CN111076646A - 一种冻土冻结深度测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冻土冻结深度测量装置及其测量方法，其特点是：它包括外管、内管和测量溶液，所述外管为底端封堵的空心管状体，所述内管为透明空心管状体，内管穿装在外管内且滑动连接，所述测量溶液盛装于内管中，内管顶端和底端以密封圈封堵。测量方法是：开挖深度到达冻土层以下的深坑；将外管竖直置入深坑；完全回填外管与土壤之间的缝隙；向内管注入测量溶液，密封内管的管口以防测量溶液流失，然后将内管穿装在外管内；取出内管观察测量溶液的变色段高度，判断出冻土冻结深度；将管盖同时扣盖在外管和内管上端；再次测量时，打开管盖，取出内管，观察测量溶液的变色段高度，即可准确的判断出冻土冻结深度。

Description

一种冻土冻结深度测量装置及其测量方法

技术领域

本发明属于土木工程领域，尤其涉及岩土技术领域，是一种冻土冻结深度测量装置及其测量方法。

背景技术

中国冻土分布广泛，多年冻土和季节性冻土具有显著的年内变化特征，对生态环境和结构安全有着很大的影响。随着全球变暖，寒区永冻层逐渐融化、土壤温度升高，进一步影响土壤的冻结深度和冻融循环过程。而对于冻融循环作用的研究，仅集中在近几年，且仍具有许多不确定性。另外，我国幅员辽阔，不同区域环境差异较大。所以，在明确季节冻土冻结深度变化规律的基础上，冻土冻结及融化深度准确而方便的测量至关重要。

近年来，常通过钻探技术获取冻土厚度，主要包括两种方法:一、通过直接观察钻孔岩芯的含冰状况和冷生现象来判断是否达到多年冻土下限。二、通过钻孔内的温度测量，利用地温梯度判别多年冻土下限。第一种方法的前提是，钻孔深度必须足够大能够贯穿多年冻土层，同时由于钻机钻进过程中，摩擦生热使地下冰融化，冻土与融土界限变得模糊，而导致下限识别率较低，尤其是当多年冻土下限埋深大于地表下基岩的埋藏深度时，该方法不再适用；并且钻探获取的岩芯为一次性，每测量一次多年冻土下限都需要进行钻探获取岩芯。第二种方法则不会产生类似的问题，但是所得的结果也只是通过判断得到的，难免会有误差，不是很精确。除此之外还有利用直接挖掘法，用铁锹和十字镐挖至冻土层结束，再用钢卷尺测量厚度，此方法费力，不适用于较深的冻土层。

目前，开发一种简单可靠、方便操作的冻土冻结深度测量装置已是土木工程领域急需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的缺点，提供一种结构简单、安全可靠、能够准确测量冻土冻结深度的冻土冻结深度测量装置及其测量方法。

本发明解决技术问题采用的方案之一是：一种冻土冻结深度测量装置，其特征是：它包括外管、内管和测量溶液，所述外管为底端封堵的空心管状体，所述内管为透明空心管状体，内管穿装在外管内且滑动连接，所述测量溶液盛装于内管中，内管顶端和底端均以密封圈封堵，以防止测量溶液流失，避免雨水和外环境的集水进入内管。

所述内管穿装在外管内后，内管的管口高于外管的管口，以便于取出内管。

所述内管的管壁设置包括0线在内的刻度线。

所述内管为透明的合成树脂管或有机玻璃管。

所述外管设置水准泡，以利于判定外管安装的准确性，所述水准泡为高度透明的高精度玻璃长水泡，水准泡设置于所述外管的侧壁且靠近所述外管的管口。

所述外管为导热系数为0.325w/m.k的合成树脂管。

在外管的管壁、水准泡下方设置0线，外管的0线与内管的0线齐平。

所述冻土冻结深度测量装置还设置定位件，定位件设置于外管的管底。

所述冻土冻结深度测量装置还设置管盖，管盖同时扣盖在外管和内管上端，以防止雨水和外环境的集水进入外管内。

所述测量溶液为亚甲蓝水溶液，亚甲蓝水溶液的液面低于外管的管口。

本发明解决技术问题采用的方案之二是：一种冻土冻结深度测量方法，其特征是：包括以下步骤：

1)首先在待测量冻土厚度的地面开挖深度到达冻土层以下的深坑；

2)将所述冻土冻结深度测量装置的外管竖直置入步骤1)所述深坑，外管的水准泡高于地面，外管的0线与地面齐平，对外管的安装位置进行调整，并通过外管侧壁的水准泡判断外管的安装位置，使其达到要求；

