專利名稱：用tdr水分計(jì)測試黃土濕陷變形規(guī)律的設(shè)施的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測試黃土濕陷變形的設(shè)施，特別是一種用TDR水分計(jì)測試黃 土濕陷變形規(guī)律的設(shè)施。
背景技術(shù)：
黃土多分布在干旱、半干旱地區(qū)，是我國中西部地區(qū)的主要區(qū)域性土質(zhì)。研究掌握 黃土的變形特性對在該地區(qū)的正建造和已建造的建筑物的安全性以及穩(wěn)定性具有重要意 義，黃土的濕陷直接關(guān)系到工程造價與工程安全，在實(shí)際工程建設(shè)中，因?qū)裣輪栴}研究了 解欠缺而導(dǎo)致工程事故時有發(fā)生。TDR水分計(jì)是應(yīng)用介電常數(shù)法來進(jìn)行土壤體積含水量原位測試的儀器，與傳統(tǒng)土 壤水分測定法比較，具有不破壞樣本、簡單易用、測量快速、準(zhǔn)確、能連續(xù)定點(diǎn)測定等優(yōu)點(diǎn)， 可測量土體任何深度度包括表層土，沒有輻射危害，并且可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集。TDR水分計(jì)主要包含兩部分，一是用于信號監(jiān)測的電纜探測儀，二是用于引導(dǎo)信 號在介質(zhì)中傳輸?shù)奶筋^。電纜探測儀的主要部件是電子函數(shù)發(fā)生器和示波器，前者可以輸 出具有非?？斓钠鹕龝r間(120ps)的方形高頻電磁波信號；后者用于對方形波進(jìn)行時間監(jiān) 測。探頭一般具有3個平行的導(dǎo)波棒，導(dǎo)波棒固定在防水的硬質(zhì)絕緣材料把手上，通過同軸 電纜線與電纜探測儀相連。目前國內(nèi)外研究黃土濕陷變形規(guī)律主要采用室內(nèi)和現(xiàn)場試驗(yàn)相結(jié)合的辦法，室內(nèi) 試驗(yàn)往往不能正確模擬現(xiàn)場實(shí)際情況，而且很大程度上破壞了土體原有的結(jié)構(gòu)；現(xiàn)場試驗(yàn) 雖然可彌補(bǔ)室內(nèi)試驗(yàn)的遺憾，但是現(xiàn)場浸水試驗(yàn)也只能從定性的角度分析黃土濕陷變形規(guī) 律。利用TDR水分計(jì)來研究黃土濕陷變形規(guī)律沒有相關(guān)報道。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于提供一種用TDR水分計(jì)測試黃土濕陷變形規(guī) 律的設(shè)施，從定性和定量兩方面研究黃土濕陷變形規(guī)律。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案如下一種用TDR水分計(jì)測試黃土 濕陷變形規(guī)律的設(shè)施，包括TDR水分計(jì)，其特征在于還包括黃土研究場地與電腦；黃土研 究場地設(shè)有浸水試坑，在浸水試坑中以及浸水試坑外設(shè)有數(shù)個探井，數(shù)個探井位于浸水試 坑的同一直徑及其直徑延長線的同一條直線上，每個探井中的井壁上按間距設(shè)有多個橫向 探槽，每一橫向探槽盡頭埋設(shè)一個安裝TDR水分計(jì)的探頭，探頭通過同軸電纜線與放置在 地表的TDR水分計(jì)的電纜探測儀相連，TDR水分計(jì)的電纜探測儀與電腦連接。浸水試坑深度低于原始地面500mm，浸水試坑直徑略大于濕陷性黃土土層厚度。至少兩個探井設(shè)在浸水試坑中，這兩個探井距離浸水試坑中心點(diǎn)的間距為 7500 8000mm，用于研究水分垂直入滲規(guī)律；其余探井設(shè)在浸水試坑邊緣以及浸水試坑邊 緣以外的地方，這些探井之間的距離為3000 5000mm，用于研究水分水平入滲規(guī)律；浸水 試坑中探井最深，涵蓋整個濕陷性土層。