CN103116189A - 用于NAPLs污染砂性土场地勘察的原位连续贯入触探探头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于NAPLs污染砂性土场地勘察的原位连续贯入触探探头。在传统静力触探仪的探杆与摩擦桶间安装时域反射测试探头；该时域反射测试探头结构如下：中空的Derlin棒外表面嵌入对称的六根不锈钢针并与Derlin棒用螺钉固定；两根同轴电缆内导体分别与Derlin棒上端的，并且通过直径的一对螺钉焊接，位于所述一对螺钉两侧的相邻两个螺钉各自为一组，分别与各自同轴电缆外导体焊接。该触探探头可以快速、连续、准确的测得不同深度土层的介电常数、电导率、锥尖阻力和侧摩阻力。利用这些电学和力学参数可鉴定NAPLs污染砂性土场地污染区域及污染程度。本发明为NAPLs污染场地的快速筛查提供了有力的工具。

Description

用于NAPLs污染砂性土场地勘察的原位连续贯入触探探头

技术领域

本发明涉及勘测触探探头，尤其是涉及一种用于NAPLs污染砂性土场地勘察的原位连续贯入触探探头。

背景技术

随着化工产业的发展以及化工产品的普遍使用，以燃油（如柴油）、氯代烃（如四氯化碳）、芳香胺（如苯胺）等为代表的非水相液体（NAPLs）对土壤及地下水的污染问题逐渐凸显出来。此类型的污染场地因具有污染区域空间分布离散性大、污染物迁移深度深的特点，从而造成了勘察的困难。对于NAPLs污染场地，传统的勘察方法是在现场钻孔取样然后在实验室内进行化学分析。该方法存在耗时、取原状样困难、费用高的缺点，因此，如何快速、准确、经济的勘测污染区域的范围及污染程度，是这类污染场地修复面临的首要环节。近年来，国外诸多学者都实验发现了土介质的电学性质（介电常数、电导率）能有效表征土壤中NAPLs的含量，可作为NAPLs污染土的检测指标。因此发明一种能够快速、连续、准确获得污染场地中不同土层电学性质的触探探头，对NAPLs污染场地的快速筛查具有重要的价值。

原位静力触探（CPT）仪可以快速、连续贯入并测试各土层的力学特性（即锥尖阻力和侧摩阻力），是岩土工程勘察中常用工具。目前，针对污染场地的原位勘察，国内外有些学者（如国外Campanella等，国内刘松玉）提出了电阻率方法，并研制了测试土介质电阻率的触探探头，用于重金属离子污染土的探测。然而，实践证明电阻率探头难以有效探测NAPLs污染土。时域反射法能同时测得介质的介电常数和电导率（电阻率倒数），其中介电常数可较好的表征NAPLs污染土中NAPLs的含量。此外，电导率作为辅助参数可对测试结果予以校验

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于NAPLs污染砂性土场地勘察的原位连续贯入触探探头。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括探杆，在探杆下面依次设有摩擦桶和圆锥形探头。在所述探杆与摩擦桶之间还装有时域反射法测试探头；该时域反射法测试探头的结构如下：在中空的Derlin棒的上端与探杆用螺纹连接；在Derlin棒中部的一段圆柱面上嵌入对称分布的六根不锈钢针；六根不锈钢针上、下端与Derlin棒分别用螺钉固定；两根同轴电缆从触探探杆经上端的Derlin棒中空部分穿入，其中不锈钢针上端且通过Derlin棒直径的一对螺钉分别与各自同轴电缆内导体焊接，位于所述一对螺钉两侧的相邻两个螺钉各自为一组，分别与各自同轴电缆外导体焊接，摩擦桶的上端与Derlin棒下端用螺纹连接；在摩擦桶的下端安装圆锥形探头。

所述六根不锈钢针的直径均为4mm，长度均为200mm。

本发明具有的有益效果是：

1）该探头同时测得土壤介质的介电常数、电导率、锥尖阻力以及侧摩阻力，其中锥尖阻力以及侧摩阻力用来鉴定饱和砂性土及密实度，介电常数用来表征砂性土中NAPLs污染物的含量，此外，电导率作为辅助参数，通过砂性土电导率与含水量的相关关系对测试结果予以校验。

2）该探头与传统的静力触探（CPT）仪结合起来，实现原位快速、连续贯入和准确的测量，达到了快速筛查NAPLs污染区域范围及污染程度的目的。

3）本发明设置了两根同轴电缆可进行平行的测试，提高了测试结果的可靠性。

4）该发明对测试砂性土介电常数和电导率的标定过程具有理论依据强，过程简单的优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1本发明时域反射法测试探头1—1截面的截面图。

