專利名稱：地基壓實度分層聯(lián)合測定和長期監(jiān)測的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種地基壓實度分層聯(lián)合測定裝置，特別涉及一種基于彈性波速與電阻率法的地基壓實度分層聯(lián)合測定裝置。
背景技術(shù)：
在公路和市政道路路基、地基等各類工程中，土壤的壓實質(zhì)量是關(guān)系路基、地基等工程安全的關(guān)鍵因素之一。壓實使路基、地基等土的強度大大提高，使土基的塑性變形明顯減小，使土的透水性降低，毛細上升高度減少。壓實是改善土體工程性質(zhì)的一種經(jīng)濟合理措施。相同的土基材料在不均勻的壓實作用下可形成不同的物理力學(xué)指標，同時，由于蠕變作用在工程結(jié)構(gòu)工作壽命期間地基的力學(xué)狀態(tài)和指標往往發(fā)生動態(tài)變化，易導(dǎo)致各類病害現(xiàn)象。由于在實際工程中，多采用多層碾壓的方式進行土壤的壓實，對其壓實質(zhì)量進行分層測試和長期監(jiān)測對于評價地基的安全狀態(tài)具有很重要的作用。然而目前普遍使用的土壤壓實質(zhì)量檢測方法相對原始和陳舊，已經(jīng)不能滿足飛速發(fā)展的各類工程的需要。壓實度被用來表示土壤的壓實質(zhì)量，目前我國普遍采用的壓實度檢測方法主要是環(huán)刀法和灌砂法。環(huán)刀法要求在路基(或地基)上選擇一些檢測點，通過選取的檢測點推斷整個范圍的土壤壓實度。由于碾壓土層的密度一般是從上到下減小的，用環(huán)刀法測得的密度是環(huán)刀內(nèi)土樣所在深度范圍內(nèi)的平均密度，它不能代表整個碾壓層的平均密度；同時，環(huán)刀法僅適用于不含骨料的細粒土，受土質(zhì)限制，不能適用各類實際工程的需要，其適應(yīng)性受到限制。灌砂法也是常用的壓實度試驗方法，但是該方法需要攜帶較多量的砂，測試過程中稱量次數(shù)較多，而且實際操作時常常不好掌握，并會引起較大誤差。近幾年，出現(xiàn)了一些基于地球物理探測方法的新型無損壓實度檢測方法，主要有核子密度儀法、瑞雷波檢測法等。核子密度儀法測量速度快，但該方法的放射性物質(zhì)對人體有害，其抗干擾能力弱，測試結(jié)果的精度往往受到工程現(xiàn)場復(fù)雜干擾環(huán)境的影響，且還有沒看到利用核子密度法分層檢測地基壓實度的有關(guān)報道。瑞雷波檢測法是彈性波波速法的一種，適用于現(xiàn)場檢測的快速無損原位測試法。目前，詹金林、黃理興等對瑞利波法評價路基等的壓實度進行了初步研究，但是僅通過該方法對壓實質(zhì)量進行定性的分析評價，未為波速與壓實度的關(guān)系進行定量研究，還未進入實用階段。綜上所述，現(xiàn)有的土壤壓實度測定方法存在如下問題:①傳統(tǒng)的土壤壓實度測定方法(環(huán)刀法和灌砂法)均是有損測試方法，測試結(jié)果具有局限性，僅能反映測點處的壓實質(zhì)量，而且在實際檢測中需要在選取大量的測點，效率較低，且不能進行長期監(jiān)測；②對于基于地球物理探測方法的新型無損壓實度檢測方法(如核子密度儀法、瑞雷波檢測法等)，均是利用地球物理特性參數(shù)與壓實度之間的定量關(guān)系來表征地基的壓實質(zhì)量，但由于地球物理特性參數(shù)(如電阻率、彈性波速等)受到土壤密度、含水率等多個因素的影響，導(dǎo)致地球物理特性參數(shù)與壓實度之間的定量關(guān)系不明確，單一測試方法的測試精度不理想，容易受到干擾而降低，難以進入實用階段，且目前沒有看到利用上述方法進行土壤壓實質(zhì)量長期監(jiān)測和評價的方法及裝置。