同一探井中橫向探槽的距離為2500 4000mm，浸水試坑中開挖的橫向探槽之間的距離比浸水試坑外開挖的橫向探槽之間的距離要短，同一探井的橫向探槽位于同一垂直 線上，所有探井的橫向探槽位于同一垂直面上，橫向探槽的長度相同在1500 1800mm，橫 向探槽直徑350mm。本實(shí)用新型每一探槽盡頭埋設(shè)有一個TDR水分計(jì)探頭，用來集該處的水分?jǐn)?shù)據(jù)； 探頭通過同軸電纜線與放置在地表的TDR水分計(jì)的電纜探測儀相連，電纜探測儀輸出方形 高頻電磁波信號并對方形波進(jìn)行時間監(jiān)測。將電纜探測儀與電腦連接，把電纜探測儀采集 到的水分?jǐn)?shù)據(jù)實(shí)時傳輸給電腦；電腦對水分計(jì)采集的水分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行分析。分析體積含水量 與浸水時間的變化曲線，得知發(fā)生濕陷土層的深度，以及濕陷變形量與濕陷變形隨時間的 規(guī)律；如果體積含水量隨浸水時間的變化曲線存在陡降階段，表明體積含水量迅速減小，土 體在這一點(diǎn)則發(fā)生了濕陷；如果不存在體積含水量迅速減小的階段，則土體沒有發(fā)生濕陷 變形，黃土始終保持飽和狀態(tài)；而體積含水量急速減小，意味著土體結(jié)構(gòu)遭到破壞，發(fā)生了 不可逆轉(zhuǎn)的濕陷變形。探頭安放時其軸線與探井垂線的夾角為45° ；可以減少土壤不良特性造成的影 響；探井設(shè)置的數(shù)量以及水分計(jì)埋設(shè)的數(shù)量直接決定濕陷變形規(guī)律的準(zhǔn)確程度，探井設(shè)置 的數(shù)量多以及水分計(jì)埋設(shè)的數(shù)量多，濕陷變形規(guī)律的準(zhǔn)確程度高。本實(shí)用新型應(yīng)用預(yù)浸水法處理濕陷性黃土地基，用預(yù)先埋設(shè)的TDR水分計(jì)采集水 分計(jì)數(shù)據(jù)，通過分析體積含水量與浸水時間的變化曲線，測試非飽和黃土預(yù)浸水后的場地 濕陷變形規(guī)律；既可以知道發(fā)生濕陷土層的深度，又可以了解濕陷變形量以及濕陷變形隨 時間的規(guī)律；從定性和定量的角度研究出黃土濕陷變形規(guī)律。本實(shí)用新型是研究黃土濕陷變形規(guī)律的一種全新嘗試。本實(shí)用新型應(yīng)用前提在于 TDR水分計(jì)量測數(shù)據(jù)的可靠性，無論是國產(chǎn)還是進(jìn)口水分計(jì)，水分計(jì)的可靠性是取得黃土濕 陷變形規(guī)律的前提條件。本實(shí)用新型能有效地研究非飽和黃土濕陷變形規(guī)律，水分計(jì)能與計(jì)算機(jī)相連，既 可以快速連續(xù)定點(diǎn)測量，又可以自動完成成批監(jiān)測點(diǎn)的測量。本實(shí)用新型簡單易行、結(jié)果可靠、實(shí)用性強(qiáng)，可在黃土地區(qū)大面積推廣及應(yīng)用。
圖1是浸水試坑與探井設(shè)置關(guān)系的平面示意圖，圖2是探井中水分計(jì)埋設(shè)距離的剖面圖，圖3是探井與橫向探槽的關(guān)系示意圖，圖4是數(shù)據(jù)采集儀與電腦的連接關(guān)系示意圖，圖5是探頭安放位置示意圖，圖6a是1 #探井2. 5m處浸水時間與體積含水量的變化關(guān)系曲線圖，圖6b是1 #探井5. Om處浸水時間與體積含水量的變化關(guān)系曲線圖，圖6c是1 #探井7. 5m處浸水時間與體積含水量的變化關(guān)系曲線圖，圖6d是1 #探井10. Om處浸水時間與體積含水量的變化關(guān)系曲線圖，圖6e是1 #探井12. 5m處浸水時間與體積含水量的變化關(guān)系曲線圖，圖6f是1 #探井15. Om處浸水時間與體積含水量的變化關(guān)系曲線圖，圖6g是1 #探井17. 