一种土壤冻胀力测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及土壤力学特征测量设备技术领域，特别涉及一种土壤冻胀力测量装置，包括压电陶瓷探头、下基座、上基座；其中，下基座为环形基座，下基座通过悬架与上基座固定连接，下基座设置有多个水平探头安装孔，水平测压探头安装在水平探头安装孔内，其凸面薄膜端朝向外侧；下基座上表面设置垂直探头台座，垂直测压探头通过垂直探头台座安装在下基座上，其凸面薄膜端朝向上方；上基座为筒状，垂直测压探头安装在上基座内，其凸面薄膜端朝向下方；本发明专利技术通过上下基座结构使测量装置在土壤分层冻融过程不会受压移动，同时使垂直测力面位于同水平面上，使其不会因分层冻融的时间差而测量失准。失准。失准。

【技术实现步骤摘要】
一种土壤冻胀力测量装置

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[0001]本专利技术涉及土壤力学特征测量设备
，特别涉及一种土壤冻胀力测量装置。

技术介绍
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[0002]土壤属于一种复杂的固、液气三相物质。土壤冻结、融化过程中，土壤固体颗粒受力、形变主要受土壤水分结冰和融化过程控制，与土壤的物理性质紧密联系。
[0003]目前对土壤冻融过程的力学特征测量，通常以采集土壤样本后在实验室进行测定和埋设测量仪器就地测定两种方式。实验室测定虽然精度较高，但受限于实验室场地规模和设备尺寸，对超过设备尺寸埋深的土壤环境只能进行预增压模拟，该模拟过程只能使测量的起始压力、含水量近似于实际环境，但对于实际环境中不同埋深的气体含量难以复现，导致其测定产生无法总结修正的误差，存在局限性。埋设测量仪器就地测定方案下，由于土壤冻融发生时存在由上至下的渐变过程，该渐变速率与温度变化速率相关，在温度快速变化时，土壤的冻融过程将出现近似分层发生的过程特征，埋设的相关测量探头在该过程中分层受力，且土壤存在弹性，易导致测量探头在冻融发生的过程中移动，进而导致测量的数据准确性和方向准确性大幅下降。

