可現場測試地表下不同深度土含水率與干密度的探測器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種多功能探測器，屬于巖土工程領域中一種能夠原位、連續、準確地 測試地表下不同深度土含水率與干密度的多功能靜力觸探裝置。
【背景技術】
[0002] 巖土工程領域內，有關地表下土含水率與干密度的研究變得越來越重要。土含水 率與密度是基礎、路堤、大壩、擋土墻、斜坡等巖土工程建設的兩個重要參數。土的力學性能 包括土的強度和變形等都和土的含水率息息相關。土的含水率的改變常常帶來很多工程事 故，而這些事故都需要準確掌握土的含水率與干密度。國內現在相對較成熟的傳統時域反 射計技術廣泛用于測量土體積含水率、體積電導率和巖土體變形之中。該傳統測試技術具 有測量簡便、測量速度快、精度高、數據傳輸靈活等優點。但這種傳統時域反射計技術只能 測量地表下淺層土的含水率，不能測量深度土層的含水率，并且不能同時測量土的干密度， 難以滿足相關研究和設計需要。因此提高測試地表下土含水率的技術水平顯得十分必要 的。
[0003] 本發明基于傳統的測試技術，提出一種可現場測試地表下不同深度土含水率與干 密度的探測器，本發明即解決了只能測試淺層土含水率的問題，同時實現了同時測量土含 水率與干密度的目標，為巖土工程原位測試提供準確有效的評價工具。
【發明內容】
[0004] 技術問題：本發明要解決的技術問題是針對目前國內技術探測器功能單一的缺 陷，提出一種可用于巖土工程領域的可現場測試地表下不同深度土含水率與干密度的探測 器。
[0005] 技術方案：本發明是一種可現場測試地表下不同深度土含水率與干密度的探測 器，該探測器為一個圓柱狀，其中包括同軸電纜，探桿連接器，防水圈，模-數轉換器，傳輸 線，尼龍套管，鋼芯，電導率傳感器，錐頭；該探測器上部為探桿連接器，探桿連接器內設有 防水圈，防水圈的下部為模-數轉換器，模-數轉換器與同軸電纜相連，傳輸線有兩根位于 探測器的外部，通過環氧樹脂系膠結劑以螺旋形的方式平行盤繞在尼龍套管外側，尼龍套 管的內部為鋼芯，探測器的下部為電導率傳感器，電導率傳感器通過同軸電纜與模-數轉 換器相連接，錐頭位于鋼芯的下部，電導率傳感器位于錐頭內部。
[0006] 探桿連接器的高度為70mm，直徑為43. 7mm。
[0007] 兩條平行的傳輸線以螺旋形的方式盤繞在尼龍套管外側上，其間距為40mm。
[0008] 傳輸線的截面積為12mm2。
[0009] 尼龍套管的厚度為7mm。
[0010] 鋼芯的高度為180mm。
[0011] 錐頭的錐角為30°，圓錐底部截面積為15cm2。
[0012] 本發明的可用于現場測試地表下不同深度土含水率與干密度的探測器，是利用靜 力觸探貫入儀將探測器以I. 2m/min的速度直接貫入地表下，然后利用脈沖發射器發射高 頻電磁波脈沖，高頻電磁波脈沖沿傳輸線在土壤中傳播的速度依賴于土的介電常數，如下 式所示：
[0013]
[0014] 式中K為土的表觀介電常數；c為光速（3*10sm/s) ;v為傳播速度；L為探測器長 度；t為脈沖傳播的時間。
[0015] 介電常數主要受土含水率影響，根據高頻電磁波在介質中傳播頻率或時間計算出 土的介電常數。當高頻電磁波脈沖的信號反射回到電纜測試器時，可掌握反射信號的衰減 量，而反射信號的衰減量與土的電導率相關，即可通過反射信號的衰減量得出土的電導率。 通過測試計算得到的介電常數以及衰減程度，再根據其與土的含水率和干密度的相關關 系，如下式所示，即可換算出不同深度土的含水率與干密度。
[0016]
[0017]
[0018] 式中w為水的含水率；Pd為土的干密度；EC為土的表觀電導率；系數a、b、c、d可 通過室內實驗測得。
[0019] 該探測器具有簡單、易操作、多功能等特點，可快速準確地確定地表下不同深度土 的含水率與密度，為巖土工程原位測試提供準確有效的多功能評價工具。
[0020] 有益效果：在巖土工程實踐中，地表下土含水率與干密度參數的確定問題在國內 日益引起重視。了解地表下不同深度土含水率以及干密度等信息，對預防巖土工程事故與 修復設計巖土工程事故方案至關重要。傳統的調查方法，如采用時域反射計技術與室內試 驗，相對較為耗時，所得結果為淺層土的參數且功能單一，因此無法快速有效確定這兩項指 標。本發明基于現有的時域反射計技術，提出了一種多功能探測器，可測試不同深度水的含 水率，同時實現了同時測量土含水率與干密度的目標，解決了國內現有巖土工程原位測試 技術難以準確、連續、多功能的測試地表下土的含水率與干密度的缺陷，使得現代原位測試 技術能夠更好的服務于巖土工程實踐。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發明的探測器結構示意圖，
[0022] 圖2是本發明的探測器中部結構示意圖。
[0023] 其中有：同軸電纜1、探桿連接器2、防水圈3、模-數轉換器4、傳輸線5、尼龍套管 6、鋼芯7、電導率傳感器8、錐頭9。
