一種在凍土中測量孔隙水壓力的裝置制造方法
【專利摘要】一種在凍土中測量孔隙水壓力的裝置，包括溫控箱、實驗罐和滲壓計，底座與固定板之間設有實驗罐，并通過固定件連接；實驗罐頂部設有加壓頭；加壓頭上端設有加壓桿，下端設有透水石；在底座和透水石之間為凍土試樣；實驗罐之間以及實驗罐與底座之間有密封圈。本發(fā)明采用分層實驗罐，可以對不同土樣、不同高度位置處的孔隙水壓力進行實時量測，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出土體，取代傳統(tǒng)在土體表面測量孔隙水壓力的方式，這樣，就不需要土體向外排水便可測量孔隙水壓力的變化情況，另外由于探頭在掏槽內(nèi)埋設，所以不會因為土樣變形太大而造成微探頭的破壞，解決了傳統(tǒng)實驗中由于水滲出土體表面后凍結(jié)，導致在凍土中無法測量孔隙水壓力的問題。
【專利說明】一種在凍土中測量孔隙水壓力的裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及凍土實驗儀器領域，具體說是一種在凍土中測量孔隙水壓力的裝置?！颈尘凹夹g】
[0002]在凍土物理力學研究領域，孔隙水壓力的測量已經(jīng)成為了探索凍土凍脹、融沉等變形機理和開展相關計算的關鍵點。在凍土中，并不是所有的水都以冰的形式存在，當凍土溫度接近于相變點時，未凍水體積含量會達到總含水量的20%-30%，但是由于環(huán)境溫度較低，當凍土中的未凍水在荷載作用下排出到土體表面時會發(fā)生凍結(jié)，所以傳統(tǒng)固結(jié)試驗在實驗罐壁測量孔隙水壓力的方法不能適用于凍土。此外，在傳統(tǒng)的土力學實驗中，一定的實驗儀器所能適應的土樣高度是固定的。另外在凍土實驗中，為了觀察凍土在溫度梯度下的水分運移現(xiàn)象，需要將土樣的高度增加，在傳統(tǒng)的土力學實驗中，一定的實驗儀器所能適應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移現(xiàn)象的觀測，從而需要設計一種能適應不同土樣高度的實驗裝置成為必要。
【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量孔隙水壓力的裝置，以解決凍土中孔隙水壓力測量的難題。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術來實現(xiàn)的:
一種在凍土中測量孔隙水壓力的裝置，包括溫控箱1、實驗罐和滲壓計，底座與固定板之間設有實驗罐，并通過固定件連接；實驗罐頂部設有加壓頭；加壓頭上端設有加壓桿，下端設有透水石；在底座和透水石之間為凍土試樣；實驗罐之間以及實驗罐與底座之間有密封圈。
[0005]上述底座和加壓頭的內(nèi)部設有冷液循環(huán)通道。
[0006]上述實驗罐1-5個，采用有機玻璃制作，實驗罐的罐壁上設有掏槽和鉆孔，掏槽并鉆孔處安放滲壓計，鉆孔處安放溫度探頭。
[0007]上述的滲壓計是由微探頭、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有飽和補液口 ；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)點及有益效果:
1、本發(fā)明采用分層實驗罐，可以對不同土樣、不同高度位置處的孔隙水壓力進行實時量測。
[0012]2、本發(fā)明采用一個微小的探頭，將其置于土體中，通過低溫不凍的傳壓介質(zhì)將凍土中的壓力導出土體，從而取代傳統(tǒng)在土體表面測量孔隙水壓力的方式，這樣，就不需要土體向外排水便可測量孔隙水壓力的變化情況，由于探頭在掏槽內(nèi)埋設，所以不會因為土樣變形太大而造成微探頭的破壞，同時解決了傳統(tǒng)實驗中由于水滲出土體表面后凍結(jié)，導致在凍土中無法測量孔隙水壓力的問題。
[0013]3、本發(fā)明采用的分層實驗罐旨在解決適應不同試樣高度的實驗罐裝置問題，并且能在實驗中監(jiān)測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)壓縮實驗的優(yōu)點，可以測量土樣壓縮變形量、溫度分布、孔隙水壓力變化等情況，具有操作方便，控制簡單的優(yōu)點。
[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5-有機玻璃實驗罐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-飽和補液口 16-壓力傳感器17-數(shù)據(jù)采集線
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明:
如圖1、2所示，一種在凍土中測量孔隙水壓力的裝置，包括溫控箱1、實驗罐5和滲壓計4，底座2與固定板7之間設有實驗罐5，并通過固定件10連接；實驗罐5頂部設有加壓頭8 ;加壓頭8上端設有加壓桿9，下端設有透水石6 ;在底座2和透水石6之間為凍土試樣；實驗罐5之間以及實驗罐5與底座2之間有密封圈3。
[0022]將滲壓計4插入預先在底座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，疊加一個實驗罐5，再在底層實驗罐5的頂部放置一個密封圈3，其上再疊加一個實驗罐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插入有機玻璃實驗罐5壁上鉆取的小孔中，滲壓計4插入有機玻璃實驗罐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4的飽和補液口 15對滲壓計4進行飽和，使傳壓管14中充滿液體，飽和完成后，封閉飽和補液口 15 ;將配置好的冰、土、水三者的混合物緩慢傾倒入實驗罐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)，使箱體溫度達到測試所需要的低溫環(huán)境并保持穩(wěn)定；此時在凍結(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；此時凍土中的孔隙水壓力由滲壓計4上的微探頭13通過乙醇傳導至壓力傳感器16，從而通過數(shù)據(jù)采集線17傳遞至控溫箱I外的采集儀來進行測量。
[0023]圖3和圖4是驗證性試驗，實驗過程中未施加溫度梯度，僅對試驗裝置控溫于負溫，并且只測量實驗罐底部的空隙水壓力，實驗結(jié)果表明實驗裝置的研制是很有效果的。
【權利要求】
1.一種在凍土中測量孔隙水壓力的裝置，包括溫控箱(I)、實驗罐(5)和滲壓計(4)，其特征是:底座(2)與固定板(7)之間設有實驗罐(5)，并通過固定件(10)連接；實驗罐(5)頂部設有加壓頭(8);加壓頭(8)上端設有加壓桿(9)，下端設有透水石(6);在底座(2)和透水石6之間為凍土試樣；實驗罐(5)之間以及實驗罐(5)與底座(2)之間有密封圈(3)。
2.如權利要求1所述的一種在凍土中測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)設有冷液循環(huán)通道。
3.如權利要求1所述的一種在凍土中測量孔隙水壓力的裝置，其特征是:實驗罐(5)有1-5個，采用有機玻璃制作。
4.如權利要求1所述的一種在凍土中測量孔隙水壓力的裝置，其特征是:實驗罐(5)的罐壁上設有掏槽(12)和鉆孔；掏槽(12)并鉆孔處安放滲壓計(4);鉆孔處安放溫度探頭(11)。
5.如權利要求1所述的一種在凍土中測量孔隙水壓力的裝置，其特征是:所述的滲壓計(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)之間設有飽和補液口( 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.如權利要求5所述的一種在凍土中測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.如權利要求5所述的一種在凍土中測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.如權利要求7所述的一種在凍土中測量孔隙水壓力的裝置，其特征是:所述的傳壓介質(zhì)為對癸烷，或石油醚，或二甲基硅油，或三氯甲烷，或乙醇。
【文檔編號】G01L11/00GK103512699SQ201210207347
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月21日 優(yōu)先權日:2012年6月21日
【發(fā)明者】張建明, 張虎, 蘇凱, 劉世偉 申請人:中國科學院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所