[实用新型]一种冻土孔隙水压力测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及岩土安全监测技术领域，特别涉及在低温环境下的冻土孔隙水压力测量装置，可以进行高原冻土、土石坝、公路、边坡及回填土体的孔隙水压力测量。

背景技术

岩土工程的土体冻结后，并非土体中所有的液态水都转变成固态的冰，由于颗粒表面能的作用，其中始终保持着一定数量的液态水称作未冻水。高温冻土又称近相变区冻土，通常用来描述低温环境下相对较高温度（-1.5℃～0℃）的冻土，被广泛接受的是，高温冻土具有较高含量的未冻水。由于其温度区间处于冻土的剧烈相变区，冻土中水和未冻水的比例对温度的变化及其敏感，故高温冻土的物理学性质具有强烈的不稳定性。同时，由于冻土中的水并非纯水，其中溶解有不同浓度的溶质，因此，冻土中水的冰点也相应降低。在相对温度较高（-1.5℃～0℃）的高温冻土中，液态水有着可观的量级，其体积含水量可达10%～15%。由于未冻水的大量存在，通过测量冻土中孔隙水压力及其变化规律对研究冻土的力学等特性有着积极意义。

目前在岩土安全监测行业，如果采用传统的压力测量装置进行低温环境下的冻土孔隙水压力测量则会导致压力测量装置损坏。传统的压力测量装置的结构如图1所示，包括过滤器11、腔体12、压力传感器15、外壳16和电缆17，压力传感器15包括压力感应膜13以及安装在压力感应膜13上的敏感元件14。冻土孔隙中的液体（即水）通过过滤器11进入腔体12，液体压力直接作用到压力感应膜13上，由压力感应膜13感应到液体压力并通过敏感元件14转化为电信号由电缆17输出。

传统的压力测量装置通常直接置于需要测量液体压力的环境中，如埋设在土体中，或置于其它包含土体、岩石、井、钻孔及管道等环境中，用于直接监测水或孔隙水的压力。但是，几乎所有的压力测量装置都只能工作于0摄氏度以上的水环境中，如果被监测点的环境温度低于0摄氏度时，压力测量装置的腔体内的水就会结冰，而水在结冰后体积就会产生膨胀并挤压压力感应膜13，从而导致压力感应膜13产生机械变形，即使在冰融化后也不会恢复到原来的状态故导致永久损坏，以后都无法再进行冻土孔隙水压力测量或不能准确测量。因此，用于测量冻土孔隙水压力的传统压力测量装置通常只能工作于0℃以上的环境才不致于损坏。然而，在一些高寒地区如青藏高原、东北局部地区等冻土地带或其它冻融循环环境下，冻土孔隙水将会随环境温度降低以至于结冰，当水在传统的压力测量装置内感应结冰后，都会发生因冰的膨胀作用导致压力传感器损坏无法工作的问题。

实用新型内容

本实用新型针对目前冻土孔隙水压力测量采用传统的压力测量装置在0℃以下会由于压力感应膜损坏导致无法工作的问题，提供一种新型的冻土孔隙水压力测量装置，该装置在环境温度低于0℃仍可正常工作，具有结构简单、测量可靠的优点。

本实用新型的技术方案如下：

一种冻土孔隙水压力测量装置，其特征在于，包括依次连接的过滤器探头、连通管、密封腔体、压力传感器和信号线缆，所述连通管的一端与过滤器探头相通，连通管的另一端连接密封腔体的顶部并与密封腔体的内部相通，所述密封腔体和连通管内充满传力液体，所述传力液体为密度大于水且不溶于水以及在要求的低温范围内不会冻结的液体，所述压力传感器固定于密封腔体的底部，且所述压力传感器的压力感应膜与密封腔体内部相通，压力传感器的输出端与信号线缆相连。

所述过滤器探头为多孔陶瓷探头或多孔的不锈钢烧结探头，所述过滤探头通过多孔来阻隔冻土孔隙中的细小颗粒。

所述连通管的轴截面积小于密封腔体的轴截面积。

所述要求的低温范围为-50℃~0℃，所述传力液体为在温度低至-50℃时不会冻结的液体。

所述传力液体为三氯甲烷或癸烷。

所述压力传感器为钢弦式压力传感器或压阻式压力传感器或光纤光栅式压力传感器或电阻应变片式压力传感器或差动电阻式压力传感器或电容式压力传感器或差动电容式压力传感器。

所述信号线缆为耐低温电缆或耐低温光纤。

本实用新型的技术效果如下：