CN100365407C - 深层饱和砂土孔隙比现场测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深层饱和砂土孔隙比现场测试装置。包括在现场深层土体中插入探头，其三根等长平行排列的不锈钢探针插入土中，不锈钢探针顶端固定于环氧树脂内并与同轴电缆连接。探头经预置于其顶部的带螺纹钢管与导管连接至地面。同轴电缆另一端与电磁波激发器和电磁波接收器连接；电磁波接收器与数据存储器连接。本发明可以现场测量任何深度的饱和无粘性土孔隙比，且具有很好的抗压性、抗拔性和防水性，具有原理明确、结构简单、操作方便的特点。

Description

深层饱和砂土孔隙比现场测试装置

技术领域

本发明涉及一种深层饱和砂土孔隙比现场测试装置。

背景技术

目前，国内现场测试饱和砂土孔隙比的通常采用探地雷达法，该方法利用高频电磁波将宽带短脉冲的形式由地面发射天线送入地下，利用地面接收天线接收反射信号，通过测定电磁波在土层中的传播速度确定孔隙比。因为该方法的发射天线和接收天线均放置在地面，土对电磁波有衰减作用决定了电磁波在土中的传播距离不能太长，所以该方法存在测量深度浅的缺点。国内尚无现场测试深层饱和砂土孔隙比的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种深层饱和砂土孔隙比现场测试装置，可以对任何深度的饱和砂土孔隙比进行测量。

本发明采用的技术方案如下：

深层饱和无粘性土孔隙比现场测试装置，它包括三根等长平行排列的不锈钢探针，其顶端均固定在环氧树脂盒内并经同轴电缆与地面上的电磁波激发器和电磁波接收器连接，电磁波接收器与数据存储器连接；其中：

1)三根等长平行排列的不锈钢探针顶端均有小孔，用固定螺丝将焊片固定在不锈钢探针顶端，同轴电缆内导体焊接于排列在中间的不锈钢探针顶端的焊片上，同轴电缆外导体分别经导线连接于两侧的不锈钢探针顶端的焊片上；

2)在环氧树脂盒顶端装有预置钢管，同轴电缆从钢管中穿过，钢管下端两侧有两个小孔，导线从孔中引出分别与排列在两侧的不锈钢探针顶端的焊片及同轴电缆外导体连接，并用柔性材料填充导线与孔之间的空隙；预置钢管下端端部纵横两向焊接定位钢片；预置钢管上端用柔性材料填充同轴电缆与预置钢管之间的空隙，并用环氧树脂密封；预置钢管和不锈钢探针均固定于环氧树脂盒中；

3)最下端靠近环氧树脂盒的两端带螺纹的连接钢管的一端经靠近环氧树脂盒的对接头与预置于环氧树脂盒中的预置钢管的一端连接，最下端靠近环氧树脂盒的两端带螺纹的连接钢管的另一端经上一个对接头和上一个两端带螺纹的连接钢管的一端连接，各个两端带螺纹的连接钢管分别经各个对接头依次首尾连接，可连续接长至设定长度；同轴电缆从连接钢管和对接头中穿过。

本发明具有的有益效果是：通过采用上述方案，可以现场测量任何深度的饱和无粘性土孔隙比，且具有很好的抗压性、抗拔性和防水性，具有原理明确、结构简单、操作方便的特点。

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图；

图2是图1的A-A剖面图；

图3是同轴电缆与探针连接处同轴电缆端连接图；

图4是同轴电缆与探针连接处探针端连接图；

图5是现场测试时的装置原理图。

图中：1、同轴电缆，2、连接钢管，3、对接头，4、预置钢管，5、环氧树脂盒，6、导线，7、焊片，8、固定螺丝，9、不锈钢探针，10、同轴电缆内导体，11、同轴电缆外导体，12、同轴电缆护套，13、同轴电缆填充材料，14、纵横两向焊接定位钢片，15、柔性填充材料，16、环氧树脂，17、电磁波激发器、接收器，18、钻孔成孔。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4、图5所示，深层饱和砂土孔隙比的现场测试装置，它包括可在现场插入深层饱和砂土中的三根等长平行排列的不锈钢探针9，其顶端固定在环氧树脂盒5内并经同轴电缆1与地面上的电磁波激发器、电磁波接收器17和数据存储器连接；在环氧树脂盒5顶端预置有带螺纹铝管4，可经对接头3与长导管2连接。

