适用于膨胀性地基土的含电阻率测定的静力触探探头制造技术

本发明专利技术公布了一种适用于膨胀性地基土的含电阻率测定的静力触探探头，在静力触探探头的上半段杆体的外周包有四个环形电极，环形电极之间通过绝缘层隔离，中间两个环形电极为测试电极，上下两个环形电极为发射电极，所述发射电极用于向土体发射电流，所述测试电极用于测量电位差，再结合根据欧姆定律可以计算电极周围土体的电阻率大小。为环境岩土工程中的膨胀性地基土评价提供有力的识别工具。

Static sounding probe for determination of resistivity of expansive soil

The invention discloses a suitable static sounding probe resistivity measured with expansive soil, the static sounding probe of the first half of the rod body peripheral package has four ring electrode, an insulating layer between the electrodes through the isolation ring, two ring electrode as a test electrode, two upper and lower ring electrode as the emitter electrode, the emission electrode for transmitting current to the soil, the test electrode for measuring potential difference, combined with the Ohm's law can be calculated according to the resistivity of soil around the electrode. It provides a powerful tool for the evaluation of expansive soil in geotechnical engineering.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种适用于膨胀性地基土的含电阻率测定的静力触探探头，属于岩土工程领域中一种静力触探装置。
技术介绍
静力触探技术是一种岩土工程勘察测试技术，是指利用压力装置将带有触探头的触探杆压入试验土层，通过量测系统测试土的锥尖阻力、侧壁摩阻力等，可确定土的某些基本物理力学特性，如土的变形模量、土的容许承载力等。但是在电阻率、含水率、特殊土膨胀特性等方面尚不能通过静力触探方式测得。膨胀性土是一种特殊粘性土，土体内含有大量的亲水矿物，湿度变化时有较大体积变化，变形受约束时产生较大内应力的岩土。膨胀土自身结构决定了它又具有裂隙性和超固结性，国内外的大量工程建设经常遇到膨胀土胀缩破坏，导致路基、房屋被毁，造成大量的经济损失，美国每年因膨胀土而造成的经济损失大每年23亿美元。中国每年因膨胀土造成的各类工程建筑物破坏的损失也在数亿元以上。膨胀土对工程建设的危害往往具多发性、反复性和长期潜在性。早在上世纪三十年代，有的学者从黏土地基变形破坏和边坡失稳事故的分析中，对膨胀土的特殊性就有了认识，遗憾的是这些问题并未引起研究者们的足够重视，直到上世纪六十年代，随着大规模经济建设的开展，膨胀土问题日渐突出，膨胀土问题受到广泛重视而迅速发展。到目前为止，已召开过七届国际膨胀土研究与工程会议和三届国际非饱和土研究与工程会议，许多国家(包括美、英、苏、日、罗、葡)都制定了膨胀土地区建设的规范文件。我国在1978年制定了《膨胀土地区建筑技术规定》，并于1980年颁布了《铁路路基裂土工程技术暂行规定》等。国内外学者对膨胀土开展了大量的研究。然而虽经半个多世纪，但至今在各国的工程建设中膨胀土引起的工程问题仍十分严重。因此评价这些场地的膨胀特征及其演化、发展规律，并采取相应的工程技术处置膨胀土地基，使其达到再开发利用和耐久的功能，是我国现代化城市建设面临的一个新的重大课题。膨胀土的自由膨胀率试验通常较为麻烦，无法快速的得出相应膨胀土的膨胀率，且变异性较大，同一土样不同研究者往往会得出不同结论。膨胀程度的定量评价需要获得某些土层与地下水的特定参数，这些是地面物探方法难以准确得到的。而带有特定传感器的静力触探技术毫无疑问是最好的选择。前期研究发现，电阻率对于土体内部的结构有显著的敏感度，且土壤中的黏土矿物晶层结构的变化可能影响黏性土的电化学特性、导电性能等。研究揭示，土壤的导电性能能够表征其内部的土体结构、工程特性。土样导电性与粘性颗粒含量、液限含水率相关性较好，而粘粒含量的多少以及液限大小，可以一定程度上反应膨胀土膨胀性能的强弱。因此，土样的电阻率可以作为表征土样膨胀性能的指标。同时，土体的膨胀特性为状态参数，与土体本身状态相关（如含水率状态）。通过带有特定传感器的静力触探技术测定土体中电阻率与含水率，并依此建立电阻率、含水率与自由膨胀率的相关关系实现对膨胀土膨胀等级的划分。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术的上述不足，提出一种适用于膨胀性地基土的含电阻率测定的静力触探探头，能够在施工现场取得膨胀岩土样本的电阻率。技术方案：一种适用于膨胀性地基土的含电阻率测定的静力触探探头，在静力触探探头的上半段杆体的外周包有四个环形电极，环形电极之间通过绝缘层隔离，中间两个环形电极为测试电极，上下两个环形电极为发射电极，所述发射电极用于向土体发射电流，所述测试电极用于测量电位差。进一步的，以垂直杆体并通过两个所述测试电极之间中点的平面为对称面，两个所述发射电极关于所述对称面对称设置，所述发射电极到所述对称面之间的距离a与所述测试电极到所述对称面距离b的比值为1.5~3:1，四个环形电极的宽度均小于所述测试电极到所述对称面距离b。进一步的，所述杆体上还设有电热调节器，所述电热调节器位于环形电极下方。进一步的，所述杆体内还设有前置放大器和模数转换器，所述测试电极的输出依次与所述前置放大器和模数转换器级联。进一步的，在该探头下半段自上至下顺序设有侧壁摩擦筒、孔压过滤环、圆锥状探头；在摩擦筒的中间设有孔隙水压力传感器，在侧壁摩擦筒的内侧面上布设有侧壁摩阻力压力传感器，在所述锥状探头上布设有锥尖阻力压力传感器，所述孔压过滤环位于侧壁摩擦筒与圆锥状探头的连接处。进一步的，所述圆锥探头的锥角为60°，锥底截面积为10cm2，侧壁摩擦筒表面积150cm2，所述孔压过滤环厚度5mm。有益效果：本专利技术的静力触探探头，根据探头上的两个发射电极向土体发射电流，电流产生等位线分布，通过两个测试电极同步、连续地测量两电极间的电压变化，结合根据欧姆定律可以计算电极周围土体的电阻率大小。通过电阻率与膨胀性土自由膨胀率的关系，根据得到的土体电阻率大小，可以计算出土体的含水率的数值，消除含水率的影响得出膨胀性土的膨胀特性。附图说明图1是本专利技术静力触探探头的结构示意图；图2是本专利技术的四个环形电极分布示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做更进一步的解释。本发的一种适用于膨胀性地基土的含电阻率测定的静力触探探头，能够用于现场测试膨胀性场地的电阻率及含水率数值，在目前国内外有关膨胀土判别分类方法的基础上，标定分析膨胀性场地的膨胀特性，从而实现现场快速鉴定。该探头集成了常规孔压静力触探的功能，可测端阻、摩阻、倾斜和孔压，还具有土电阻率测试功能。如图1所示，在静力触探探头的中央设有同轴电缆1，在上半段杆体的外周包有四个环形电极，环形电极之间通过绝缘层6隔离，中间两个环形电极为测试电极5，上下两个环形电极为发射电极4，发射电极4用于向土体发射电流，电流产生等位线分布，测试电极5用于测量电位差。以垂直杆体并通过两个测试电极5之间中点的平面为对称面，两个发射电极4关于对称面对称设置，发射电极4到对称面之间的距离a与测试电极5到对称面距离b的比值为1.5~3:1，四个环形电极的宽度均小于测试电极5到对称面距离b。位于环形电极下方的杆体上设有电热调节器13。杆体内还设有前置放大器3和模数转换器2，测试电极5的输出依次与前置放大器3和模数转换器2级联。在该探头下半段自上至下顺序设有侧壁摩擦筒7、孔压过滤环9、圆锥状探头10。在摩擦筒7的中间设有孔隙水压力传感器8，在侧壁摩擦筒7的内侧面上布设有侧壁摩阻力压力传感器11，在锥状探头10上布设有锥尖阻力压力传感器12，孔压过滤环9位于侧壁摩擦筒7与圆锥状探头10的连接处。圆锥探头10的锥角为60°，锥底截面积为10cm2，侧壁摩擦筒7表面积150cm2，所述孔压过滤环9厚度5mm。该静力触探探头规格符合国际标准：锥角60°，圆锥直径为35.7mm，锥底截面积为10cm2，侧壁摩擦筒面积150cm2。锥尖阻力压力传感器量程为100kN，精度为0.2％。侧摩阻力压力传感器量程为20kN，精度为0.2％。孔隙水压力传感器量程为3.5MPa；精度为0.5％。土的电阻率是表征土体导电性的基本参数，是土的固有物性参数之一，取决于土的孔隙率、孔隙形状、孔隙液电阻率、饱和度、固体颗粒成分、形状、定向性、胶结状态等。土壤的导电性能能够表征其内部的土体结构、工程特性。土样导电性与粘性颗粒含量、液限含水率相关性较好，而粘粒含量的多少以及液限大小，可以一定程度上反应膨胀土膨胀性能的强弱。另一方面，电阻率与土体含水率之间有很好的相关性，根据现有技术研究，可以通过室内标定确定本文档来自技高网...