3)然后将外管与土壤之间的缝隙完全回填，以防止降水沉积于外管与土壤之间的缝隙从而影响测量结果；

4)向内管注入测量溶液，使测量溶液的液面与刻度线的0线齐平，将内管的管口用密封圈密封；

5)将内管穿装在外管内，使内管的底部与外管的底部相接触，内管的0线与外管的0线齐平；

6)内管放置在外管中24h，将内管从外管中取出,并观察测量内管的测量溶液的变色段高度，从而准确的判断出冻土冻结深度；

7)首次测量完毕之后，将管盖同时扣盖在外管和内管上端，以防止雨水和外环境的集水进入外管内；

8)再次测量时，只需要打开管盖，取出内管，观察测量内管的测量溶液的变色段高度，即可准确的判断出冻土冻结深度。

本发明的有益效果是：其以亚甲蓝水溶液为测量溶液，利用亚甲蓝水溶液在0℃以上为蓝色、低于0℃冻结后为白色的特性进行冻土冻结深度测量的装置，能够快速准确的测量冻土冻结深度；其冻土冻结深度测量装置的外管竖直埋入被测量基坑、并完全回填外管与土壤之间缝隙、内管穿装在外管内的结构，使得一次埋入冻土冻结深度测量装置，即能够根据需要多次测量，克服了钻探获取的岩芯为一次性，每测量一次都需要进行钻探获取岩芯的缺陷；其外管的管口高于地面的设置能够明确冻土冻结深度测量装置的位置；其内管的管口高于外管的管口的结构能够方便拿出内管进行测量；其内管管口设置的密封圈和同时扣盖于外管和内管的管盖既能够防止雨水和外环境的集水进入外管和内管中影响测量结果，又能够防止测量溶液的挥发，还能够进一步明确冻土冻结深度测量装置的位置；其设置的定位件和外管设置的水准泡能够利于调整外管的垂直度，确保外管的埋设符合设计要求。具有结构简单、成本低廉、测量方便、准确度高、一次埋设、多次测量、安全可靠的优点。

附图说明

图1是本发明冻土冻结深度测量装置的结构示意图；

图2是本发明冻土冻结深度测量装置的外管结构示意图；

图3是本发明冻土冻结深度测量装置的内管结构示意图；

图4是本发明冻土冻结深度测量装置的测量方法流程图。

图中：1外管，2内管，3定位件，4水准泡，5刻度线，6管盖，7第一密封圈，8测量溶液，9第二密封圈，10固定座，11内盖。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图1～4，实施例1，本实施例一种冻土冻结深度测量装置，在土壤冻结之前、地面温度达到0℃以下将测量装置埋入，用于24小时后初次测量冻土冻结深度，其结构是：它包括外管1、内管2和测量溶液8，所述外管1为合成树脂材质、底端封堵的空心圆柱管状体，其导热系数为0.325w/m.k，外管1设置水准泡4，以利于判定外管1安装的准确性，所述水准泡4为高度透明的高精度玻璃长水泡，水准泡4设置于外管1的侧壁且靠近外管1的管口，外管1靠近管口处、水准泡的下方设置一个0线，所述内管2为透明的合成树脂材质、底端以第一密封圈7封堵的透明空心圆柱管状体，内管2的管壁设置长度为2毫米的刻度线5，靠近内管2上端的刻度线5设置一个0线，内管2穿装在外管1内且滑动连接，内管2的管口高于外管1的管口，以便于取出内管2，同时内管2的0线与外管1的0线齐平，所述测量溶液8为亚甲蓝水溶液，测量溶液8盛装于内管2中，其液面低于外管1的管口，内管2顶端以第二密封圈9封堵，以防止测量溶液8流失，避免雨水和外环境的集水进入内管2。

所述冻土冻结深度测量装置还设置定位件3，定位件3设置于外管1的管底。

所述冻土冻结深度测量装置还设置内盖11，内盖11穿过内管2扣盖在外管1上端。

所述冻土冻结深度测量装置还设置管盖6，管盖6同时扣盖在内盖11、外管1和内管2上端，以防止雨水和外环境的集水进入外管1内。

本实施例采用现有技术制造。

本实施例的测量方法包括以下步骤：

1)首先在待测量冻土厚度的地面开挖深度到达冻土层以下的深坑；

2)将所述冻土冻结深度测量装置的外管1竖直置入步骤1)所述深坑，外管1的水准泡4高于地面、外管1设置的0线与地面齐平，对外管1的安装位置进行调整，并通过外管1侧壁的水准泡4判断外管1的安装位置，使其达到要求；