如图4所示，三根等长平行排列的不锈钢探针9顶端均预留小孔，用固定螺丝8将焊片7固定在不锈钢探针9顶端，同轴电缆内导体10焊接于排列在中间的不锈钢探针顶端的焊片7上，同轴电缆外导体11经导线6连接于排列在两侧的不锈钢探针顶端的焊片7上。

如图1所示，在环氧树脂盒5顶端预置有预置钢管4，同轴电缆1从钢管4中穿过，预置钢管4下端两侧预留两个小孔，导线6从孔中引出分别与排列在两侧的不锈钢探针9顶端的焊片7及同轴电缆外导体11连接，并用柔性材料15填充导线6与孔之间的空隙；预置钢管4上端用柔性材料15填充同轴电缆1与预置钢管4之间的空隙，并用环氧树脂16密封；钢管和不锈钢探针9均固定于环氧树脂盒5中。

如图1所示，两端带螺纹的连接钢管2经对接头3与预置于环氧树脂盒中的预置钢管4和连接钢管2连接，可连续接长至所需长度；同轴电缆1从连接钢管2和对接头3中穿过。连接钢管2和对接头3端部应尽量光滑，以防同轴电缆1磨损。

如图2所示，预置钢管4下端端部的纵横两向焊接定位钢片14可提高本测试装置抗压和抗拔性能。

测试探头系统的防水处理是在预置钢管4上端用柔性材料15填充同轴电缆1与预置钢管4之间的空隙，并用环氧树脂16密封，密封层要均匀，不宜太厚，不得有气泡存在，以确保密封层的防水防潮性、韧性和抗老化性能。

如图5所示，采用钻机在土中钻孔成孔18至设定深度，连接一定数量的连接钢管2至相应长度以保证探针9完全插入饱和砂土中，将连接好的测试探头插入，同轴电缆1上端与地面上的电磁波激发器、电磁波接收器17连接。反射信号经电磁波接受器接收并存储到数据存储器，由数据读出该饱和砂土的介电常数ε_r，再根据下列公式求得该饱和砂土的孔隙比。

$(2\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{A}_i-3){{\mathrm{\ϵ}}_r}^2+(\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{A}_i{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{ri}}+4\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{A}_i+3){\mathrm{\ϵ}}_r+2\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{A}_i{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{ri}}=0$

其中，变量 $A_i=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{ri}}-1}{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{ri}}+2}{v}_i,$ ε_ri分别为土颗粒介电常数ε_s和自由水介电常数ε_fw。v_i分别为饱和砂土中土颗粒体积含量和孔隙率。

Claims (1)

1.深层饱和砂土孔隙比现场测试装置，它包括三根等长平行排列的不锈钢探针(9)，其顶端均固定在环氧树脂盒(5)内并经同轴电缆(1)与地面上的电磁波激发器和电磁波接收器连接，电磁波接收器与数据存储器连接；其特征在于：

1)三根等长平行排列的不锈钢探针(9)顶端均有小孔，用固定螺丝(8)将焊片(7)固定在不锈钢探针(9)顶端，同轴电缆内导体(10)焊接于排列在中间的不锈钢探针(9)顶端的焊片(7)上，同轴电缆外导体(11)分别经导线(6)连接于两侧的不锈钢探针(9)顶端的焊片(7)上；

2)在环氧树脂盒(5)顶端装有预置钢管(4)，同轴电缆(1)从钢管(4)中穿过，钢管(4)下端两侧有两个小孔，导线(6)从孔中引出分别与排列在两侧的不锈钢探针(9)顶端的焊片(7)及同轴电缆外导体(11)连接，并用柔性材料(15)填充导线(6)与孔之间的空隙；预置钢管(4)下端端部纵横两向焊接定位钢片(14)；预置钢管(4)上端用柔性材料(15)填充同轴电缆(1)与预置钢管(4)之间的空隙，并用环氧树脂(16)密封；预置钢管(4)和不锈钢探针(9)均固定于环氧树脂盒(5)中；

3)最下端靠近环氧树脂盒的两端带螺纹的连接钢管(2)的一端经靠近环氧树脂盒的对接头(3)与预置于环氧树脂盒(5)中的预置钢管(4)的一端连接，最下端靠近环氧树脂盒(5)的两端带螺纹的连接钢管(2)的另一端经上一个对接头(3)和上一个两端带螺纹的连接钢管(2)的一端连接，各个两端带螺纹的连接钢管(2)分别经各个对接头(3)依次首尾连接，可连续接长至设定长度；同轴电缆(1)从连接钢管(2)和对接头(3)中穿过。

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