专利名称：用tdr水分计测试黄土湿陷变形规律的设施的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测试黄土湿陷变形的设施，特别是一种用TDR水分计测试黄 土湿陷变形规律的设施。
背景技术：
黄土多分布在干旱、半干旱地区，是我国中西部地区的主要区域性土质。研究掌握 黄土的变形特性对在该地区的正建造和已建造的建筑物的安全性以及稳定性具有重要意 义，黄土的湿陷直接关系到工程造价与工程安全，在实际工程建设中，因对湿陷问题研究了 解欠缺而导致工程事故时有发生。TDR水分计是应用介电常数法来进行土壤体积含水量原位测试的仪器，与传统土 壤水分测定法比较，具有不破坏样本、简单易用、测量快速、准确、能连续定点测定等优点， 可测量土体任何深度度包括表层土，没有辐射�：Γ⑶铱梢允迪质葑远杉�。TDR水分计主要包含两部分，一是用于信号监测的电缆探测仪，二是用于引导信 号在介质中传输的探头。电缆探测仪的主要部件是电子函数发生器和示波器，前者可以输 出具有非�？斓钠鹕奔�(120ps)的方形高频电磁波信号；后者用于对方形波进行时间监 测。探头一般具有3个平行的导波棒，导波棒固定在防水的硬质绝缘材料把手上，通过同轴 电缆线与电缆探测仪相连。目前国内外研究黄土湿陷变形规律主要采用室内和现场试验相结合的办法，室内 试验往往不能正确模拟现场实际情况，而且很大程度上破坏了土体原有的结构；现场试验 虽然可弥补室内试验的遗憾，但是现场浸水试验也只能从定性的角度分析黄土湿陷变形规 律。利用TDR水分计来研究黄土湿陷变形规律没有相关报道。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于提供一种用TDR水分计测试黄土湿陷变形规 律的设施，从定性和定量两方面研究黄土湿陷变形规律。本实用新型解决上述技术问题采取的技术方案如下一种用TDR水分计测试黄土 湿陷变形规律的设施，包括TDR水分计，其特征在于还包括黄土研究场地与电脑；黄土研 究场地设有浸水试坑，在浸水试坑中以及浸水试坑外设有数个探井，数个探井位于浸水试 坑的同一直径及其直径延长线的同一条直线上，每个探井中的井壁上按间距设有多个横向 探槽，每一横向探槽尽头埋设一个安装TDR水分计的探头，探头通过同轴电缆线与放置在 地表的TDR水分计的电缆探测仪相连，TDR水分计的电缆探测仪与电脑连接。浸水试坑深度低于原始地面500mm，浸水试坑直径略大于湿陷性黄土土层厚度。至少两个探井设在浸水试坑中，这两个探井距离浸水试坑中心点的间距为 7500 8000mm，用于研究水分垂直入渗规律；其余探井设在浸水试坑边缘以及浸水试坑边 缘以外的地方，这些探井之间的距离为3000 5000mm，用于研究水分水平入渗规律；浸水 试坑中探井最深，涵盖整个湿陷性土层。同一探井中横向探槽的距离为2500 4000mm，浸水试坑中开挖的横向探槽之间的距离比浸水试坑外开挖的横向探槽之间的距离要短，同一探井的横向探槽位于同一垂直 线上，所有探井的横向探槽位于同一垂直面上，横向探槽的长度相同在1500 1800mm，横 向探槽直径350mm。本实用新型每一探槽尽头埋设有一个TDR水分计探头，用来集该处的水分数据； 探头通过同轴电缆线与放置在地表的TDR水分计的电缆探测仪相连，电缆探测仪输出方形 高频电磁波信号并对方形波进行时间监测。将电缆探测仪与电脑连接，把电缆探测仪采集 到的水分数据实时传输给电脑；电脑对水分计采集的水分数据进行分析。分析体积含水量 与浸水时间的变化曲线，得知发生湿陷土层的深度，以及湿陷变形量与湿陷变形随时间的 规律；如果体积含水量随浸水时间的变化曲线存在陡降阶段，表明体积含水量迅速减小，土 体在这一点则发生了湿陷；如果不存在体积含水量迅速减小的阶段，则土体没有发生湿陷 变形，黄土始终保持饱和状态；而体积含水量急速减�。