图3是饱和砂土中介电常数与NAPLs体积含量关系。

图4是饱和砂土中电导率与体积含水量关系。

图5是人工设置的NAPLs污染砂土层状分布图。

图6是针对图5设置的NAPLs污染砂土层状分布，测得的时域反射波形图。

图中：1、同轴电缆，2、Derlin棒，3、螺纹，4、螺钉，5、不锈钢针，6、摩擦桶，7、圆锥形探头，8、探杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

如图1、图2所示，本发明包括探杆8，在探杆8下面依次设有摩擦桶6和圆锥形探头7（即传统静力触探仪探头）；在所述探杆8与摩擦桶6之间还装有时域反射法测试探头；该时域反射法测试探头的结构如下：

本发明在中空的Derlin棒2的上端与探杆8用螺纹3连接；在Derlin棒2中部的一段圆柱面上嵌入对称分布的六根不锈钢针5；六根不锈钢针5上、下端与Derlin棒2分别用12个螺钉4固定；两根同轴电缆1从探杆经上端的Derlin棒中空部分穿入，其中不锈钢针上端且通过Derlin棒2直径的一对螺钉4分别与各自同轴电缆1内导体焊接，位于所述一对螺钉4两侧的相邻两个螺钉4各自为一组，分别与各自同轴电缆1外导体焊接，其具体连接方式见图2中箭头所示；摩擦桶6的上端与Derlin棒2下端用螺纹3连接；在摩擦桶6的下端安装圆锥形探头7。

所述六根不锈钢针5的直径均为4mm，长度均为200mm。这六根钢针及其相连的两根同轴电缆组成了时域反射法测试探头，现场勘查时，通过信号发射器发射一个电磁脉冲，此脉冲通过同轴电缆及不锈钢针传播，在遇到阻抗不连续的地方发生反射并由示波器记录该反射信号，最终通过分析该反射信号获得介质的介电常数和电导率。所述时域反射法测试探头安装在传统静力触探仪（CPT）的探杆上。

本发明的工作原理如下：

1）该触探探头对砂性土介电常数及电导率的标定按如下公式进行：

介电常数：

$K=a{\left(\frac{\mathrm{c\Δt}}{L}\right)}^2+b$

其中，K为测试介质介电常数，a,b为标定参数可以通过测量几组已知介电常数的介质来标定，c为光速（3×10⁸m/s），Δt为仪器测量参数，L为不锈钢针长度。

电导率：

$\mathrm{\σ}=a\frac{V_o}{V_{\∞}}+b$

其中，σ为测试介质电导率，a,b为标定参数，可以通过测量几组已知电导率的介质来标定，V_o,V_∞为仪器测量参数。

2）通过测得的土层性质参数对NAPLs污染土的评价过程：

首先由静力触探仪探头测得的锥尖阻力和侧摩阻力对地层中饱和砂性土层以及密实度进行鉴别，然后用介电常数表征NAPLs污染物的含量，最后通过电导率与含水量的相关关系对表征结果予以校验。

本发明中，对于锥尖阻力及侧摩阻力的相关数据按规范的方法进行处理。

3）NAPLs污染物含量与介电常数关系及污染层面确定：

图3表示饱和砂土中NAPLs污染物体积含量与介电常数的关系，图4表示饱和砂土中体积含水量与电导率的关系。从图中可以看出介电常数随NAPLs含量的增加而显著地减小，电导率则随体积含水量的增加而显著增加。图5表示人工设置的NAPLs污染砂土层状分布图。图6是针对图5所设置土层分布情况测试得出的时域反射波形图，从图中可以看出，由反射波形可以清楚的分辨出NAPLs污染土层上下界面的位置。

Claims (2)

1.一种用于NAPLs污染砂性土场地勘察的原位连续贯入触探探头，包括探杆，在探杆下面依次设有摩擦桶和圆锥形探头；其特征在于：在所述探杆与摩擦桶之间还装有时域反射法测试探头；该时域反射法测试探头的结构如下：在中空的Derlin棒的上端与探杆用螺纹连接；在Derlin棒中部的一段圆柱面上嵌入对称分布的六根不锈钢针；六根不锈钢针上、下端与Derlin棒分别用螺钉固定；两根同轴电缆从探杆经上端的Derlin棒中空部分穿入，其中不锈钢针上端且通过Derlin棒直径的一对螺钉分别与各自同轴电缆内导体焊接，位于所述一对螺钉两侧的相邻两个螺钉各自为一组，分别与各自同轴电缆外导体焊；摩擦桶的上端与Derlin棒下端用螺纹连接；在摩擦桶的下端安装圆锥形探头。

2.根据权利要求1所述的一种用于NAPLs污染砂性土场地勘察的原位连续贯入触探探头，其特征在于：所述六根不锈钢针的直径均为4mm，长度均为200mm。

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