【技术保护点】
适用于膨胀性地基土的含电阻率测定的静力触探探头，其特征在于：在静力触探探头的上半段杆体的外周包有四个环形电极，环形电极之间通过绝缘层（6）隔离，中间两个环形电极为测试电极（5），上下两个环形电极为发射电极（4），所述发射电极（4）用于向土体发射电流，所述测试电极（5）用于测量电位差。

【技术特征摘要】
1.适用于膨胀性地基土的含电阻率测定的静力触探探头，其特征在于：在静力触探探头的上半段杆体的外周包有四个环形电极，环形电极之间通过绝缘层（6）隔离，中间两个环形电极为测试电极（5），上下两个环形电极为发射电极（4），所述发射电极（4）用于向土体发射电流，所述测试电极（5）用于测量电位差。2.根据权利要求1所述的适用于膨胀性地基土的含电阻率测定的静力触探探头，其特征在于：以垂直杆体并通过两个所述测试电极（5）之间中点的平面为对称面，两个所述发射电极（4）关于所述对称面对称设置，所述发射电极（4）到所述对称面之间的距离a与所述测试电极（5）到所述对称面距离b的比值为1.5~3:1，四个环形电极的宽度均小于所述测试电极（5）到所述对称面距离b；通过上述设置可有效的减少发射电极极化效应对测试结果的影响。3.根据权利要求1或2所述的适用于膨胀性地基土的含电阻率测定的静力触探探头，其特征在于：所述杆体上还设有电热调节器（13），所述电热调节器（13）位...

【专利技术属性】
技术研发人员：张留俊，寇博，尹利华，刘军勇，张发如，谢诗元，张梅玲，刘松玉，储亚，徐磊，边汉亮，
申请(专利权)人：中交第一公路勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61