5m處浸水時間與體積含水量的變化關(guān)系曲線圖，[0030]圖Mi是1 #探井20. Om處浸水時間與體積含水量的變化關(guān)系曲線圖，圖6i是1 #探井22. 5m處浸水時間與體積含水量的變化關(guān)系曲線圖，圖6j是1 #探井25. Om處浸水時間與體積含水量的變化關(guān)系曲線圖，圖故是1 #探井27. 5m處浸水時間與體積含水量的變化關(guān)系曲線圖，圖61是1 #探井30. Om處浸水時間與體積含水量的變化關(guān)系曲線圖，圖6m是1 #探井32. 5m處浸水時間與體積含水量的變化關(guān)系曲線圖，圖中1 一浸水試坑，2—探井，3—橫向探槽，4一電纜探測儀，5 —同軸電纜線，6— 探頭，7 —電腦，θ—探頭軸線與探井垂線的夾角，Hl-I #探井橫向探槽的間距，也是1 #探井探頭的間距，Η2-2 #探井橫向探槽的間距，也是2 #探井探頭的間距，Η3—3 #、4 #、5 #與6 #探井第一橫向探槽與原始地面的間距，Η4—3 #、4 #、5 #與6 #探井其它橫 向探槽的間距，Ll一 1 #探井至浸水試坑中心點(diǎn)的間距，L2 — 2 #探井至浸水試坑中心點(diǎn)的 間距，L3—2 #探井至3 #探井的間距，L4—3 #探井至4 #探井的間距，L5 — 4 #探井至 5 #探井的間距，L6-5 #探井至6 #探井的間距，L一橫向探槽的長度。圖6a至圖6m中粗線條是浸水期，細(xì)線條是停水期。
具體實(shí)施方式
該實(shí)施方式是本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)例。如圖1至圖5所示一種用TDR水分計(jì)測試 黃土濕陷變形規(guī)律的設(shè)施，包括TDR水分計(jì)，其特征在于還包括黃土研究場地與電腦7 ；黃 土研究場地設(shè)有浸水試坑1，在浸水試坑1中以及浸水試坑1外設(shè)有六個探井2，六個探井2 位于浸水試坑1的同一直徑及其直徑延長線的同一條直線上，每個探井2中的井壁上按間 距設(shè)有多個橫向探槽3，每一橫向探槽3盡頭埋設(shè)一個安裝TDR水分計(jì)的探頭6，探頭6通 過同軸電纜線5與放置在地表的TDR水分計(jì)的電纜探測儀4相連，采集水分?jǐn)?shù)據(jù)；TDR水 分計(jì)的電纜探測儀4與電腦7連接，用于記載存儲分析數(shù)據(jù)。電纜探測儀4把采集到的水分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸給電腦7 ；對水分計(jì)采集的水分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行 分析，分析體積含水量與浸水時間的變化曲線，得知發(fā)生濕陷土層的深度，以及濕陷變形量 與濕陷變形隨時間的規(guī)律；如果體積含水量隨浸水時間的變化曲線存在陡降階段，表明體 積含水量迅速減小，土體在這一點(diǎn)則發(fā)生了濕陷；如果不存在體積含水量迅速減小的階段， 則土體沒有發(fā)生濕陷變形，黃土始終保持飽和狀態(tài)；而體積含水量急速減小，意味著土體結(jié) 構(gòu)遭到破壞，發(fā)生了不可逆轉(zhuǎn)的濕陷變形。浸水試坑1深度低于原始地面500mm，浸水試坑1直徑略大于濕陷性黃土土層厚度。參見圖1與圖2 上述六個探井2中，有兩個探井即1 #、2 #探井設(shè)在浸水試坑 中，1 #探井至浸水試坑中心點(diǎn)的間距與2 #探井至浸水試坑中心點(diǎn)的間距L2相同，均 為7500mm，用于研究水分垂直入滲規(guī)律；這兩個探井深度是32. 