一種地基飽和度現(xiàn)場測試裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于土木建筑工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種地基飽和度現(xiàn)場測試裝置和方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 對于可液化的砂土地基來說，可以采用降低地基飽和度的方法來減輕地震作用下 的液化震害，如充氣法、電解法、微觀氣泡水置換法等。這類方法在應(yīng)用中面臨的最困難的 問題在于，如何準確測量出地基不同位置的飽和度的大小，因為地基飽和度是進行減飽和 法處理液化地基效果最直接的指標。
[0003] 在本發(fā)明之前，對于地基（或土體試樣）飽和度的測量僅停留在實驗室階段。在三 軸實驗中，通過施加圍壓測量土體試樣的B值可以用于評價試樣的飽和度，但該方法需要 密封的壓力室，無法應(yīng)用到實際工程中地基飽和度的測量。實用新型《水體中微納米氣泡觀 測系統(tǒng)》（專利號：CN203231956U)公開了一種水體中微納米氣泡的觀測系統(tǒng)，利用模型箱不 同的材質(zhì)和顏色，使得其中含有微納米氣泡的水體呈現(xiàn)不同的光學(xué)影像，通過圖片采集分 析水中微納米氣泡的含量。但這種方法也只能在實驗室中操作，對于地基深部的土體，無法 開展。實用新型《多孔介質(zhì)中微納米氣泡觀測系統(tǒng)》（專利號：CN203231958U)公開了一種 多孔介質(zhì)中微納米氣泡觀測系統(tǒng)，也只適合于在實驗室對多孔介質(zhì)中微納米氣泡的含量進 行觀測，無法應(yīng)用到現(xiàn)場工程中。文獻中還提到，對于減飽和法處理的地基使用凍結(jié)法取出 地基內(nèi)部的砂樣，并送至實驗室進行研宄，分析試樣飽和度的方法，但是這種方法同樣只能 在實驗室開展，且凍結(jié)法本身成本非常昂貴，不利于推廣應(yīng)用。
[0004] 研宄表明，對于減飽和法處理液化地基，當?shù)鼗娘柡投冉档偷?5%以下時，地基 的抗液化強度會提高2~3倍，而此時地下水中由于含有一定量的氣體，使得地下水的體積 模量大幅降低。例如：當?shù)鼗娘柡投葹?5%時，含氣水的體積模量將由純水的2. 2 GPa降 低為2. 84 MPa，此時若對水進行一定壓力的加載，通過水的體積變形即可換算出水的體積 模量，進而換算出對應(yīng)地基的飽和度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于：克服了以往土體飽和度只能在實驗室中進行測量的重大缺 點，利用減飽和狀態(tài)下水的體積模量大幅降低的特性，提出了一種地基飽和度現(xiàn)場測試裝 置和方法。
[0006] 本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)： 一種地基飽和度現(xiàn)場測試裝置，其特征在于：包括空心鉆桿裝置以及設(shè)置在鉆桿裝置 內(nèi)的地下水采集裝置，所述空心鉆桿裝置包括空心鉆桿以及設(shè)置在空心鉆桿下方的鉆頭， 空心鉆桿底部周向均勻開設(shè)小孔；所述地下水采集裝置包括地下水采集管，地下水采集管 下方開設(shè)管狀進水口，進水口內(nèi)貼合設(shè)置透水石；地下水采集管內(nèi)設(shè)置抽吸裝置，地下水采 集管上方設(shè)置穩(wěn)定抽吸裝置的保護裝置；地下水采集管設(shè)置有透明觀察窗。
[0007] 所述地基飽和度現(xiàn)場測試裝置，所述抽吸裝置包括活塞、擋板以及固定在活塞上 方的活塞連桿，活塞連桿上端設(shè)置鋼絲絞線；擋板設(shè)置在進水口的上方。
[0008] 所述地基飽和度現(xiàn)場測試裝置，所述保護裝置包括設(shè)置在地下水采集管上方的活 塞連桿護筒，以及設(shè)置在活塞連桿護筒上方的鋼絲絞線護管。
