土體凍脹和鹽脹機(jī)理

Chapter 1 Influencing Factors on Frost Heave and Salt Expansion and Relations Among Them

Chapter 2 Water Migration in Freezing，Thawing and Frozen Soils

Chapter 3 Ion Migration in Saline Freezing and Frozen Soils

Chapter 4 Ice Formation From Soil Water And Factors Affecting Formation of Cryogenic Structure of Frozen Soils 2100433B

本書(shū)以大量實(shí)驗(yàn)資料為依據(jù),系統(tǒng)論述了土體凍脹和鹽脹的基本因素。

土體凍脹檢測(cè)裝置和檢測(cè)土體凍脹量方法專(zhuān)利目的

《土體凍脹檢測(cè)裝置和檢測(cè)土體凍脹量方法》提出了一種土體凍脹檢測(cè)裝置。通過(guò)這種土體凍脹檢測(cè)裝置能夠準(zhǔn)確的測(cè)量出土體凍脹量。

土體凍脹檢測(cè)裝置和檢測(cè)土體凍脹量方法技術(shù)方案

根據(jù)《土體凍脹檢測(cè)裝置和檢測(cè)土體凍脹量方法》的第一方面，提出了一種土體凍脹檢測(cè)裝置，包括：管體，在管體上間隔設(shè)置有多個(gè)沿周向的環(huán)形弱化區(qū)，在管體的末部固定設(shè)置有用于固定到土體的非凍脹層的錨固件，設(shè)置在管體內(nèi)的測(cè)桿，測(cè)桿的末部與錨固件固定相連，測(cè)桿的頂部為測(cè)量部，用于設(shè)置在土體的地表的位移測(cè)量器，通過(guò)檢測(cè)其相對(duì)于測(cè)量部的豎向位移而得到土體的凍脹量，當(dāng)土體凍脹時(shí)，多個(gè)弱化區(qū)將管體分成多個(gè)能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的管段。

在使用《土體凍脹檢測(cè)裝置和檢測(cè)土體凍脹量方法》的土體凍脹檢測(cè)裝置測(cè)量地層凍脹量時(shí)，由于弱化區(qū)的存在，處于凍脹層內(nèi)的管段會(huì)在縱向凍脹力的作用下獨(dú)立于其余的管段而運(yùn)動(dòng)，即處于凍脹層內(nèi)的管段形成自由管段。由于自由管段與其余的管段是彼此獨(dú)立的，因此自由管段豎向上運(yùn)動(dòng)不會(huì)導(dǎo)致其余管段相對(duì)于土體而運(yùn)動(dòng)，更不會(huì)導(dǎo)致管體整體相對(duì)于土體而豎向運(yùn)動(dòng)。錨固件的位置也因此不會(huì)發(fā)生變化，測(cè)桿的測(cè)量部的位置也就不會(huì)發(fā)生變化，即測(cè)量?jī)雒浀幕鶞?zhǔn)點(diǎn)沒(méi)有發(fā)生變化。此外，在土體凍結(jié)是朝向土體深處逐層凍結(jié)的，當(dāng)土體上層發(fā)生凍脹時(shí)，下層仍保持未凍脹狀態(tài)（即未凍脹層）。由于處于未凍脹層內(nèi)的管段不會(huì)相對(duì)于土體而豎向運(yùn)動(dòng)，因此未凍脹層也就不會(huì)到處于其中的管段的攜帶而豎向運(yùn)動(dòng)。從而，凍脹層就不會(huì)受到未凍脹層的擠壓，即凍脹層的隆起高度僅來(lái)源于凍脹層本身的凍脹。因此，移測(cè)量器的位移就能真實(shí)地反應(yīng)該凍脹層的實(shí)際凍脹量。隨著土體被朝向深處逐層凍結(jié)，未凍脹層會(huì)再次逐層凍脹。在弱化區(qū)的作用下，更深層的未凍脹層也不會(huì)對(duì)凍脹層產(chǎn)生擠壓。也就是說(shuō)，使用該發(fā)明的土體凍脹檢測(cè)裝置測(cè)量地層凍脹量時(shí)，不但測(cè)量土體凍脹的基準(zhǔn)點(diǎn)不發(fā)生變化，而且每一凍脹層的凍脹量的測(cè)量值都是準(zhǔn)確的，因此土體的整體凍脹量的測(cè)量值也是準(zhǔn)確的。

在一個(gè)實(shí)施例中，環(huán)形弱化區(qū)的數(shù)量與管體的數(shù)值之比在8:1-15:1之間。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，弱化區(qū)的數(shù)量與管體的長(zhǎng)度的數(shù)值之比為10:1。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，環(huán)形弱化區(qū)沿管體的長(zhǎng)度均勻分布。在實(shí)際施工中，這種結(jié)構(gòu)的管體能夠測(cè)量出對(duì)于施工足夠精確的土體凍脹量，而且管體的結(jié)構(gòu)仍保持簡(jiǎn)單，從而方便了土體凍脹檢測(cè)裝置的制造和使用。

