[发明专利]一种用于监测冻土中孔隙水压力的试验探头

说明书

技术领域

本发明涉及一种测试土体冻融过程土体力学内变量所需的试验器材，尤其涉及一种用于监测冻土中孔隙水压力的试验探头。

背景技术

冻胀和融沉是寒区工程建设的两个最主要的病害，给寒区工程建设及其运营带来了极大的危害。水分迁移和冰分凝是导致冻胀和融沉变形最根本的原因。土体在冻结过程中，土体会形成层状分凝冰，从而产生冻胀。而且当温度低于水的冻结点时，土体仍有一定量的未冻水存在，冰分凝锋面处的孔隙水压力会产生下降，从而导致水分在孔隙水压力梯度下经由未冻水膜向冷端迁移。土体在融化过程中，分凝冰融化，孔隙水压力增加，从而导致土体融沉。因而，孔隙水压力是反映冻结过程中水分迁移和冰分凝过程的关键参数。但是，冻土中孔隙水压力的测试一直是土工测试技术的重点难点，相对研究较少，目前还没有成熟的冻土中孔隙水压力测试方法，以及相应的测试探头。

在融土中，孔隙水压力的测试一般采用张力计的方法。但是，在负温环境中，张力计中的传力介质（液态水）发生冻结，将导致探头的失效，因而传统融土中的孔隙水压力测试技术并不能应用于冻土中的孔隙水压力测试。因此，为了进一步探索土体冻融过程的水分迁移及冰分凝机制，从而有效地认识、治理和预防寒区道路的冻胀和融沉病害，亟需一种稳定、可靠、使用方便的用于监测冻土中孔隙水压力的试验探头。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种稳定、可靠、使用方便的用于监测冻土中孔隙水压力的试验探头。

为解决上述问题，本发明所述的一种用于监测冻土中孔隙水压力的试验探头，其特征在于：该探头包括陶土头、硬质塑料管、压力传感器和转接头；所述压力传感器与所述转接头相连，该转接头经快速接头与硬质塑料管的一端相连；所述硬质塑料管的另一端与所述陶土头粘合在一起；所述转接头上设有排气孔，该排气孔上设有螺帽。

所述压力传感器通过丝扣与所述转接头相连。

所述陶土头、所述硬质塑料管、所述转接头以及所述压力传感器形成的探头空腔内充满酒精。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明在负温条件下可以监测冻土的孔隙水压力。在负温环境中，硬质塑料管中的传力介质（酒精）不会发生冻结，当达到热力学平衡时，土体内的孔隙水压力和硬质塑料管内酒精的压力保持平衡，从而经由压力传感器测试酒精的压力便可知道土体内部的孔隙水压力。

2、本发明前端陶土头尺寸较小，可满足室内试验的测试工作，且使用方便。陶土头如果尺寸太大，放置到土样中，会破坏土体的本来结构，影响冻融试验效果；此外室内试验的试样一般较小，探头的尺寸相对越小测试精度越高。

3、本发明前端的陶土头起着半透膜的作用，在一定压力范围内其只允许水分通过而不允许酒精、气体通过，这样酒精就不能自由穿过陶土头进入土样从而干扰土样的局部水分场和力场；土体中的气体也不能进入探头破坏热力学平衡导致探头失效。

4、本发明稳定、可靠、使用方便，可满足监测土体冻结过程中的孔隙水压力变化情况，从而为分析冻融过程中的土体的水分迁移及冰分凝过程提供依据。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本发明的结构示意图。

图中：1-陶土头；2-硬质塑料管；3-快速接头；4-螺帽；5-压力传感器；6-转接头。

具体实施方式

如图1所示，一种用于监测冻土中孔隙水压力的试验探头，该探头包括陶土头1、硬质塑料管2、压力传感器5和转接头6。压力传感器5与转接头6相连，该转接头6经快速接头3与硬质塑料管2的一端相连；硬质塑料管2的另一端与陶土头1粘合在一起；转接头6上设有排气孔，该排气孔上设有螺帽4。

其中：压力传感器5通过丝扣与转接头6相连。

陶土头1、硬质塑料管2、转接头6以及压力传感器5形成的探头空腔内充满酒精。

本发明的工作步骤：

⑴试验前饱和：

向带陶土头1的硬质塑料管2中注入酒精，注满后把硬质塑料管2经快速接头3与转接头6连接，然后再往转接头6中注入酒精，然后再把压力传感器5经丝扣与转接头6连接，其间有密封垫，此时探头中间孔隙完全为酒精填充，最后将螺帽4拧上密封，静置饱和一段时间，发现没有气泡即可。

静置过程中，陶土头1放置在脱气蒸馏水中，避免与气体接触，以免影响其导水通畅性。

⑵试验中排气泡：