝置和試管蓋，凍土試樣區(qū)通過(guò)透水裝置作為底部的空心柱狀管體。同時(shí)提供一種利用凍土未凍水含量的測(cè)試裝置的測(cè)試方法。有益效果是彌補(bǔ)了離心機(jī)在凍土領(lǐng)域應(yīng)用上的空白，通過(guò)利用離心機(jī)的向心力把凍土中的未凍水排出,從而得到凍土未凍水的含水量，最后得到凍土試樣的未凍水含量與時(shí)間對(duì)數(shù)和加速度對(duì)數(shù)的特征曲線(xiàn)。該測(cè)試裝置及其測(cè)試方法應(yīng)用于工程實(shí)踐中，可以更快捷、更準(zhǔn)確的測(cè)算出凍土試樣的未凍水含量。準(zhǔn)確而快速測(cè)定未凍水含量對(duì)于工程具有重大理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
凍土未凍水含量的測(cè)試裝置及測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種凍土未凍水含量的測(cè)試裝置及測(cè)試方法，主要應(yīng)用于天然凍土和 人工凍土未凍水含量的測(cè)試。
【背景技術(shù)】
[0002] 20世紀(jì)中葉以來(lái)許多國(guó)家把開(kāi)發(fā)地下空間作為一項(xiàng)國(guó)策，并且取得了卓越成果。 我國(guó)也越來(lái)越重視地下空間的開(kāi)發(fā)利用。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，地下工程建設(shè)向 更深更難的條件下拓展，富含水的困難地質(zhì)條件日益增多，為人工地層凍結(jié)法的應(yīng)用提供 了廣闊的空間。未凍水貫穿于凍土體系整個(gè)的物理力學(xué)狀態(tài)變化過(guò)程。未凍水含量的變化 影響著凍土的熱學(xué)特性、水力特性以及力學(xué)性質(zhì)，是影響凍土強(qiáng)度的重要因素，是凍結(jié)法施 工過(guò)程中必須考慮的重要因素。未凍水含量準(zhǔn)確測(cè)定對(duì)于工程具有重大意義。
[0003] 目前，凍土未凍水含量的測(cè)試方法有基于能量守恒原理的熱量法、基于土壤的介 電常數(shù)與體積含水率函數(shù)的時(shí)域反射儀(TDR)法、基于土壤對(duì)射線(xiàn)的吸收強(qiáng)度與其重度和 水分含量的線(xiàn)性關(guān)系的計(jì)算機(jī)析識(shí)別技術(shù)(CT)法、基于不同狀物理化學(xué)狀態(tài)的氫核在射頻 場(chǎng)的干擾產(chǎn)生不同的豫馳時(shí)間（T 2)的核磁共振儀(NMR)法。這些方法存在的如下問(wèn)題:試驗(yàn) 儀器設(shè)備價(jià)值昂貴，并非所有普通高等院校都有能力配備相關(guān)試驗(yàn)儀器;有些試驗(yàn)的測(cè)試 原理或測(cè)試方法對(duì)測(cè)試人員的理論基礎(chǔ)知識(shí)或相關(guān)試驗(yàn)儀器操作有一定的技術(shù)要求，這對(duì) 測(cè)試過(guò)程的順利進(jìn)行帶來(lái)了一定的難度;有些測(cè)試方法所持續(xù)的時(shí)間太長(zhǎng)，難以滿(mǎn)足建筑 工程設(shè)計(jì)和施工的需要。因此，積極開(kāi)展凍土未凍水含量的簡(jiǎn)易方法研究，具有重要的的理 論基礎(chǔ)和工程實(shí)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，為使普通高校實(shí)驗(yàn)室和施工設(shè)計(jì)單位利用簡(jiǎn)單的測(cè) 試裝置及測(cè)試方法就能快速準(zhǔn)確的測(cè)算出凍土未凍水含量。