在一個(gè)實(shí)施例中，管體由多個(gè)套管通過(guò)多個(gè)直接頭順次連接而成，在直接頭的內(nèi)壁上設(shè)置有徑向向里凸出的擋環(huán)，在直接頭的兩個(gè)端部和擋環(huán)之間形成連接部，套管與連接部依靠摩擦力連接在一起而實(shí)現(xiàn)弱化區(qū)。在土體發(fā)生凍脹時(shí)，在凍脹縱向力的作用下套管可沿軸向在直接頭內(nèi)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)每一個(gè)套管都能夠相對(duì)于其余的套管而獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。此外，這種連接方式使得管體整體不被破壞掉，土體凍脹檢測(cè)裝置也因此能重復(fù)使用，這降低了成本，避免了浪費(fèi)。

在一個(gè)實(shí)施例中，管體由多個(gè)套管順次連接而成，在一個(gè)套管的內(nèi)壁上設(shè)置有環(huán)形槽，在所述環(huán)形槽的外側(cè)壁上設(shè)置有沿軸向的缺口，在另一套管上設(shè)置有與缺口和環(huán)形槽匹配的凸起，凸起與連接部配合在一起而實(shí)現(xiàn)套管的弱化區(qū)。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，環(huán)形槽的軸向尺寸大于凸起的軸向尺寸。這種結(jié)構(gòu)不需要額外的連接部件，僅需要將套管彼此相連就能夠?qū)崿F(xiàn)弱化區(qū)，并且每一個(gè)套管都能夠相對(duì)于其余的套管而獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。這簡(jiǎn)化了管體的結(jié)構(gòu)，降低了管體的生產(chǎn)成本，土體凍脹檢測(cè)裝置也能重復(fù)使用，避免了浪費(fèi)。

根據(jù)《土體凍脹檢測(cè)裝置和檢測(cè)土體凍脹量方法》的第二方面，提出了一種使用根據(jù)上文所述的土體凍脹檢測(cè)裝置來(lái)檢測(cè)土體凍脹量方法，包括以下步驟，

步驟一：在土體中設(shè)置檢測(cè)孔，檢測(cè)孔從地表延伸穿過(guò)土體的最大凍結(jié)深度，終止于土體的非凍脹層；

步驟二：在檢測(cè)孔內(nèi)設(shè)置管體和測(cè)桿，并且將管體和測(cè)桿通過(guò)錨固件固定于非凍脹層中，在檢測(cè)孔的孔口處設(shè)置位移測(cè)量器；

步驟三：當(dāng)土體發(fā)生凍脹時(shí)，檢測(cè)位移測(cè)量器相對(duì)于測(cè)桿的測(cè)量部的豎向位移，而得到土體的凍脹量。

在一個(gè)實(shí)施例中，在步驟二中，還在管體和檢測(cè)孔的孔壁之間的間隙中填充有用于防止?jié)B水的填料。這種填料能夠防止水進(jìn)入到土體凍脹檢測(cè)裝置內(nèi)，而將其破壞。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，填料包括處于管體的非弱化區(qū)的水泥澆筑層和處于管體的弱化區(qū)的散沙層。這樣，在發(fā)生凍脹時(shí)，水泥澆筑層能夠?qū)ψ杂晒芏我黄疬\(yùn)動(dòng)，而散沙層能夠避免弱化區(qū)被固定住而不能使管體分成自由管段。

在該申請(qǐng)中，用語(yǔ)“豎向”是指朝向地面的方向。應(yīng)理解地是，對(duì)于不同的地面，該豎向也可有所不同。

土體凍脹檢測(cè)裝置和檢測(cè)土體凍脹量方法改善效果

《土體凍脹檢測(cè)裝置和檢測(cè)土體凍脹量方法》的優(yōu)點(diǎn)在于：（1）通過(guò)在管體上設(shè)置弱化區(qū)，使得在測(cè)量土體的凍脹量時(shí)，處于凍脹層內(nèi)的管體部分形成自由管段。自由管段會(huì)隨著凍脹層一起運(yùn)動(dòng)，而不會(huì)導(dǎo)致錨固件的位置會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而測(cè)桿的測(cè)量部的位置也就不會(huì)發(fā)生變化，即測(cè)量?jī)雒浀幕鶞?zhǔn)點(diǎn)不發(fā)生變化。另外，所測(cè)得的每一凍脹層的凍脹量也是準(zhǔn)確的。從而，使用《土體凍脹檢測(cè)裝置和檢測(cè)土體凍脹量方法》的裝置能夠準(zhǔn)確測(cè)出土體的凍脹量。（2）構(gòu)成管體的每一個(gè)套管都能夠相對(duì)于其余套管而獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。在使用測(cè)量土體的凍脹量時(shí)，由于處于凍脹層的套管的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)順應(yīng)了凍脹，從而管體整體不被破壞掉，土體凍脹檢測(cè)裝置也因此能重復(fù)使用，這降低了成本，避免了浪費(fèi)。

《土體凍脹檢測(cè)裝置和檢測(cè)土體凍脹量方法》涉及土木工程領(lǐng)域，更具體來(lái)說(shuō)涉及土體凍脹測(cè)量領(lǐng)域。

圖1是根據(jù)《土體凍脹檢測(cè)裝置和檢測(cè)土體凍脹量方法》的土體凍脹檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是根據(jù)《土體凍脹檢測(cè)裝置和檢測(cè)土體凍脹量方法》的土體凍脹檢測(cè)裝置在使用狀態(tài)中的示意圖；

圖3到圖6是形成管體的弱化區(qū)的不同方式；

在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標(biāo)記。附圖并未按照實(shí)際的比例。