馕蹲磐撂褰峁乖獾狡苹担⑸� 不可逆转的湿陷变形。探头安放时其轴线与探井垂线的夹角为45° ；可以减少土壤不良特性造成的影 响；探井设置的数量以及水分计埋设的数量直接决定湿陷变形规律的准确程度，探井设置 的数量多以及水分计埋设的数量多，湿陷变形规律的准确程度高。本实用新型应用预浸水法处理湿陷性黄土地基，用预先埋设的TDR水分计采集水 分计数据，通过分析体积含水量与浸水时间的变化曲线，测试非饱和黄土预浸水后的场地 湿陷变形规律；既可以知道发生湿陷土层的深度，又可以了解湿陷变形量以及湿陷变形随 时间的规律；从定性和定量的角度研究出黄土湿陷变形规律。本实用新型是研究黄土湿陷变形规律的一种全新尝试。本实用新型应用前提在于 TDR水分计量测数据的可靠性，无论是国产还是进口水分计，水分计的可靠性是取得黄土湿 陷变形规律的前提条件。本实用新型能有效地研究非饱和黄土湿陷变形规律，水分计能与计算机相连，既 可以快速连续定点测量，又可以自动完成成批监测点的测量。本实用新型简单易行、结果可靠、实用性强，可在黄土地区大面积推广及应用。
图1是浸水试坑与探井设置关系的平面示意图，图2是探井中水分计埋设距离的剖面图，图3是探井与横向探槽的关系示意图，图4是数据采集仪与电脑的连接关系示意图，图5是探头安放位置示意图，图6a是1 #探井2. 5m处浸水时间与体积含水量的变化关系曲线图，图6b是1 #探井5. Om处浸水时间与体积含水量的变化关系曲线图，图6c是1 #探井7. 5m处浸水时间与体积含水量的变化关系曲线图，图6d是1 #探井10. Om处浸水时间与体积含水量的变化关系曲线图，图6e是1 #探井12. 5m处浸水时间与体积含水量的变化关系曲线图，图6f是1 #探井15. Om处浸水时间与体积含水量的变化关系曲线图，图6g是1 #探井17. 5m处浸水时间与体积含水量的变化关系曲线图，[0030]图Mi是1 #探井20. Om处浸水时间与体积含水量的变化关系曲线图，图6i是1 #探井22. 5m处浸水时间与体积含水量的变化关系曲线图，图6j是1 #探井25. Om处浸水时间与体积含水量的变化关系曲线图，图故是1 #探井27. 5m处浸水时间与体积含水量的变化关系曲线图，图61是1 #探井30. Om处浸水时间与体积含水量的变化关系曲线图，图6m是1 #探井32. 5m处浸水时间与体积含水量的变化关系曲线图，图中1 一浸水试坑，2—探井，3—横向探槽，4一电缆探测仪，5 —同轴电缆线，6— 探头，7 —电脑，θ—探头轴线与探井垂线的夹角，Hl-I #探井横向探槽的间距，也是1 #探井探头的间距，Η2-2 #探井横向探槽的间距，也是2 #探井探头的间距，Η3—3 #、4 #、5 #与6 #探井第一横向探槽与原始地面的间距，Η4—3 #、4 #、5 #与6 #探井其它横 向探槽的间距，Ll一 1 #探井至浸水试坑中心点的间距，L2 — 2 #探井至浸水试坑中心点的 间距，L3—2 #探井至3 #探井的间距，L4—3 #探井至4 #探井的间距，L5 — 4 #探井至 5 #探井的间距，L6-5 #探井至6 #探井的间距，L一横向探槽的长度。图6a至图6m中粗线条是浸水期，细线条是停水期。
具体实施方式