[0009] 所述地基飽和度現(xiàn)場測試裝置，所述地下水采集管由金屬材料構(gòu)成，內(nèi)部直徑為 1~10 cm，長度為 10~50 cm。
[0010] 所述地基飽和度現(xiàn)場測試裝置，所述地下水采集管的透明觀察窗表面帶有尺寸刻 度，透明觀察窗的長度為8~40 cm。
[0011] 所述地基飽和度現(xiàn)場測試裝置，所述擋板通過鉸鏈與地下水采集管底部相連，擋 板中心設(shè)置有對應(yīng)進水口的密封塞和密封墊圈。
[0012] 所述地基飽和度現(xiàn)場測試裝置，所述活塞連桿的長度大于地下水采集管的長度 2-5 cm〇
[0013] 所述地基飽和度現(xiàn)場測試裝置，所述活塞連桿護筒的長度大于等于活塞連桿的長 度，直徑大于活塞連桿的直徑〇. l~〇. 5 cm。
[0014] 一種包含地基飽和度現(xiàn)場測試裝置的地基飽和度現(xiàn)場測試方法，包括以下技術(shù)步 驟： (1) 使用前將透水石煮沸超過30 min，裝入地下水采集管進水口內(nèi)壁； (2) 將鋼絲絞線一端固定在活塞連桿上端； (3) 將活塞連桿護筒穿過鋼絲絞線護管，固定在地下水采集管上端； (4) 將鋼絲絞線護管下端與活塞連桿護筒上端用鉚釘固定； (5) 將活塞投入地下水采集管底部，排出地下水采集管內(nèi)的空氣，擋板處于關(guān)閉狀態(tài)； (6) 利用鉆機或靜壓的方式，將空心鉆桿打入到地基以下一定深度，并靜置30 min以 上，使得空心鉆桿內(nèi)部的水不含有額外空氣的擾動，記錄此時鉆桿的深度及當前地下水 位； (7) 將地下水采集管沿空心鉆桿內(nèi)壁放入到空心鉆桿底部； (8) 拉動鋼絲絞線緩慢抽出，帶動活塞連桿在地下水采集管內(nèi)運動，擋板在地下水壓力 和地下水采集管內(nèi)的真空壓力作用下自動打開； (9) 將地下水采集器從空心鉆桿中取出，并放入裝有水的容器中，將地下水采集管進水 口浸沒在水中； (10) 卸除活塞連桿護筒，取下活塞連桿上端的鋼絲絞線； (11) 將地下水采集管豎直方向放置，在活塞連桿上端施加配重，壓縮地下水采集管中 的水體； (12) 從透明觀察窗中記錄活塞運動的距離； (13) 根據(jù)配重荷載大小和活塞運動的距離，按照下式計算水的體積模量：
【主權(quán)項】
1. 一種地基飽和度現(xiàn)場測試裝置，其特征在于：包括空心鉆桿裝置以及設(shè)置在鉆桿裝 置內(nèi)的地下水采集裝置，所述空心鉆桿裝置包括空心鉆桿以及設(shè)置在空心鉆桿下方的鉆 頭，空心鉆桿底部周向均勻開設(shè)小孔；所述地下水采集裝置包括地下水采集管，地下水采集 管下方開設(shè)管狀進水口，進水口內(nèi)貼合設(shè)置透水石；地下水采集管內(nèi)設(shè)置抽吸裝置，地下水 采集管上方設(shè)置穩(wěn)定抽吸裝置的保護裝置；地下水采集管設(shè)置有透明觀察窗。
2. 如權(quán)利要求1所述地基飽和度現(xiàn)場測試裝置，其特征在于：所述抽吸裝置包括活塞、 擋板以及固定在活塞上方的活塞連桿，活塞連桿上端設(shè)置鋼絲絞線；擋板設(shè)置在進水口的 上方。
3. 如權(quán)利要求1所述地基飽和度現(xiàn)場測試裝置，其特征在于：所述保護裝置包括設(shè)置 在地下水采集管上方的活塞連桿護筒，以及設(shè)置在活塞連桿護筒上方的鋼絲絞線護管。
4. 如權(quán)利要求1或2或3所述地基飽和度現(xiàn)場測試裝置，其特征在于：所述地下水采 集管由金屬材料構(gòu)成，內(nèi)部直徑為1~1〇 cm，長度為10~50 cm。
5. 如權(quán)利要求4所述地基飽和度現(xiàn)場測試裝置，其特征在于：所述地下水采集管的透 明觀察窗表面帶有尺寸刻度，透明觀察窗的長度為8~40 cm。