5m ；其余四個探井一個即3 #探井設(shè)在浸水試坑邊緣，2 #探井至3 #探井的間距L3是12500mm，另外三個分別即4 #、 5 #與6 #探井分別設(shè)在距離浸水試坑邊緣5000mm、8000mm與IlOOOmm處，研究水分水平 入滲規(guī)律，即3 #探井至4 #探井的間距L4是5000mm，4 #探井至5 #探井的間距L5是 3000mm, 5 #探井至6 #探井的間距L6是3000mm ； 3 #與4 #探井深度是30. 5m, 5 #與6 #探井深度是26. 5m;所有探井的橫向探槽L位于同一垂直面上，所有橫向探槽的長度L相同在1500mm，橫向探槽直徑350mm ；浸水試坑中探井最深，涵蓋整個濕陷性土層；參見圖2與圖4 :1 #探井橫向探槽的間距Hl與2 #探井橫向探槽的間距H2相 同，都是2500mm ； 3#、4#、5#與6#探井第一橫向探槽與原始地面的間距H3相同，都是 2500mm, 3 #、4 #、5 #與6 #探井其它橫向探槽的間距H4相同，都是4000mm ；即浸水試坑 1中的探井2開挖的橫向探槽3之間的距離比浸水試坑1外探井2開挖的橫向探槽3之間 的距離要短，同一探井的橫向探槽位于同一垂直線上，1 #至6 #所有探井的橫向探槽位于 同一垂直面上，1 #至6 #所有探井的橫向探槽的長度L相同，都是1500mm，橫向探槽直徑 都是350mm;探頭安放時其軸線與探井垂線的夾角θ為45°。1#探井總共埋設(shè)十三個水分計(jì)探頭，圖6a至圖6m所示是1#探井不同深度位置TDR 水分計(jì)測得的浸水時間與體積含水量的變化關(guān)系曲線圖。圖6a至圖6m中，橫坐標(biāo)t代表 浸水時間，單位是晝夜，縱坐標(biāo)θ w代表體積含水量，單位是％ (m3/ m3)。圖6a是1#探井 2. 5m處浸水時間與體積含水量變化曲線，從圖6a中可以看出浸水第7天，體積含水量驟增， 到第18天體積含水量漸增到峰值43. 1%，說明水分從第7天到達(dá)2. 5m 土層，并在第17天達(dá) 到飽和狀態(tài)(飽和度在85%以上)。隨后體積含水量快速下降，并在浸水第30天時達(dá)到一 個平穩(wěn)狀態(tài)，維持在3 左右。體積含水量快速下降意味著該點(diǎn)土體的濕陷，孔隙變小，顆 粒之間的水分被擠出。直到浸水第103天，土體含水率再次發(fā)生急劇下降，該點(diǎn)處土體再次 出現(xiàn)濕陷。由于黃土的濕陷性的充分發(fā)揮是需要多次完成，二次濕陷使該處土層得到進(jìn)一 步的壓密，故其含水率雖下降，但仍處于飽和狀態(tài)。濕陷發(fā)生的時間滯后于水分入滲時間，發(fā)生第一次濕陷變形相對于水到達(dá)2. 5m 處有11天的儲備期，而發(fā)生第二次濕陷之前有一個高達(dá)75天的相對穩(wěn)定階段，出現(xiàn)這種現(xiàn) 象的主要原因是第一次濕陷使土體壓密，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，使得再次濕陷較第一次濕陷不易發(fā)生。圖6b至圖6m分別是1#探井5m至32. 5m處浸水時間與體積含水量變化曲線?？?體來看22. 5m以上土體的體積含水量均有降低的拐點(diǎn)，而22. 5m以下土體的含水率曲線均 是不斷遞增的；體積含水量變化曲線中存在下降的拐點(diǎn)，標(biāo)志著該點(diǎn)土體的濕陷。即22. 5m 以上土體在浸水和停水觀察中發(fā)生濕陷變形，而其下土體在此期間均未發(fā)生濕陷變形。從 以上分析來看，淺層的體積含水量曲線出現(xiàn)了兩個下降階段，即土體濕陷了兩次；而隨著土 體深度的增加第一個下降段發(fā)生不太明顯，這也標(biāo)志著濕陷由兩次逐漸轉(zhuǎn)化為一次。其余 探井體積含水量變化曲線圖不再羅列。體積含水量下降階段的出現(xiàn)與土體濕陷密切相關(guān)，土體濕陷造成黃土中結(jié)構(gòu)破 壞，原有空隙被壓密，體積含水量減小。因此濕陷性黃土預(yù)浸水地基處理在不打滲水孔的條 件下，不能全部消除濕陷性黃土層的濕陷變形。通過本次試驗(yàn)得出結(jié)論可將20m 25m作 為大厚度濕陷性黃土地區(qū)進(jìn)行地基處理時的參考處理深度。
