专利名称：贯入—拉伸式孔隙水压力测量装置及其测量方法
技术领域：
本发明涉及一种监测仪器，尤其是涉及一种测量土层中孔隙水压力的直接式测量装置及测量方法。
背景技术：
在饱水软土分布区的工程建设活动领域，经常需要监测土体中孔隙水压力以及地下水位的动态变化。如在软土分布区水利工程的筑坝施工中应时时监测坝基孔隙水压力， 根据不同时间段的孔隙水压力的动态变化来决定施工进度；房层建筑工程方面尤其是在软土地基分层筑填或基坑开挖时地下孔隙水压力监测亦是如此；现行常用的孔隙水压力监测测量方式方法有两种，一种是利用在钻孔内埋设孔隙水压力传感器，另一种是埋设测压管。 前者是利用有线传导方式，将孔隙水压力传感器探头感应膜变形信号转化为电阻变化的电信号，然后将电信号传递给用户，缺陷在于此方法是通过间接测量方式，所采集的数据受诸多因素影响，变异性大，如传感器的老化问题，昂贵的费用问题，只能适于在重点工程中的短期使用；后者是在工程施工前分层埋设测压管，然后再用孔隙水压力计测量孔隙水压力， 缺点是不易保障测压管设置要求，如垂直度、封孔质量的密闭性和连通性等也直接影响着监测数据结果。发明内容
本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种贯入-拉伸式孔隙水压力测量装置；
本发明的另一目的提供一种贯入-拉伸式孔隙水压力测量装置的测量方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的
贯入-拉伸式孔隙水压力测量装置，是由锥形贯入头4的凸出段插入滤水管2，通过螺纹或销钉与滤水管2连接，滤水管2外装有套管3，滤水管2与套管3滑动配合，套管3 经垫圈5紧压在与锥形贯入头4的台肩上，导管6底端通过螺纹或嵌套在套管3上端构成。
滤水管2上设有渗水7，渗水孔7在滤水管2上等间距分布或任意分布，渗水孔7 的直径l_2mm，渗水孔7的间距2-5cm，滤水管2的直径2. Ocm,滤水管2选自PVC管或金属管。
一种贯入-拉伸式孔隙水压力测量装置的测量方法，包括以下顺序和步骤
a、测试前先组装贯入-拉伸式孔隙水压力测量装置，将锥形贯入头4的凸出段插入滤水管2，通过螺纹或销钉与滤水管2连接，滤水管2包有虑纸，虑纸外装有套管3，滤水管2与套管3滑动配合，套管3经垫圈5紧压在与锥形贯入头4的台肩上，导管6底端通过螺纹或嵌套在套管3上端；
b、将组装耗好的贯入-拉伸式孔隙水压力测量装置，利用静力贯入设备或冲击器打入到测试土层的设计深度；
C、将导管6连同套管3向上提升100-200mm，套管3与锥形贯入头4分离，露出滤3水管2，使测试段土层与滤水管2接触，测试段土层中的孔隙水通过渗水孔7渗入滤水管2 内；
d、经10-30分钟渗入；
e、将测量电极下入滤水管2内的水中，通过地下水位测量计测量滤水管2内渗入孔隙水的上升高度；
f、通过滤水管2内渗入孔隙水的上升高度计算出测试段孔隙水压力值
公式=H= h4-h2 = h0-(L3-L2-h) - (h+h/2) = LrL3+h/2,
σ = γω H,
式中测试点高程，hr测试段土层的高程为，h2-测试段土层的中点h/2处的高程，h3-管内孔隙水位高度到地面的高度，h4-管内孔隙水位高程，L1-导管长度，L2-露出地面的导管长度，L3-深入导管内的导线长度用，H-测试段土层面上的水柱高，Y ω-水的容重，ο-测试段孔隙水压力值；
g、测量完滤水管2内渗入孔隙水的上升高度后，拔出套管3和导管6，锥形贯入头、 滤水管2和垫圈5弃掉。