该实施方式是本实用新型的实验例。如图1至图5所示一种用TDR水分计测试 黄土湿陷变形规律的设施，包括TDR水分计，其特征在于还包括黄土研究场地与电脑7 ；黄 土研究场地设有浸水试坑1，在浸水试坑1中以及浸水试坑1外设有六个探井2，六个探井2 位于浸水试坑1的同一直径及其直径延长线的同一条直线上，每个探井2中的井壁上按间 距设有多个横向探槽3，每一横向探槽3尽头埋设一个安装TDR水分计的探头6，探头6通 过同轴电缆线5与放置在地表的TDR水分计的电缆探测仪4相连，采集水分数据；TDR水 分计的电缆探测仪4与电脑7连接，用于记载存储分析数据。电缆探测仪4把采集到的水分数据传输给电脑7 ；对水分计采集的水分数据进行 分析，分析体积含水量与浸水时间的变化曲线，得知发生湿陷土层的深度，以及湿陷变形量 与湿陷变形随时间的规律；如果体积含水量随浸水时间的变化曲线存在陡降阶段，表明体 积含水量迅速减�。撂逶谡庖坏阍蚍⑸耸荩蝗绻淮嬖谔寤垦杆偌跣〉慕锥危� 则土体没有发生湿陷变形，黄土始终保持饱和状态；而体积含水量急速减�。馕蹲磐撂褰� 构遭到破坏，发生了不可逆转的湿陷变形。浸水试坑1深度低于原始地面500mm，浸水试坑1直径略大于湿陷性黄土土层厚度。参见图1与图2 上述六个探井2中，有两个探井即1 #、2 #探井设在浸水试坑 中，1 #探井至浸水试坑中心点的间距与2 #探井至浸水试坑中心点的间距L2相同，均 为7500mm，用于研究水分垂直入渗规律；这两个探井深度是32. 5m ；其余四个探井一个即3 #探井设在浸水试坑边缘，2 #探井至3 #探井的间距L3是12500mm，另外三个分别即4 #、 5 #与6 #探井分别设在距离浸水试坑边缘5000mm、8000mm与IlOOOmm处，研究水分水平 入渗规律，即3 #探井至4 #探井的间距L4是5000mm，4 #探井至5 #探井的间距L5是 3000mm, 5 #探井至6 #探井的间距L6是3000mm ； 3 #与4 #探井深度是30. 5m, 5 #与6 #探井深度是26. 5m;所有探井的横向探槽L位于同一垂直面上，所有横向探槽的长度L相同在1500mm，横向探槽直径350mm ；浸水试坑中探井最深，涵盖整个湿陷性土层；参见图2与图4 :1 #探井横向探槽的间距Hl与2 #探井横向探槽的间距H2相 同，都是2500mm ； 3#、4#、5#与6#探井第一横向探槽与原始地面的间距H3相同，都是 2500mm, 3 #、4 #、5 #与6 #探井其它横向探槽的间距H4相同，都是4000mm ；即浸水试坑 1中的探井2开挖的横向探槽3之间的距离比浸水试坑1外探井2开挖的横向探槽3之间 的距离要短，同一探井的横向探槽位于同一垂直线上，1 #至6 #所有探井的横向探槽位于 同一垂直面上，1 #至6 #所有探井的横向探槽的长度L相同，都是1500mm，横向探槽直径 都是350mm;探头安放时其轴线与探井垂线的夹角θ为45°。1#探井总共埋设十三个水分计探头，图6a至图6m所示是1#探井不同深度位置TDR 水分计测得的浸水时间与体积含水量的变化关系曲线图。图6a至图6m中，横坐标t代表 浸水时间，单位是昼夜，纵坐标θ w代表体积含水量，单位是％ (m3/ m3)。图6a是1#探井 2. 5m处浸水时间与体积含水量变化曲线，从图6a中可以看出浸水第7天，体积含水量骤增， 到第18天体积含水量渐增到峰值43. 1%，说明水分从第7天到达2. 5m 土层，并在第17天达 到饱和状态(饱和度在85%以上)。随后体积含水量快速下降，并在浸水第30天时达到一 个平稳状态，维持在3 左右。体积含水量快速下降意味着该点土体的湿陷，孔隙变小，颗 粒之间的水分被挤出。直到浸水第103天，土体含水率再次发生急剧下降，该点处土体再次 出现湿陷。由于黄土的湿陷性的充分发挥是需要多次完成，二次湿陷使该处土层得到进一 步的压密，故其含水率虽下降，但仍处于饱和状态。湿陷发生的时间滞后于水分入渗时间，发生第一次湿陷变形相对于水到达2. 5m 处有11天的储备期，而发生第二次湿陷之前有一个高达75天的相对稳定阶段，出现这种现 象的主要原因是第一次湿陷使土体压密，结构稳定，使得再次湿陷较第一次湿陷不易发生。