為此，本發(fā)明提供了一種凍土 未凍水含量的測(cè)試裝置及測(cè)試方法，該方法操作簡(jiǎn)單，結(jié)果準(zhǔn)確，滿(mǎn)足科研和工程實(shí)際的需 要。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種凍土未凍水含量的測(cè)試裝 置，該測(cè)試裝置置于離心機(jī)的分離式試管放置區(qū)中，其中：該測(cè)試裝置包括有分離式試管和 未凍水收集部分;所述分離式試管包括有試管蓋、凍土試樣區(qū)、透水裝置;所述分離式試管 通過(guò)螺紋與未凍水收集部分相互擰緊連接組合在一起;凍土試樣區(qū)通過(guò)透水裝置作為底部 的空心狀管體，所述透水裝置為透水石層。
[0006] 同時(shí)提供一種利用所述凍土未凍水含量的測(cè)試裝置的測(cè)試方法。
[0007] 本發(fā)明的效果是彌補(bǔ)了離心機(jī)在凍土領(lǐng)域應(yīng)用上的空白，通過(guò)利用離心機(jī)的向心 力把凍土中的未凍水給排出來(lái)，從而得到未凍水的質(zhì)量，最后得到凍土試樣的未凍水含量 與時(shí)間對(duì)數(shù)和加速度對(duì)數(shù)的特征曲線(xiàn)。將該裝置及其測(cè)試方法應(yīng)用于工程實(shí)踐中，可以更 快捷、更準(zhǔn)確的測(cè)算出凍土試樣的未凍水含量。因此，研發(fā)凍土未凍水的的測(cè)試裝置及測(cè)試 方法具有重大理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0008] 圖1本發(fā)明的凍土未凍水含量的測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009] 圖2本發(fā)明的分離式試管和未凍水收集部分示意圖；
[0010] 圖3本發(fā)明的凍土試樣1在各級(jí)加速度下凍土未凍水含量與時(shí)間對(duì)數(shù)變化的曲線(xiàn)；
[0011] 圖4本發(fā)明的凍土試樣1的凍土未凍水含量與加速度對(duì)數(shù)的變化曲線(xiàn)。
[0012] 圖中：
[0013] 1.離心機(jī) 2.離心機(jī)蓋板 3.分離式試管放置區(qū)
[0014] 4.離心機(jī)控制面板5.離心機(jī)動(dòng)力裝置6.分離式試管
[0015] 7.試管蓋 8.凍土試樣區(qū) 9.透水裝置
[0016] 10.螺紋 11.未凍水收集部分
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合具體凍土試樣對(duì)本發(fā)明的凍土未凍水含量的測(cè)試裝置及測(cè)試方法做進(jìn) 一步的詳細(xì)闡述。
[0018] 本發(fā)明的原理是:將凍土試樣通過(guò)特制試管放在離心機(jī)內(nèi)，控制離心機(jī)的內(nèi)部溫 度使試管在設(shè)定下的環(huán)境下工作，從而保持凍土試樣所處的現(xiàn)場(chǎng)凍結(jié)溫度不變;通過(guò)設(shè)置 離心機(jī)的加速度，使凍土未凍水在向心力的作用下排出來(lái)，從而得出凍土未凍水含量，最后 根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪出凍土未凍水含量與時(shí)間對(duì)數(shù)和加速度對(duì)數(shù)的特征曲線(xiàn)。
[0019] 本發(fā)明的凍土未凍水含量的測(cè)試裝置，該測(cè)試裝置置于離心機(jī)的分離式試管放置 區(qū)中，該測(cè)試裝置包括有分離式試管6和未凍水收集部分11;所述分離式試管6包括有試管 蓋7、凍土試樣區(qū)8、透水裝置9;所述分離式試管6通過(guò)螺紋10與未凍水收集部分11相互擰緊 連接組合在一起;凍土試樣區(qū)8通過(guò)透水裝置9作為底部的空心狀管體，所述透水裝置9為透 水石層。所述分離式試管6的高度為40mm，直徑為65mm;所述未凍水收集部分11的高度為 20mm，直徑為65mm。