【具體實施方式】
[0024] 本發明是一種可現場測試地表下不同深度土含水率與干密度的探測器，由同軸電 纜1、探桿連接器2、防水圈3、模-數轉換器4、傳輸線5、尼龍套管6、鋼芯7、電導率傳感器 8、錐頭9組成。該探測器內置同軸電纜1，上部為探桿連接器2,探桿連接器2內設有防水 圈3,防水圈3的下部為模-數轉換器4,模-數轉換器4與同軸電纜1相連，傳輸線5位于 探測器的外部，內設兩根平行的傳輸線5,傳輸線5通過環氧樹脂系膠結劑以螺旋形的方式 盤繞在尼龍套管6外側上，尼龍套管6的內部為鋼芯7,探測器的下部為電導率傳感器8,電 導率傳感器8通過同軸電纜1與模-數轉換器4相連接，電導率傳感器8位于錐頭9內部。
[0025] 探桿連接器2的高度為70mm，直徑為43. 7mm。
[0026] 兩條平行的傳輸線5以螺旋形的方式盤繞在尼龍套管6外側上，其間距為40mm。
[0027] 傳輸線5的截面積為12mm2。
[0028] 尼龍套管6的厚度為7mm。
[0029] 鋼芯7的高度為180_。
[0030] 錐頭9的錐角為30°，圓錐底部截面積為15cm2。
[0031] 圖1所示的可用于現場測試地表下不同深度土含水率與干密度的探測器，是利用 靜力觸探貫入儀將多功能探測器直接貫入地表下，然后利用脈沖發射器發射高頻電磁波脈 沖，得到高頻電磁波脈沖在傳輸線傳播的時間以及衰減程度，并根據二者與土的含水率與 干密度的相關關系，換算出地表下不同深度土的含水率與干密度。土的表觀介電常數、表觀 電導率與土含水率、干密度的表達式為：
[0032]
[0033]
[0034] 同時，本發明的測試技術必須經過室內標定試驗。按照美國試驗與材料學會 (ASTM)D2216中的烘干土的標準來進行室內標定試驗。該探測器具有簡單、易操作、多功能 等特點，可快速準確地確定地表下不同深度土的含水率與干密度，為巖土工程原位測試提 供準確有效的多功能評價工具。
【主權項】
1. 一種可現場測試地表下不同深度土含水率與干密度的探測器，其特征在于該探測器 為一個圓柱狀，其中包括同軸電纜（1)，探桿連接器（2)，防水圈（3)，模-數轉換器（4)，傳 輸線（5)，尼龍套管（6)，鋼芯（7)，電導率傳感器（8)，錐頭（9);該探測器上部為探桿連接 器（2)，探桿連接器（2)內設有防水圈（3)，防水圈（3)的下部為模-數轉換器（4)，模-數 轉換器（4)與同軸電纜（1)相連，傳輸線（5)有兩根位于探測器的外部，通過環氧樹脂系膠 結劑以螺旋形的方式平行盤繞在尼龍套管（6)外側，尼龍套管（6)的內部為鋼芯（7)，探測 器的下部為電導率傳感器（8)，電導率傳感器（8)通過同軸電纜（1)與模-數轉換器（4)相 連接，錐頭（9)位于鋼芯（7)的下部，電導率傳感器（8)位于錐頭（9)內部。2. 根據權利要求1所述的可現場測試地表下不同深度土含水率與干密度的探測器，其 特征在于探桿連接器（2)的高度為70mm，直徑為43. 7mm。3. 根據權利要求1所述的可現場測試地表下不同深度土含水率與干密度的探測器，其 特征在于所述兩條平行的傳輸線（5)以螺旋形的方式盤繞在尼龍套管（6)外側上，其間距 為 40mm。4. 根據權利要求1所述的可現場測試地表下不同深度土含水率與干密度的探測器，其 特征在于傳輸線（5)的截面積為12mm2。5. 根據權利要求1所述的可現場測試地表下不同深度土含水率與干密度的探測器，其 特征在于尼龍套管(6)的厚度為7mm。6. 根據權利要求1所述的可現場測試地表下不同深度土含水率與干密度的探測器，其 特征在于鋼芯（7)的高度為180mm。7. 根據權利要求1所述的可現場測試地表下不同深度土含水率與干密度的探測器，其 特征在于錐頭（9)的錐角為30°，圓錐底部截面積為15cm 2。
【專利摘要】本發明公布了一種可現場測試地表下不同深度土含水率與干密度的探測器，該探測器為一個圓柱狀，內置同軸電纜(1)，上部為探桿連接器(2)，探桿連接器(2)內設有防水圈(3)，防水圈(3)的下部為模-數轉換器(4)，模-數轉換器(4)與同軸電纜(1)相連，傳輸線(5)有兩根位于探測器的外部，通過環氧樹脂系膠結劑以螺旋形的方式平行盤繞在尼龍套管(6)外側，尼龍套管(6)的內部為鋼芯(7)，探測器的下部為電導率傳感器(8)，電導率傳感器(8)通過同軸電纜(1)與模-數轉換器(4)相連接，錐頭(9)位于鋼芯(7)的下部，電導率傳感器(8)位于錐頭(9)內部。該探測器具有簡單、易操作、多功能等特點，可快速準確地確定地表下不同深度土的含水率與密度。
【IPC分類】G01N33/24, G01N27/04
【公開號】CN105136864
【申請號】CN201510583197
【發明人】李學鵬, 蔡國軍
【申請人】東南大學
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年9月14日