3)然后将外管1与土壤之间的缝隙完全回填，以防止降水沉积于外管1与土壤之间的缝隙从而影响测量结果，然后通过固定座10将冻土冻结深度测量装置固定；

4)向内管2注入作为测量溶液8的亚甲蓝水溶液，测量溶液8的液面与刻度线5的0线齐平，将内管2的管口用第二密封圈9密封；

5)将内管2穿装在外管1内，使内管2的底部与外管1的底部相接触、内管2的0线与外管1的0线齐平；

6)内管2在外管1中放置24h，将内管2从外管1中取出,并观察测量内管2的测量溶液8的变色段高度，从而准确的判断出冻土冻结深度；

7)测量完毕之后，然后将管盖6同时扣盖在外管1和内管2上端，以防止雨水和外环境的集水进入外管1内。

实施例2，本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例在土壤冻结之前的11月将测量装置埋入，用于在整个冬季每天持续测量，可详细记录土壤每天的冻结深度，其方法是：

1)找到冻土冻结深度测量装置的位置；

2)打开管盖6，取出内管2，观察测量内管2的测量溶液8的变色段高度，即可准确的判断出冻土冻结深度；

3)测量完毕之后，将管盖6同时扣盖在外管1和内管2上端，以防止雨水和外环境的集水进入外管1内。

实施例3，本实施例与实施例2基本相同，不同之处在于，本实施例在土壤冻结之前的11月将测量装置埋入，一次性量测土壤最终冻结深度，在72h后读取数据。

本发明不局限于本具体实施方式，对于本领域技术人员来说，不经过创造性劳动的简单复制和改进均属于本发明权利要求所保护的范围。

Claims (10)

1.一种冻土冻结深度测量装置，其特征是：它包括外管、内管和测量溶液，所述外管为底端封堵的空心管状体，所述内管为透明空心管状体，内管穿装在外管内且滑动连接，所述测量溶液盛装于内管中，内管顶端和底端分别以密封圈封堵，以防止测量溶液流失，避免雨水和外环境的集水进入内管。

2.如权利要求1所述的一种冻土冻结深度测量装置，其特征是：所述内管穿装在外管内后，内管的管口高于外管的管口，以便于取出内管。

3.如权利要求1所述的一种冻土冻结深度测量装置，其特征是：所述内管的管壁设置包括0线在内的刻度线。

4.如权利要求1所述的一种冻土冻结深度测量装置，其特征是：所述内管为透明的合成树脂管或有机玻璃管。

5.如权利要求1所述的一种冻土冻结深度测量装置，其特征是：所述外管设置水准泡，以利于判定外管安装的准确性，所述水准泡为高度透明的高精度玻璃长水泡，水准泡设置于所述外管的侧壁且靠近所述外管的管口；

在外管的管壁、水准泡下方设置0线，外管的0线与内管的0线齐平。

6.如权利要求1所述的一种冻土冻结深度测量装置，其特征是：所述外管为导热系数为0.325w/m.k的合成树脂管。

7.如权利要求1所述的一种冻土冻结深度测量装置，其特征是：所述冻土冻结深度测量装置还设置定位件，定位件设置于外管的管底。

8.如权利要求1所述的一种冻土冻结深度测量装置，其特征是：所述冻土冻结深度测量装置还设置管盖，管盖同时扣盖在外管和内管上端，以防止雨水和外环境的集水进入外管内。

9.如权利要求1所述的一种冻土冻结深度测量装置，其特征是：所述测量溶液为亚甲蓝水溶液，亚甲蓝水溶液的液面低于外管的管口。

10.一种冻土冻结深度测量装置的测量方法，其特征是：所述冻土冻结深度测量方法包括以下步骤：

1)首先在待测量冻土厚度的地面开挖深度到达冻土层以下的深坑；

2)将所述冻土冻结深度测量装置的外管竖直置入步骤1)所述深坑，外管的水准泡高于地面，外管的0线与地面齐平，对外管的安装位置进行调整，并通过外管侧壁的水准泡判断外管的安装位置，使其达到要求；

3)然后将外管与土壤之间的缝隙完全回填，以防止降水沉积于外管与土壤之间的缝隙从而影响测量结果；

4)向内管注入测量溶液，使测量溶液的液面与刻度线的0线齐平，将内管的管口用密封圈密封；

5)将内管穿装在外管内，使内管的底部与外管的底部相接触，内管的0线与外管的0线齐平；

6)内管放置在外管中24h，将内管从外管中取出,并观察测量内管的测量溶液的变色段高度，从而准确的判断出冻土冻结深度；

7)首次测量完毕之后，将管盖同时扣盖在外管和内管上端，以防止雨水和外环境的集水进入外管内；

8)再次测量时，只需要打开管盖，取出内管，观察测量内管的测量溶液的变色段高度，即可准确的判断出冻土冻结深度。

Images