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的就是為了解決上述問題，提供一種用孔中電阻率和波速兩種方法聯(lián)合測定并長期評價土壤壓實度的裝置。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用下述技術(shù)方案:地基壓實度分層聯(lián)合測定和長期監(jiān)測的裝置，包括電阻率及波速集成并行傳感器、電阻率采集處理裝置、波速采集處理裝置、聯(lián)合測定永久性保護裝置、聯(lián)合測定傳動裝置、聯(lián)合測定導(dǎo)向裝置和控制器。所述的電阻率及波速集成并行傳感器設(shè)于聯(lián)合測定導(dǎo)向裝置上，聯(lián)合測定導(dǎo)向裝置在聯(lián)合測定永久性保護裝置內(nèi)上下滑動，電阻率及波速集成并行傳感器從聯(lián)合測定永久性保護裝置的通孔內(nèi)伸出，與地基土體良好接觸；所述的聯(lián)合測定導(dǎo)向裝置與電纜的一端相連，電纜的另一端通過聯(lián)合測定傳動裝置分別與電阻率采集處理裝置、波速采集處理裝置相連，且電阻率及波速集成并行傳感器輸出的信號通過電纜與聯(lián)合測定導(dǎo)向裝置的電纜相連，所述的控制器控制液壓伸縮裝置的伸縮，以及控制聯(lián)合測定傳動裝置的傳動方向。所述的電阻率及波速集成并行傳感器是將電阻率探測元件和波速探測元件集成在一起構(gòu)成的，兩個探測元件的信號是并行傳輸?shù)?，互不影響。所述的?lián)合測定導(dǎo)向裝置包括柱筒，在柱筒上的側(cè)壁上對稱設(shè)有一對導(dǎo)向輪和一個液壓伸縮裝置，所述的液壓伸縮裝置驅(qū)動發(fā)射探頭或接收探頭，且液壓伸縮裝置由控制器控制。所述電阻率及波速集成并行傳感器包括發(fā)射探頭，所述發(fā)射探頭包括供電電極、電極套管、聲波發(fā)射換能器、殼體和電纜，所述的供電電極套裝在電極套管內(nèi)，且供電電極和聲波發(fā)射換能器分別引入電纜的不同導(dǎo)線中，且聲波發(fā)射換能器和電極套管設(shè)于殼體內(nèi)，所述的殼體與液壓伸縮裝置配合，所述的電纜與聯(lián)合測定導(dǎo)向裝置的電纜相連。所述電阻率及波速集成并行傳感器還包括接收探頭，所述的接收探頭包括接收電極、電極套管、聲波接收換能器、殼體、導(dǎo)線和電纜，所述的接收電極套裝在電極套管內(nèi)，且接收電極和聲波發(fā)射換能器分別引入電纜的不同導(dǎo)線中，且聲波接收換能器和電極套管設(shè)于殼體內(nèi)，所述的殼體與液壓伸縮裝置配合，所述的電纜與聯(lián)合測定導(dǎo)向裝置的電纜相連。所述的電阻率采集處理裝置包括電阻率采集裝置和電阻率處理裝置兩部分，所述的電阻率采集裝置和電阻處理裝置相連，所述的波速采集處理裝置包括波速采集裝置和波速處理裝置兩部分，所述的波速采集裝置和波速處理裝置相連。所述的聯(lián)合測定永久性保護裝置包括一個套管，在套管上對稱設(shè)有一對導(dǎo)向槽，在套管臂上等距設(shè)有若干通孔，所述的通孔與發(fā)射探頭的供電電極配合或與接收探頭的接收電極配合。所述的套管材料為高強PVC，在套管頂部設(shè)有套絲和封蓋，在平時不測量時用封蓋來保護通孔和套管。所述的聯(lián)合測定永久性保護裝置包括支架、傳動桿、傳動輪、電機、驅(qū)動齒輪和從動齒輪，所述的傳動桿設(shè)于支架上，在傳動桿中間設(shè)有傳動輪，兩端各設(shè)有一個從動齒輪，從動齒輪與驅(qū)動齒輪嚙合，電機驅(qū)動驅(qū)動齒輪，所述的電機由控制器控制，所述的傳動輪與電纜配合。