CN105022093A - 一种用于测量硬地表电法电极及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于测量硬地表电法电极及其应用，有效解决现行电法勘探遇到岩石、混凝土硬地表后会导致效率较低、操作复杂、成本高的问题，方法是，导电胶层紧贴于附着层的下部，导电胶层的下部粘贴有防粘纸层，导电胶层中部与防粘纸层之间的垫片槽内装有金属垫片，附着层的上面中部装有金属垫片，铁座置于金属垫片上，铁座下面装有铜棒，铜棒穿过金属垫片、附着层和导电胶层，下端顶在防粘纸层上，瓦形磁铁上表面呈U形凹槽面，铁座上部呈与瓦形磁铁上表面相对应的U形凹面状，瓦形磁铁经左右两边的粘结胶层固定在铁座上，铁座的侧面上装有螺丝，本发明结构新颖独特，安装使用方便，成本低，省工省时，效率高，测量准确，经济和社会效益巨大。

Description

一种用于测量硬地表电法电极及其应用

技术领域

本发明涉及工程物探领域，特别是一种用于测量硬地表电法电极及其应用。

背景技术

在工程物探外业勘探中，泥土等松散体一般情况视为良导体，泥土等松散类型地表可以使用带有尖头的铜棒或铁棒用铁锤砸入、接线做为电极，这些电极长度一般20cm-40cm不等，传统电极可以直接来进行电法勘探。但遇到岩石或混凝土等坚硬地表，要么费较大力气将长度更长的电极砸穿混凝土电极进入泥土并浇水，才能有较好的导电效果；要么将铜或铁棍一端用泥土和盐水的拌合物包裹，并用模具塑性，让拌合物与硬地表有一定的接触面积才有较好的导电效果，且使之短时间内能够和硬地表紧密结合，同时还必须得快速进行测试，否则泥土和盐水的拌合物会随时间推移而失水变干，导致不导电。导电性能的好坏会直接影响到测试的数据和电法解释的结果。而现阶段，对于硬地表的电法勘探除了上述方法外并无太好的办法，传统的方式已经难以满足现在硬地表电法快速、方便勘探的需求。因此，开发出一种能够快速插拔、使用简便、价格低廉、能够用于岩石、混凝土等硬地表的电极，在工程地质勘察和城市市政工程勘察等方面有较好的应用前景和市场价值。为此，新电极的研制已为人们所重视，并有相关专利申请，如：

实用新型专利，申请号 201320865109.2“一种高密度电法的电极辅助装置”，其实质是通过塑料桶等模具预制好粘土块，使用时打开筒体，将电极插入粘土中，以实现电极与硬质地表之间的导电。但使用起来并不方便，程序较复杂，电法勘探中大量使用总体耗费时间较多；如测试时间较长的话，粘土变干，导电效果下降，测试结果易于出现较大误差；外形也够紧凑，有支撑杆、支架类附件，携带起来也不方便，高密度电法经常使用超过百根电极，运输存放很成问题；故这是一种研究或实验用的临时电极辅助装置，提高效率有限，难以大规模应用。

再如：实用新型专利，申请号201320075103.5“一种直流电法测量中电极与硬质场地的连接装置”，其实质是通过筒体内装有盐水及导电海绵，然后插入电极，以实现电极与硬质地表之间的导电。但同样也有使用不够简单，外形不够紧凑运输、存放不便等问题，并且在使用高密度电法小点距（如0.5m这种较为常用的点距）的情况下，容易发生盐水经海绵渗出外溢后，将邻近电极之间互联，导致结果出现错误，影响物探准确性。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种用于测量硬地表电法电极及其应用，可有效解决现行电法勘探遇到岩石、混凝土硬地表后会导致效率较低、操作复杂、成本高的问题。

本发明解决的技术方案是，该电极包括附着层、导电胶层、铁座和铜螺丝，导电胶层紧贴于附着层的下部，导电胶层的下部粘贴有防粘纸层，导电胶层中部与防粘纸层之间的垫片槽内装有第一金属垫片，附着层的上面中部装有第二金属垫片，铁座置于第二金属垫片上面，铁座下面中心装有铜棒，铜棒垂直穿过第二金属垫片、附着层、第一金属垫片和导电胶层，铜棒下端顶在防粘纸层上，瓦形磁铁上表面呈U形凹槽面，铁座上部呈与瓦形磁铁上表面相对应的U形凹面状，瓦形磁铁经左右两边的粘结胶层固定在铁座上，铁座的侧面上装有铜质螺丝。

