[發(fā)明專利]一種凍土孔隙水壓力測量裝置和方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210382492.6
• 申請日: 2012-10-10
• 公開（公告）號: CN102879148A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 譚斌;沈省三
• 申請（專利權(quán)）人: 基康儀器（北京）有限公司
• 主分類號: G01L11/00
• 分類號: G01L11/00;G01L19/06
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11129
• 代理人: 張濤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及巖土安全監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及在低溫環(huán)境下的凍土孔隙水壓力測量裝置和方法，可以進(jìn)行高原凍土、土石壩、公路、邊坡及回填土體的孔隙水壓力測量。

背景技術(shù)

巖土工程的土體凍結(jié)后，并非土體中所有的液態(tài)水都轉(zhuǎn)變成固態(tài)的冰，由于顆粒表面能的作用，其中始終保持著一定數(shù)量的液態(tài)水稱作未凍水。高溫凍土又稱近相變區(qū)凍土，通常用來描述低溫環(huán)境下相對較高溫度（-1.5℃～0℃）的凍土，被廣泛接受的是，高溫凍土具有較高含量的未凍水。由于其溫度區(qū)間處于凍土的劇烈相變區(qū)，凍土中水和未凍水的比例對溫度的變化及其敏感，故高溫凍土的物理學(xué)性質(zhì)具有強(qiáng)烈的不穩(wěn)定性。同時(shí)，由于凍土中的水并非純水，其中溶解有不同濃度的溶質(zhì)，因此，凍土中水的冰點(diǎn)也相應(yīng)降低。在相對溫度較高（-1.5℃～0℃）的高溫凍土中，液態(tài)水有著可觀的量級，其體積含水量可達(dá)10%～15%。由于未凍水的大量存在，通過測量凍土中孔隙水壓力及其變化規(guī)律對研究凍土的力學(xué)等特性有著積極意義。

目前在巖土安全監(jiān)測行業(yè)，如果采用傳統(tǒng)的壓力測量裝置進(jìn)行低溫環(huán)境下的凍土孔隙水壓力測量則會導(dǎo)致壓力測量裝置損壞。傳統(tǒng)的壓力測量裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括過濾器11、腔體12、壓力傳感器15、外殼16和電纜17，壓力傳感器15包括壓力感應(yīng)膜13以及安裝在壓力感應(yīng)膜13上的敏感元件14。凍土孔隙中的液體（即水）通過過濾器11進(jìn)入腔體12，液體壓力直接作用到壓力感應(yīng)膜13上，由壓力感應(yīng)膜13感應(yīng)到液體壓力并通過敏感元件14轉(zhuǎn)化為電信號由電纜17輸出。

傳統(tǒng)的壓力測量裝置通常直接置于需要測量液體壓力的環(huán)境中，如埋設(shè)在土體中，或置于其它包含土體、巖石、井、鉆孔及管道等環(huán)境中，用于直接監(jiān)測水或孔隙水的壓力。但是，幾乎所有的壓力測量裝置都只能工作于0攝氏度以上的水環(huán)境中，如果被監(jiān)測點(diǎn)的環(huán)境溫度低于0攝氏度時(shí)，壓力測量裝置的腔體內(nèi)的水就會結(jié)冰，而水在結(jié)冰后體積就會產(chǎn)生膨脹并擠壓壓力感應(yīng)膜13，從而導(dǎo)致壓力感應(yīng)膜13產(chǎn)生機(jī)械變形，即使在冰融化后也不會恢復(fù)到原來的狀態(tài)故導(dǎo)致永久損壞，以后都無法再進(jìn)行凍土孔隙水壓力測量或不能準(zhǔn)確測量。因此，用于測量凍土孔隙水壓力的傳統(tǒng)壓力測量裝置通常只能工作于0℃以上的環(huán)境才不致于損壞。然而，在一些高寒地區(qū)如青藏高原、東北局部地區(qū)等凍土地帶或其它凍融循環(huán)環(huán)境下，凍土孔隙水將會隨環(huán)境溫度降低以至于結(jié)冰，當(dāng)水在傳統(tǒng)的壓力測量裝置內(nèi)感應(yīng)結(jié)冰后，都會發(fā)生因冰的膨脹作用導(dǎo)致壓力傳感器損壞無法工作的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對目前凍土孔隙水壓力測量采用傳統(tǒng)的壓力測量裝置在0℃以下會由于壓力感應(yīng)膜損壞導(dǎo)致無法工作的問題，提供一種新型的凍土孔隙水壓力測量裝置，該裝置在環(huán)境溫度低于0℃仍可正常工作，具有結(jié)構(gòu)簡單、測量可靠的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明還涉及凍土孔隙水壓力的測量方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種凍土孔隙水壓力測量裝置，其特征在于，包括依次連接的過濾器探頭、連通管、密封腔體、壓力傳感器和信號線纜，所述連通管的一端與過濾器探頭相通，連通管的另一端連接密封腔體的頂部并與密封腔體的內(nèi)部相通，所述密封腔體和連通管內(nèi)充滿傳力液體，所述傳力液體為密度大于水且不溶于水以及在要求的低溫范圍內(nèi)不會凍結(jié)的液體，所述壓力傳感器固定于密封腔體的底部，且所述壓力傳感器的壓力感應(yīng)膜與密封腔體內(nèi)部相通，壓力傳感器的輸出端與信號線纜相連。

所述過濾器探頭為多孔陶瓷探頭或多孔的不銹鋼燒結(jié)探頭，所述過濾探頭通過多孔來阻隔凍土孔隙中的細(xì)小顆粒。

所述連通管的軸截面積小于密封腔體的軸截面積。

所述要求的低溫范圍為-50℃~0℃，所述傳力液體為在溫度低至-50℃時(shí)不會凍結(jié)的液體。

所述傳力液體為三氯甲烷或癸烷。

所述壓力傳感器為鋼弦式壓力傳感器或壓阻式壓力傳感器或光纖光柵式壓力傳感器或電阻應(yīng)變片式壓力傳感器或差動電阻式壓力傳感器或電容式壓力傳感器或差動電容式壓力傳感器。

所述信號線纜為耐低溫電纜或耐低溫光纖。