利用上面的裝置進行長期監(jiān)測的方法，包括如下步驟:(I)根據(jù)工程實際在地面上打兩個鉆孔，在兩個鉆孔中各放入一個聯(lián)合測定永久性保護裝置，并調(diào)整好角度；(2)在一套聯(lián)合測定導(dǎo)向裝置上安裝發(fā)射探頭，在另一套聯(lián)合測定導(dǎo)向裝置上安裝接收探頭；(3)在鉆孔位置上安裝好聯(lián)合測定傳動裝置；(4)在地面上安裝電阻率采集處理裝置、波速采集處理裝置和控制器，并將控制器分別與聯(lián)合測定傳動裝置的電機、液壓伸縮裝置相連；(5)用電纜一端連接聯(lián)合測定導(dǎo)向裝置，電纜的另一端通過聯(lián)合測定傳動裝置分別與電阻率采集處理裝置、波速采集處理裝置相連，并將聯(lián)合測定導(dǎo)向裝置放入鉆孔內(nèi)；( 6 )檢查各裝置之間通信，在電阻率采集處理裝置、波速采集處理裝置內(nèi)設(shè)置發(fā)射電流、接收探頭和發(fā)射探頭的深度參數(shù)；(7)設(shè)定好參數(shù)后，利用控制器啟動聯(lián)合測定傳動裝置和聯(lián)合測定導(dǎo)向裝置，將兩個探頭自動遞送至指定深度，并控制液壓伸縮裝置將電極自動遞送出與土體接觸好；(8)開啟電阻率采集處理裝置和波速采集處理裝置的電阻率采集裝置和波速采集裝置，分別依照設(shè)置的參數(shù)采集電阻率和波速，并通過電纜傳送給電阻率處理裝置和波速處理裝置，所述的處理裝置 給出聯(lián)合測定的土壤壓實度。電阻率的測量采 用二極法測量，其中供電電極正極A位于電阻率及波速聯(lián)合測定發(fā)射探頭中，供電電極負極B位于無窮遠處(實際測量中，無窮遠取20米遠處即可)，接收電極為兩個，一個接收電極M位于電阻率及波速聯(lián)合測定接收探頭中，另一個接收電極N位于無窮遠處(實際測量中，無窮遠取20米遠處即可)。測量時供電電極正極A、供電電極負極B供電形成回路供電；電阻率采集裝置采集接收電極M、接收電極N之間的信號，信號由導(dǎo)線導(dǎo)出；同時，聲波發(fā)射換能器25發(fā)射聲波，聲波接收換能器27接收聲波；電纜負責將接收電極M、接收電極N之間的信號和聲波接收換能器27的信號分別導(dǎo)出，傳送給后續(xù)的電阻率采集處理裝置8和波速采集處理裝置9。所述電阻率采集裝置負責采集整個測試過程中接收電極M、接收電極N之間的電壓U與流經(jīng)的電流I，再將數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娮杪侍幚硌b置。系統(tǒng)按照如下公式計算電阻率值:
權(quán)利要求1.地基壓實度分層聯(lián)合測定和長期監(jiān)測的裝置，其特征在于:包括電阻率及波速集成并行傳感器、電阻率采集處理裝置、波速采集處理裝置、聯(lián)合測定永久性保護裝置、聯(lián)合測定傳動裝置、聯(lián)合測定導(dǎo)向裝置和控制器；所述的電阻率及波速集成并行傳感器設(shè)于聯(lián)合測定導(dǎo)向裝置上，聯(lián)合測定導(dǎo)向裝置在聯(lián)合測定永久性保護裝置內(nèi)上下滑動，電阻率及波速集成并行傳感器從聯(lián)合測定永久性保護裝置的通孔內(nèi)伸出，與地基土體良好接觸；所述的聯(lián)合測定導(dǎo)向裝置與電纜的一端相連，電纜的另一端通過聯(lián)合測定傳動裝置分別與電阻率采集處理裝置、波速采集處理裝置相連，且電阻率及波速集成并行傳感器輸出的信號通過電纜與聯(lián)合測定導(dǎo)向裝置的電纜相連，所述的控制器控制液壓伸縮裝置的伸縮，以及控制聯(lián)合測定傳動裝置的傳動方向。