本发明电极有效用于混凝土或岩石构成的硬地表的电法测量。

本发明结构新颖独特，安装使用方便，成本低，省工省时，效率高，测量准确，经济和社会效益巨大。

附图说明

图1为本发明的剖面结构主视图。

图2为本发明的俯视图。

图3为本发明的仰视图。

图4为本发明实际应用于黄河大堤勘测成果对比图（包括A、B两部分）。

图5为本发明四极电测深勘探成果图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

由图1-3所示，本发明电极包括附着层、导电胶层、铁座和铜螺丝，导电胶层2紧贴于附着层1的下部，导电胶层的下部粘贴有防粘纸层10，导电胶层2中部与防粘纸层10之间的垫片槽内装有第一金属垫片7，附着层1的上面中部装有第二金属垫片6，铁座4置于第二金属垫片6上面，铁座下面中心装有铜棒5，铜棒5垂直穿过第二金属垫片6、附着层1、第一金属垫片7和导电胶层2，铜棒5下端顶在防粘纸层10上，瓦形磁铁9上表面呈U形凹槽面8，铁座4上部呈与瓦形磁铁上表面相对应的U形凹面状，瓦形磁铁经左右两边的粘结胶层11固定在铁座上，铁座4的侧面上装有铜质螺丝3。

所述的附着层为易于黏上导电胶层的无纺布、纸板或金属箔片制成的方形；所述的导电胶层为导电性能强的导电银胶层，其附着能力强，导电性能好；所述的铁座为上部中间呈U形凹槽面的不锈钢底座；所述的粘结胶层上有塑封层，构成不粘手、耐用的复合体。

为了使用和拆装方便，所述的第二金属垫片6和第一金属垫片7夹好附着层1及导电胶层2，旋到铜棒5上，构成拆装结构。

在上述结构中，瓦形磁铁是为了便于圆柱形的电极转换开关(这种开关是常用的标准型)吸附在凹槽中，省去传统方法使用的线夹，免接线，使用完毕后，电极转换开关拔掉也较为方便，可使效率有较大提高。如有极个别的电极转换开关不是圆柱形或铝制材料没有磁性，仍可使用线夹夹住磁铁座4上附带的铜质螺丝3，通过导线及导线夹确保导电性能良好。

所述铁座4、附着层1通过铜棒5串接，铜棒5有螺纹，顶部旋入铁座4的底部，再将第二金属垫片6和第一金属垫片7夹好附着层1及导电胶层2，旋装在铜棒5上。第一金属垫片7及导电胶层2均可导电，显著的增大了导电体的面积，导电胶层2有部分夹在第一金属垫片7与附着层1之间，可较好的实现导电胶层2与第一金属垫片7之间的导电，也保证了从电流从地表到铁座4的通畅。

所述的第二金属垫片6和第一金属垫片7均采用铜制成表面光滑的圆形，其表面需打磨光滑，无毛刺，可确保通电良好。

本发明电极的应用，其方法是：

1、按电法测量要求，将混凝土或岩石表层进行清扫，去除浮尘；

2、揭开防粘纸层10，将导电胶层2部位紧密粘合在混凝土或岩石表面；

3、当电法使用的电缆及电极转换开关为圆柱形且可被磁铁吸附时，将电极转换开关放置于铁座4的U形凹槽面8中紧密吸附；当使用的电极转换开关为其他形状，通过导线及导线夹连接在铜质螺丝3上，确保导电顺畅；

4、按电法常规，对硬质地表层开始测量，获得测量数据；

5、测量完毕，收传输线缆和电极，以备下次使用。

本发明经实地试验和应用，取得了非常好的有益技术效果，有关资料如下：

实验1：

工作环境：黄河大堤高密度电法探测，郑州段某穿堤乡村公路，公路路表已混凝土硬化，路宽为38m（即图4水平桩号6072-6110），按照堤防隐患探测原则一般应为2m点距,故需要电极19个，如砸穿混凝土层或用泥土盐水搅拌，布置一个路口的电极需要超过20分钟时间和多个壮工及多种辅助工具才能完成；如使用本发明电极，一般人都可以在1分钟左右即可布置好，效率可提高20倍以上，省时省力，可有效降低成本。

图4-A是通过混凝土伸缩缝，将电极砸入并浇入盐水，所测的视电阻率数据等值线图；图4-B为使用本发明的电极所测试的视电阻率等值线图；从两图对比可以看到，两者所测数据相差不大，通过统计计算相对误差在3%以内，且使用本发明电极更符合半空间电场点状电源激发和接受端的要求（砸入电极浇入盐水，水会在电极附近形成形态各异的水洼，整个水洼面积均为导电体），测数据对大堤疑似裂缝形态分辨更为清楚，图4-B中可以看到右侧竖直条带更为明显，表明测试效果好。

实验2：

工作环境：非洲某水电厂房区域岩石裸露，用温纳装置进行四极电测深勘察，从图5的电极间距a的变化可以看到，当a为45米，共跑极9次。如使用传统方法，需要从几百米外背泥土，然后与盐水搅拌，再将电极固定，这个安装电极时间至少需要几分钟，除了操作仪器的技术人员外，还要需要4个人每人维护1个电极。且由于非洲高热环境，泥土很快变干，如跑极较慢电极接地效果很快变差，数据因此都没有重复性，传统办法及电极在此处适应性非常差。使用本发明电极，仅需2个工人跑极，中间MN电极仪器站技术人员便可以轻松应对，每更换一次电极位置（即跑极过程），安装电极时间仅需几秒，效率提高几十倍，省时省力。从测试结果（图5）来看，用本发明电极测试结果符合与地质解释结果符合好。