技术实现思路
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[0004]鉴于此，有必要提供一种土壤冻胀力测量装置，采用就地埋设测量的方式，解决上述问题。
[0005]一种土壤冻胀力测量装置，包括压电陶瓷探头、下基座、上基座；其中，压电陶瓷探头为包裹在不锈钢壳体内的圆柱状压力探头，不锈钢壳体一端为凸面薄膜，与探针接触传力，不锈钢壳体另一端为螺纹塞，螺纹塞上设置有导线口；压电陶瓷探头有多个，分为水平测压探头和垂直测压探头；下基座为环形基座，下基座通过悬架与上基座固定连接；下基座设置有多个水平探头安装孔，水平测压探头安装在水平探头安装孔内，其凸面薄膜端朝向外侧；下基座上表面设置垂直探头台座，垂直测压探头通过垂直探头台座安装在下基座上，其凸面薄膜端朝向上方；上基座为筒状，垂直测压探头安装在上基座内，其凸面薄膜端朝向下方；上述安装在下基座的锤子测压探头与安装在上基座内的垂直测压探头，其凸面薄膜端位于同一水平面上。
[0006]埋设时，先连接各压电陶瓷探头的线路并进行设备调零，基于下基座的环形表面进行水平定位，之后进行定位填土，填土过程中对填土进行震动均质直至填土结束，以完成埋设操作。
[0007]当分层冻结过程发生时，上基座首先接触冻结土壤层，其承受的冻结压力向下，该冻结压力由下基座的下表面和悬架分担支撑阻止其移动，在下基座接触冻结土壤层时，上基座与悬架周围土壤层已完成冻结过程，从而防止下基座移动。当分层融解过程发生时，上基座、悬架与下基座亦发生受力分担支撑，从而防止设备移动。
[0008]在对分层冻融过程的压力测量时，由于垂直测压探头的测压面位于同一水平面，其对于土壤分层冻融过程压力的测定没有深度、时间差，因此可以准确的测定相关压力变化参数与压力方向差异，不会在温度快速变化导致的分层冻融过程中因冻融发生的时间差失准。
[0009]优选的，水平测压探头有四个，在下基座环面上均布，测定水平压力时采用其均值，防止填土震动均质操作不到位导致测量失准的情况发生；所述垂直测压探头有三个，其中两个均布安装在下基座上，一个安装在上基座内；该结构下测量装置的质量分布均匀对称，其自重对测量结果产生的不利影响最小。
[0010]优选的，本设计还包括锚板与锚板架，锚板为水平设置的不锈钢板，通过锚板架与下基座连接固定，锚板埋设在下基座下方，在土壤含水量高、弹性大的环境下如灌溉区、河滩、枯水期的河床等场合，利用锚板提供额外的支撑防止其在冻融过程中移动。
[0011]进一步的，锚板上设置有垂直金属片组成的耙齿，耙齿增加锚板与土壤的接触面积，使其定位支撑更稳固。进一步的，锚板下方耙齿为三角形，锚板上方耙齿为网格状，三角形耙齿在埋设时可以方便刺入下方土壤并避免锚板与土壤间夹气，锚板上方网格则增加与土壤的接触面积，使锚板埋设更稳固。
[0012]进一步的，锚板上设置有标记杆，标记杆从锚板向上延伸至伸出地表，该标记杆作为传感器接线的保护装置，防止较大埋深时接线损坏导致测量装置失效，同时，该标记杆还作为埋设时的地面标记，防止设备遗失。
[0013]本专利技术提供了一种土壤冻胀力测量装置，通过上下基座结构使测量装置在土壤分层冻融过程不会受压移动，同时使垂直测力面位于同水平面上，使其不会因分层冻融的时间差而测量失准。
附图说明：
[0014]图1是一种土壤冻胀力测量装置具体实施例原理结构示意图；
[0015]图2是一种土壤冻胀力测量装置具体实施例俯视结构示意图；
[0016]图3是一种土壤冻胀力测量装置具体实施例上基座、下基座俯视结构示意图；
[0017]图4是一种土壤冻胀力测量装置具体实施例上基座、下基座仰视结构示意图；
[0018]图5是一种土壤冻胀力测量装置具体实施例压电陶瓷探头结构示意图。
[0019]图中：压电陶瓷探头1、探针101、不锈钢壳体102、凸面薄膜103、螺纹塞104、导线口105、下基座2、水平探头安装孔201、垂直探头台座202、悬架203、上基座3、锚板4、锚板架401、耙齿402、标记杆403、螺钉5。
具体实施方式：
[0020]一种土壤冻胀力测量装置，包括压电陶瓷探头1、下基座2、上基座3；其中，压电陶瓷探头1为包裹在不锈钢壳体102内的圆柱状压力探头，不锈钢壳体102一端为凸面薄膜103，与探针101接触传力，不锈钢壳体102另一端为螺纹塞104，螺纹塞104上设置有导线口105；压电陶瓷探头1有多个，分为水平测压探头和垂直测压探头；下基座2为环形基座，下基座2通过悬架203与上基座3固定连接；下基座2设置有多个水平探头安装孔201，水平测压探头安装在水平探头安装孔201内，其凸面薄膜103端朝向外侧；下基座2上表面设置垂直探头
台座202，垂直测压探头通过垂直探头台座202安装在下基座2上，其凸面薄膜103端朝向上方；上基座3为筒状，垂直测压探头安装在上基座3内，其凸面薄膜103端朝向下方；上述安装在下基座2的锤子测压探头与安装在上基座3内的垂直测压探头，其凸面薄膜103端位于同一水平面上。
[0021]水平测压探头有四个，在下基座2环面上均布，测定水平压力时采用其均值，防止填土震动均质操作不到位导致测量失准的情况发生；所述垂直测压探头有三个，其中两个均布安装在下基座2上，一个安装在上基座3内；该结构下测量装置的质量分布均匀对称，其自重对测量结果产生的不利影响最小。
[0022]还包括锚板4与锚板架401，锚板4为水平设置的不锈钢板，通过锚板架401与下基座2连接固定，锚板4埋设在下基座2下方，在土壤含水量高、弹性大的环境下如灌溉区、河滩、枯水期的河床等场合，利用锚板4提供额外的支撑防止其在冻融过程中移动。
[0023]锚板4上设置有垂直金属片组成的耙齿402，耙齿402增加锚板4与土壤的接触面积，使其定位支撑更稳固。锚板4下方耙齿402为三角形，锚板4上方耙齿402为网格状，三角形耙齿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种土壤冻胀力测量装置，其特征在于，包括压电陶瓷探头、下基座、上基座；其中，压电陶瓷探头为包裹在不锈钢壳体内的圆柱状压力探头，不锈钢壳体一端为凸面薄膜，与探针接触传力，不锈钢壳体另一端为螺纹塞，螺纹塞上设置有导线口；压电陶瓷探头有多个，分为水平测压探头和垂直测压探头；下基座为环形基座，下基座通过悬架与上基座固定连接；下基座设置有多个水平探头安装孔，水平测压探头安装在水平探头安装孔内，其凸面薄膜端朝向外侧；下基座上表面设置垂直探头台座，垂直测压探头通过垂直探头台座安装在下基座上，其凸面薄膜端朝向上方；上基座为筒状，垂直测压探头安装在上基座内，其凸面薄膜端朝向下方；上述安装在下基座的锤子测压探头与安装...

【专利技术属性】
技术研发人员：王炳亮，杨武，李王成，柴明堂，杨文伟，杨正，
申请(专利权)人：宁夏大学，
类型：发明
国别省市：