图6b至图6m分别是1#探井5m至32. 5m处浸水时间与体积含水量变化曲线。总 体来看22. 5m以上土体的体积含水量均有降低的拐点，而22. 5m以下土体的含水率曲线均 是不断递增的；体积含水量变化曲线中存在下降的拐点，标志着该点土体的湿陷。即22. 5m 以上土体在浸水和停水观察中发生湿陷变形，而其下土体在此期间均未发生湿陷变形。从 以上分析来看，浅层的体积含水量曲线出现了两个下降阶段，即土体湿陷了两次；而随着土 体深度的增加第一个下降段发生不太明显，这也标志着湿陷由两次逐渐转化为一次。其余 探井体积含水量变化曲线图不再罗列。体积含水量下降阶段的出现与土体湿陷密切相关，土体湿陷造成黄土中结构破 坏，原有空隙被压密，体积含水量减小。因此湿陷性黄土预浸水地基处理在不打渗水孔的条 件下，不能全部消除湿陷性黄土层的湿陷变形。通过本次试验得出结论可将20m 25m作 为大厚度湿陷性黄土地区进行地基处理时的参考处理深度。
权利要求1.一种用TDR水分计测试黄土湿陷变形规律的设施，包括TDR水分计，其特征在于还 包括黄土研究场地与电脑(7)；所述黄土研究场地设有浸水试坑(1)，所述浸水试坑(1)中 以及所述浸水试坑(1)外设有数个探井(2 )，所述数个探井(2 )位于所述浸水试坑(1)的同 一直径及其直径延长线的同一条直线上，每个所述探井(2)中的井壁上按间距设有多个横 向探槽(3 )，每一所述横向探槽(3 )尽头埋设一个安装所述TDR水分计的探头(6 )，所述探头 (6)通过同轴电缆线(5)与放置在地表的所述TDR水分计的电缆探测仪(4)相连，所述电 缆探测仪(4 )与所述电脑(7 )连接。
2.如权利要求1所述的一种用TDR水分计测试黄土湿陷变形规律的设施，其特征在于 所述浸水试坑(1)深度低于原始地面500mm，所述浸水试坑(1)直径略大于湿陷性黄土土层 厚度。
3.如权利要求1所述的一种用TDR水分计测试黄土湿陷变形规律的设施，其特征在于 所述浸水试坑(1)中设有的所述横向探槽(3)之间的距离比所述浸水试坑(1)外开挖的所 述横向探槽(3)之间的距离要短。
4.如权利要求1所述的一种用TDR水分计测试黄土湿陷变形规律的设施，其特征在于 所述探头(6)轴线与所述探井(2)垂线的夹角θ为45°。
5.如权利要求1至4任意一项所述的一种用TDR水分计测试黄土湿陷变形规律的设 施，其特征在于所述探井(2)是六个，其中两个所述探井(2)设在所述浸水试坑(1)中。
6.如权利要求5所述的一种用TDR水分计测试黄土湿陷变形规律的设施，其特征在于 所述横向探槽(3)的长度L是1500mm，所述横向探槽( 直径是350mm。
专利摘要本实用新型涉及一种测试黄土湿陷变形的设施，特别是一种用TDR水分计测试黄土湿陷变形规律的设施。它包括TDR水分计，其特征在于还包括黄土研究场地与电脑；黄土研究场地设有浸水试坑，在浸水试坑中以及浸水试坑外设有数个探井，数个探井位于浸水试坑的同一直径及其直径延长线的同一条直线上，每个探井中的井壁上按间距设有多个横向探槽，每一横向探槽尽头埋设一个安装TDR水分计的探头，探头通过同轴电缆线与放置在地表的TDR水分计的电缆探测仪相连，TDR水分计的电缆探测仪与电脑连接。本实用新型能从定性和定量的角度研究出黄土湿陷变形规律。简单易行、结果可靠、实用性强，可在黄土地区大面积推广及应用。
文档编号G01N33/24GK201926655SQ20112001239
公开日2011年8月10日 申请日期2011年1月17日 优先权日2011年1月17日
发明者奚增红, 张广平, 程明, 胡燕妮, 黄雪峰 申请人:甘肃省电力设计院
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