实验3：

对测量完毕后收线实验，一人就能直接收传输线缆，一人收电极。而传统方法均需要有人先行将电极与电极转换开关（电极转换开关安装在传输线缆上）分离，然后再去收传输线缆，本发明可直接收传输线缆省去弯腰去掉夹子等动作，提高了效率，降低了劳动程度。仅收传输线和电极就可提高工作效率10倍以上，而且大大降低了劳动强度。

电极使用完毕后，可用防粘纸层10将其底部贴上，使用时揭开即可，类似于不干胶胶带的使用。如果使用多次后，导电胶层2因粘有过多的浮尘粘性效果不佳时，可以清理掉表面较脏部分黏胶，喷涂上新的即可，瓶装喷涂导电胶市场上可以轻易购置，价格低廉。如用时间较长，也可以批量更换，换掉附着层1和导电胶层2这一部分，其他部分仍可使用，有效降低了成本。该电极结构使用简便，结构简单，成本低廉。

上述情况表明，本发明与现有技术相比，具有以下突出的有益技术效果：

1、本发明结构紧凑，为一板状结构，可方便的快速粘于硬地表，整个过程仅需几秒钟，而传统方法视地表情况，每安装一个电极可能需要一分钟到数分钟，且免去线缆与电极之间接线，能够省去1人工，且因为无连线，故收放线缆速度也能提高数倍，整体效率提高至少在20倍以上。

2、降低了人工成本，视不同的工作环境，至少可以减少1个至4个人工；同时因为不用大量的弯腰接线夹、砸电极，降低了劳动人员的劳累程度，可以在单位时间完成更多的电极铺设。特别适合在市政工程勘察、城市考古等需大量在硬地面设置电极的勘察项目上应用，可以至少节约80%的时间成本和50%的人力成本，在此方面有无以伦比的优势。

3、不受勘察时间限制，在几个小时内导电胶的干湿程度不会发生太大变化，能够保持很好的导电性，也避免了小间距情况下电极互相之间的干扰，使之仍为点状激发源或接收信号端，从而提高了勘探精度，且能胜任一些传统电极不能适应的区域。

4、结构紧凑，便于运输和储存；所使用材料多有成品，仅需组装和加工即可，易于生产，重复和使用维护成本小，有巨大的经济和社会效益。

Claims (8)

1.一种用于测量硬地表电法电极，电极包括附着层、导电胶层、铁座和铜螺丝，其特征在于，导电胶层（2）紧贴于附着层（1）的下部，导电胶层的下部粘贴有防粘纸层（10），导电胶层（2）中部与防粘纸层（10）之间的垫片槽内装有第一金属垫片（7），附着层（1）的上面中部装有第二金属垫片（6），铁座（4）置于第二金属垫片（6）上面，铁座下面中心装有铜棒（5），铜棒（5）垂直穿过第二金属垫片（6）、附着层（1）、第一金属垫片（7）和导电胶层（2），铜棒（5）下端顶在防粘纸层（10）上，瓦形磁铁（9）上表面呈U形凹槽面（8），铁座（4）上部呈与瓦形磁铁上表面相对应的U形凹面状，瓦形磁铁经左右两边的粘结胶层（11）固定在铁座上，铁座（4）的侧面上装有铜质螺丝（3）。

2.根据权利要求1所述的用于测量硬地表电法电极，其特征在于，所述的附着层为易于黏上导电胶层的无纺布、纸板或金属箔片制成的方形。

3.根据权利要求1所述的用于测量硬地表电法电极，其特征在于，所述的导电胶层为导电性能强的导电银胶层。

4.根据权利要求1所述的用于测量硬地表电法电极，其特征在于，所述的铁座为上部中间呈U形凹槽面的不锈钢底座。

5.根据权利要求1所述的用于测量硬地表电法电极，其特征在于，所述的粘结胶层上有塑封层，构成不粘手、耐用的复合体。

6.根据权利要求1所述的用于测量硬地表电法电极，其特征在于，所述的第二金属垫片（6）和第一金属垫片（7）夹好附着层（1）及导电胶层（2），旋到铜棒（5）上，构成拆装结构。

7.根据权利要求1所述的用于测量硬地表电法电极，其特征在于，所述铁座（4）、附着层（1）通过铜棒（5）串接，铜棒（5）有螺纹，顶部旋入铁座（4）的底部，再将第二金属垫片（6）和第一金属垫片（7）夹好附着层（1）及导电胶层（2），旋装在铜棒（5）上。

8.权利要求1所述的用于测量硬地表电法电极在混凝土或岩石构成的硬地表的电法测量中的应用。