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述電阻率及波速集成并行傳感器包括發(fā)射探頭，所述發(fā)射探頭包括供電電極、電極套管、聲波發(fā)射換能器、殼體和電纜，所述的供電電極套裝在電極套管內(nèi)，且供電電極和聲波發(fā)射換能器分別引入電纜的不同導(dǎo)線中，且聲波發(fā)射換能器和電極套管設(shè)于殼體內(nèi)，所述的殼體與液壓伸縮裝置配合，所述的電纜與聯(lián)合測定導(dǎo)向裝置的電纜相連。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于:所述電阻率及波速集成并行傳感器還包括接收探頭，所述的接收探頭包括接收電極、電極套管、聲波接收換能器、殼體、導(dǎo)線和電纜，所述的接收電極套裝在電極套管內(nèi)，且接收電極和聲波發(fā)射換能器分別引入電纜的不同導(dǎo)線中，且聲波接收換能器和電極套管設(shè)于殼體內(nèi)，所述的殼體與液壓伸縮裝置配合，所述的電纜與聯(lián)合測定導(dǎo)向裝置的電纜相連。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述的電阻率采集處理裝置包括電阻率采集裝置和電阻率處理裝置兩部分，所述的電阻率采集裝置和電阻處理裝置相連，所述的波速采集處理裝置包括波速采集裝置和波速處理裝置兩部分，所述的波速采集裝置和波速處理裝置相連。
5.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于:所述的聯(lián)合測定永久性保護裝置包括一個套管，在套管上對稱設(shè)有一對導(dǎo)向槽，在套管臂上等距設(shè)有若干通孔，所述的通孔與發(fā)射探頭的供電電極配合或與接收探頭的接收電極配合。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述的聯(lián)合測定傳動裝置包括支架、傳動桿、傳動輪、電機、驅(qū)動齒輪和從動齒輪，所述的傳動桿設(shè)于支架上，在傳動桿中間設(shè)有傳動輪，兩端各設(shè)有一個從動齒輪，從動齒輪與驅(qū)動齒輪嚙合，電機驅(qū)動驅(qū)動齒輪，所述的電機由控制器控制。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述的聯(lián)合測定導(dǎo)向裝置包括柱筒，在柱筒上的側(cè)壁上對稱設(shè)有一對導(dǎo)向輪和一個液壓收縮裝置，所述的液壓收縮裝置驅(qū)動發(fā)射探頭或接收探頭，且液壓收縮裝置由控制器控制。
專利摘要本實用新型公開了一種地基壓實度分層聯(lián)合測定和長期監(jiān)測的裝置，電阻率及波速集成并行傳感器設(shè)于聯(lián)合測定導(dǎo)向裝置上，聯(lián)合測定導(dǎo)向裝置在聯(lián)合測定永久性保護裝置內(nèi)上下滑動，電阻率及波速集成并行傳感器從聯(lián)合測定永久性保護裝置的通孔內(nèi)伸出；聯(lián)合測定導(dǎo)向裝置與電纜的一端相連，電纜的另一端通過聯(lián)合測定傳動裝置分別與電阻率采集處理裝置、波速采集處理裝置相連，且電阻率及波速集成并行傳感器輸出的信號通過電纜與聯(lián)合測定導(dǎo)向裝置的電纜相連，控制器控制液壓伸縮裝置的伸縮，以及控制聯(lián)合測定傳動裝置的傳動方向?？蓪崿F(xiàn)對地基不同位置的分層測量，可實現(xiàn)服役期間地基壓實度的長期監(jiān)測。
文檔編號E01C3/04GK203034433SQ20132000327
公開日2013年7月3日 申請日期2013年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月6日
發(fā)明者宋杰, 李術(shù)才, 劉征宇, 劉斌, 聶利超, 王傳武, 周浩, 許新驥, 徐磊, 郝亭宇, 林春金 申請人:山東大學(xué)