[0020] 本發(fā)明的利用所述凍土未凍水含量的測(cè)試裝置的測(cè)試方法具體試驗(yàn)步驟如下：
[0021] 1、用內(nèi)徑為61.8mm高為20mm的不銹鋼環(huán)刀取現(xiàn)場(chǎng)原狀土，制備四個(gè)凍土試樣，并 分別編號(hào)。試驗(yàn)試樣為天津粘土。
[0022] 2、保持凍土試樣的現(xiàn)場(chǎng)的凍結(jié)溫度，凍結(jié)溫度控制在_5°C的恒溫。
[0023] 3、在制備凍土試樣前先測(cè)得分離式試管6和不銹鋼環(huán)刀的總質(zhì)量分別為61.66g、 61.88g、61.32g、61.80g;然后將四個(gè)凍土試樣連同環(huán)刀分為裝入分離式試管6的凍土試樣 區(qū)8中，合上試管蓋7,并測(cè)其總質(zhì)量分別為70.77g、71.03g、70.51g、70.98g。
[0024] 4、將分離式試管6的底部透水裝置9和未凍水收集部分11通過(guò)螺紋10結(jié)合在一起 后放入離心機(jī)1內(nèi)的分離式試管放置區(qū)3中，合上離心機(jī)蓋板2，通過(guò)離心機(jī)1的控制面板4設(shè) 置離心機(jī)1內(nèi)部的制冷溫度，使其在-5°C的溫度環(huán)境下工作。
[0025] 5、設(shè)置離心機(jī)1的加速度從而控制離心機(jī)1的動(dòng)力裝置5,加速度的等級(jí)一般為： 5g、10g、25g、50g、100g、200g、400g、800g、1600g。
[0026] 6、開(kāi)動(dòng)離心機(jī)1，以便凍土試樣在上述每個(gè)加速度等級(jí)下分離出未凍水，在分別施 加各等級(jí)加速度1111；[11、2111；[11、5111；[11、10111；[11、20111；[11、40111；[11、60111；[11、120111；[11、240111；[11、480111；[11、 600min、720min時(shí)，分別測(cè)量分離式試管6、凍土試樣和不銹鋼環(huán)刀的總質(zhì)量πη;通過(guò)計(jì)算得 出：表1為凍土試樣1在加速度5g時(shí)對(duì)應(yīng)時(shí)間的未凍水含量，表2為凍土試樣1在不同加速度 下的最終未凍水含量。
[0027] 7、通過(guò)測(cè)算出凍土試樣在各級(jí)加速度下對(duì)應(yīng)時(shí)間凍土未凍水含量后，繪出凍土未 凍水含量與時(shí)間對(duì)數(shù)變化的特征曲線(xiàn)，曲線(xiàn)圖如圖3所示;通過(guò)測(cè)算出凍土試樣在各級(jí)加速 度下的最終未凍水含量后，繪出凍土未凍水含量與加速度對(duì)數(shù)變化的特征曲線(xiàn)，曲線(xiàn)圖如 圖4所示。
[0028]表1凍土試樣1在加速度5g時(shí)對(duì)應(yīng)時(shí)間的未凍水含量 [0029]
[0030]注：t一時(shí)間；
[0031] nu-凍土試樣、環(huán)刀和分離式試管總質(zhì)量；
[0032] 11^一未凍水質(zhì)量；
[0033] ω -凍土未凍水含水量。
[0034] 表2凍土試樣1在各級(jí)加速度下的最終未凍水含量
[0035]
[0036] 注:g-加速度；
[0037] nu-凍土試樣、環(huán)刀和分離式試管總質(zhì)量；
[0038] 未凍水質(zhì)量；