6. 如權(quán)利要求5所述地基飽和度現(xiàn)場測試裝置，其特征在于：所述擋板通過鉸鏈與地 下水采集管底部相連，擋板中心設(shè)置有對應(yīng)進水口的密封塞和密封墊圈。
7. 如權(quán)利要求6所述地基飽和度現(xiàn)場測試裝置，其特征在于：所述活塞連桿的長度大 于地下水采集管的長度2~5 cm。
8. 如權(quán)利要求7所述地基飽和度現(xiàn)場測試裝置，其特征在于：所述活塞連桿護筒的長 度大于等于活塞連桿的長度，直徑大于活塞連桿的直徑0. l~〇. 5 cm。
9. 一種包含權(quán)利要求3-8中任一地基飽和度現(xiàn)場測試裝置的地基飽和度現(xiàn)場測試方 法，包括以下技術(shù)步驟： (1) 使用前將透水石煮沸超過30 min，裝入地下水采集管進水口內(nèi)壁； (2) 將鋼絲絞線一端固定在活塞連桿上端； (3) 將活塞連桿護筒穿過鋼絲絞線護管，固定在地下水采集管上端； (4) 將鋼絲絞線護管下端與活塞連桿護筒上端用鉚釘固定； (5) 將活塞投入地下水采集管底部，排出地下水采集管內(nèi)的空氣，擋板處于關(guān)閉狀態(tài)； (6) 利用鉆機或靜壓的方式，將空心鉆桿打入到地基以下一定深度，并靜置30 min以 上，使得空心鉆桿內(nèi)部的水不含有額外空氣的擾動，記錄此時鉆桿的深度及當前地下水 位； (7) 將地下水采集管沿空心鉆桿內(nèi)壁放入到空心鉆桿底部； (8) 拉動鋼絲絞線緩慢抽出，帶動活塞連桿在地下水采集管內(nèi)運動，擋板在地下水壓力 和地下水采集管內(nèi)的真空壓力作用下自動打開； (9) 將地下水采集器從空心鉆桿中取出，并放入裝有水的容器中，將地下水采集管進水 口浸沒在水中； (10) 卸除活塞連桿護筒，取下活塞連桿上端的鋼絲絞線； (11) 將地下水采集管豎直方向放置，在活塞連桿上端施加配重，壓縮地下水采集管中 的水體； (12) 從透明觀察窗中記錄活塞運動的距離； 根據(jù)配重荷載大小和活塞運動的距離，按照下式計算水的體積模量：
式中，為水的體積模量，f為配重的重量，g為活塞的重量，Λ為活塞的表面積， 扎為 采集管取樣的深度，Ha.為現(xiàn)場水位的深度，IW為地下水的密度，^為配重作用下活 塞推進的距離，i為配重作用之前地下水采集管中水的長度； (13) 根據(jù)水的體積模量，按照下式計算地基的飽和度：
式中，&為地基的飽和度為純水的體積模量，可取2. 2GPa，為空氣的體積模 量，可取為0. 142 MPa ; (14) 排出地下水采集管中的水； 重復(fù)執(zhí)行（2) ~ (14)的步驟進行多次測量和不同深度處的測量。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種地基飽和度現(xiàn)場測試裝置和方法，該裝置包括空心鉆桿裝置以及設(shè)置在鉆桿裝置內(nèi)的地下水采集裝置，所述空心鉆桿裝置包括空心鉆桿以及設(shè)置在空心鉆桿下方的鉆頭，空心鉆桿底部周向均勻開設(shè)小孔；所述地下水采集裝置包括地下水采集管，地下水采集管下方開設(shè)管狀進水口，進水口內(nèi)貼合設(shè)置透水石；地下水采集管內(nèi)設(shè)置抽吸裝置，地下水采集管上方設(shè)置穩(wěn)定抽吸裝置的保護裝置；地下水采集管設(shè)置有透明觀察窗；本發(fā)明利用地基飽和度與地下水體積模量的關(guān)系，可在現(xiàn)場直接測得地基的飽和度，可用于分析減飽和法進行地基液化處理時的效果評價，具有原理簡單、操作性強、成本低廉、可靠性高等優(yōu)點。
【IPC分類】G01N33-24
【公開號】CN104730225
【申請?zhí)枴緾N201510191058
【發(fā)明人】陳育民, 李平, 李聞文, 張艷萍, 霍正格, 方志
【申請人】河海大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年4月21日