權(quán)利要求1.一種用TDR水分計(jì)測試黃土濕陷變形規(guī)律的設(shè)施，包括TDR水分計(jì)，其特征在于還 包括黃土研究場地與電腦(7)；所述黃土研究場地設(shè)有浸水試坑(1)，所述浸水試坑(1)中 以及所述浸水試坑(1)外設(shè)有數(shù)個探井(2 )，所述數(shù)個探井(2 )位于所述浸水試坑(1)的同 一直徑及其直徑延長線的同一條直線上，每個所述探井(2)中的井壁上按間距設(shè)有多個橫 向探槽(3 )，每一所述橫向探槽(3 )盡頭埋設(shè)一個安裝所述TDR水分計(jì)的探頭(6 )，所述探頭 (6)通過同軸電纜線(5)與放置在地表的所述TDR水分計(jì)的電纜探測儀(4)相連，所述電 纜探測儀(4 )與所述電腦(7 )連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用TDR水分計(jì)測試黃土濕陷變形規(guī)律的設(shè)施，其特征在于 所述浸水試坑(1)深度低于原始地面500mm，所述浸水試坑(1)直徑略大于濕陷性黃土土層 厚度。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用TDR水分計(jì)測試黃土濕陷變形規(guī)律的設(shè)施，其特征在于 所述浸水試坑(1)中設(shè)有的所述橫向探槽(3)之間的距離比所述浸水試坑(1)外開挖的所 述橫向探槽(3)之間的距離要短。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用TDR水分計(jì)測試黃土濕陷變形規(guī)律的設(shè)施，其特征在于 所述探頭(6)軸線與所述探井(2)垂線的夾角θ為45°。
5.如權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的一種用TDR水分計(jì)測試黃土濕陷變形規(guī)律的設(shè) 施，其特征在于所述探井(2)是六個，其中兩個所述探井(2)設(shè)在所述浸水試坑(1)中。
6.如權(quán)利要求5所述的一種用TDR水分計(jì)測試黃土濕陷變形規(guī)律的設(shè)施，其特征在于 所述橫向探槽(3)的長度L是1500mm，所述橫向探槽( 直徑是350mm。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種測試黃土濕陷變形的設(shè)施，特別是一種用TDR水分計(jì)測試黃土濕陷變形規(guī)律的設(shè)施。它包括TDR水分計(jì)，其特征在于還包括黃土研究場地與電腦；黃土研究場地設(shè)有浸水試坑，在浸水試坑中以及浸水試坑外設(shè)有數(shù)個探井，數(shù)個探井位于浸水試坑的同一直徑及其直徑延長線的同一條直線上，每個探井中的井壁上按間距設(shè)有多個橫向探槽，每一橫向探槽盡頭埋設(shè)一個安裝TDR水分計(jì)的探頭，探頭通過同軸電纜線與放置在地表的TDR水分計(jì)的電纜探測儀相連，TDR水分計(jì)的電纜探測儀與電腦連接。本實(shí)用新型能從定性和定量的角度研究出黃土濕陷變形規(guī)律。簡單易行、結(jié)果可靠、實(shí)用性強(qiáng)，可在黃土地區(qū)大面積推廣及應(yīng)用。
文檔編號G01N33/24GK201926655SQ20112001239
公開日2011年8月10日 申請日期2011年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月17日
發(fā)明者奚增紅, 張廣平, 程明, 胡燕妮, 黃雪峰 申請人:甘肅省電力設(shè)計(jì)院