[0039] ω -凍土未凍水含水量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種凍±未凍水含量的測(cè)試裝置，該測(cè)試裝置置于離屯、機(jī)的分離式試管放置區(qū)中， 其特征是:該測(cè)試裝置包括有分離式試管(6)和未凍水收集部分（11);所述分離式試管(6) 包括有試管蓋(7)、凍±試樣區(qū)(8)、透水裝置(9);所述分離式試管(6)通過(guò)螺紋（10)與未凍 水收集部分(11)相互梓緊連接組合在一起;凍±試樣區(qū)（8)通過(guò)透水裝置(9)作為底部的空 屯、狀管體，所述透水裝置(9)為透水石層。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述凍±未凍水含量的測(cè)試裝置，其特征是:所述分離式試管(6)的 高度為40mm，直徑為65mm;所述未凍水收集部分(11)的高度為20mm，直徑為65mm。3. 利用所述凍±未凍水含量的測(cè)試裝置的測(cè)試方法，該方法包括W下步驟： (1)用內(nèi)徑為61.8mm高為20mm的不誘鋼環(huán)刀取現(xiàn)場(chǎng)原狀±，制備四個(gè)凍±試樣，并分別 編號(hào)； (2保持凍±試樣的現(xiàn)場(chǎng)凍結(jié)溫度，溫度可控制范圍為-20°C~0°C; (3) 在制備凍±試樣之前先測(cè)得不誘鋼環(huán)刀和分離式試管(6)的質(zhì)量mo,然后將已制備 凍±試樣放于分離式試管(6)中，合上試管蓋7后稱(chēng)量此時(shí)凍±試樣、不誘鋼環(huán)刀和分離式 試管(6)的總質(zhì)量mi; (4) 將分離式試管(6)的底部透水裝置(9)和未凍水收集部分（11)通過(guò)螺紋（10)結(jié)合在 一起后放入離屯、機(jī)（1)內(nèi)的分離式試管放置區(qū)（3)中，合上離屯、機(jī)蓋板(2)，通過(guò)離屯、機(jī)（1) 的控制面板4設(shè)置離屯、機(jī)(1)內(nèi)部的制冷溫度，使其在-20°C~(TC的溫度環(huán)境下工作； (5) 設(shè)置離屯、機(jī)（1)的加速度從而控制離屯、機(jī)（1)的動(dòng)力裝置（5)，加速度的等級(jí)一般 為：5g、10g、25g、50g、100g、200g、400g、800g、1600g; (6) 開(kāi)動(dòng)離屯、機(jī)（1)，W便凍±試樣在上述每個(gè)加速度等級(jí)下分離出未凍水，在分別施 方口各等級(jí)方口速度11111]1、21111]1、51111]1、1〇1111]1、2〇1111]1、4〇1111]1、6〇1111]1、12〇1111]1、24〇1111]1、48〇1111]1、 600min、720min時(shí)，分別測(cè)量分離式試管(6)、凍±試樣和不誘鋼環(huán)刀的總質(zhì)量化，算出此時(shí) 凍±試樣的含水量，得出凍±未凍水的含水量與加速度的曲線(xiàn)關(guān)系，各級(jí)加速度條件下凍 ±未凍水的含水量的計(jì)算公式為：式中，ω -凍上未凍水含水量（％ )，精確至0.1 % ; 1111-凍±試樣、不誘鋼環(huán)刀和分離式試管的總質(zhì)量(g)，精確至O.Olg; mi-施加加速度至預(yù)定時(shí)間后凍±試樣、不誘鋼環(huán)刀和分離式試管的總質(zhì)量(g)，精確 至O.Olg; mo-分離式試管和不誘鋼環(huán)刀的質(zhì)量(g)，精確至O.Olg。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述利用所述凍±未凍水含量的測(cè)試裝置的測(cè)試方法，其特征是:所 述步驟(1)測(cè)試凍樣的規(guī)格為61.8 X 20mm。
【文檔編號(hào)】G01N5/04GK105973746SQ201610286563
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月3日
【發(fā)明人】李順群, 朱希, 劉寒鵬, 陳之祥, 彭全敏, 潘林娜, 尚軍, 胡鐵鑫
【申請(qǐng)人】天津城建大學(xué)