有益效果本发明解决了饱水软土分布地区的孔隙水压力监测测量复杂，数据不直接的问题，尤其适用于第四系河流三角洲相、牛轭湖相、湖相、泻湖相以及沼泽相等成因的细粒土地层孔隙水压力监测测量和地下水的潜水位、上层滞水位以及承压水水头的测量，地下水监测和地下水环境的水质分层监测与采样。与现有技术相比，装置结构简单，成本低廉，实用方便；其测量方法简便易实施、操作方便、数据可靠。


附图1为贯入-拉伸式孔隙水压力测量装置结构图
附图2为图1设计测量层位剖视图
附图3为图1套管3提升后的剖视图
附图4为图1孔隙水水柱上升高度剖视图
2滤水管，3套管，4锥形贯入头，5垫圈，6导管，7渗水孔
具体实施例方式
下面结合附图和实施例作进一步的详细说明
贯入-拉伸式孔隙水压力测量装置，包括还包括地下水位测量计。贯入-拉伸式孔隙水压力测量装置底端是锥形贯入头4，锥形贯入头4的凸出段插入滤水管2，通过螺纹或销钉与滤水管2连接，滤水管2设有滤水孔7，外缠滤纸，锥形贯入头4的台肩上装有垫圈5，套管3压在其上，滤水管2与套管3滑动配合。套管3底端与锥形贯入头4台肩面自由接触，两者之间设有环状密封垫圈5，以保证在贯入挤压过程中具有可靠的密封性，阻止非测试段地下水或渗流进入内管，并可保障在导管6和套管3提升时与锥形头贯入头4分离后测试段土层孔隙水渗入滤水管2的连通性。测试前先将贯入-拉伸式孔隙水压力测量装置组装好，利用静力贯入设备或冲击器打入压入到测试土层的设计深度上，然后将导管6 向上提升100-200mm左右，使其连同的外层套管3与锥形贯入头4分离，让测试段土层中孔隙水渗入内层滤水管，即完成孔隙水压力测量的设置。测试中，孔隙水压力测量可通过传统的毫伏安培表地下水位测量法测量导管内孔隙水上升高度，最后以此折算取得测试段土层的孔隙水压力值。具体计算步骤如下根据地形图查出测试点高程tv导管长度L1是已知的，露出地面的导管长度L2可测量出，则压入或打入地下的导管长度SL1-L2，用测试点高程减去导管的压入长度即可得到测试段土层的高程为Ii1 =Iltl-(L1-L2),然后将导管向上提升100-200mm左右，设为h，因测试段h的孔隙水压力值近似等于此段中点h/2处的孔隙水压力值，即求测试段土层中点h/2处的孔隙水压力值。测试段土层的中点h/2处的高程Ii2 =h^h/2 = h0-(L1-L2)+h/2 ；毫伏安培表地下水位测量法测量的导管内孔隙水上升高度到导管边缘所用导线长度即深入导管内的导线长度用L3表示，管内孔隙水位高度到地面的高度Ii3 = L3-(Lfh)，则管内孔隙水位高程h4 = h0-h3 = hQ-(L3-L2-h)，则测试段孔隙水压力值 H = h4-h2 = h。_ (L3-L2-h) - (hi+h/2) = L1-Ljh/^, σ = γ ω H。
贯入-拉伸式孔隙水压力测量装置，是由锥形贯入头4的凸出段插入滤水管2，通过螺纹或销钉与滤水管2连接，滤水管2外装有套管3，滤水管2与套管3滑动配合，套管3 经垫圈5紧压在与锥形贯入头4的台肩上，导管6底端通过螺纹或嵌套在套管3上端构成。
滤水管2上设有渗水7，渗水孔7在滤水管2上等间距分布或任意分布，渗水孔7 的直径l_2mm，渗水孔7的间距2-5cm，滤水管2的直径2. Ocm,滤水管2选自PVC管或金属管。
一种贯入-拉伸式孔隙水压力测量装置的测量方法，包括以下顺序和步骤
a、测试前先组装贯入-拉伸式孔隙水压力测量装置，将锥形贯入头4的凸出段插入滤水管2，通过螺纹或销钉与滤水管2连接，滤水管2包有虑纸，虑纸外装有套管3，滤水管2与套管3滑动配合，套管3经垫圈5紧压在与锥形贯入头4的台肩上，导管6底端通过螺纹或嵌套在套管3上端；
b、将组装耗好的贯入-拉伸式孔隙水压力测量装置，利用静力贯入设备或冲击器打入到测试土层的设计深度；
C、将导管6连同套管3向上提升100-200mm，套管3与锥形贯入头4分离，露出滤水管2，使测试段土层与滤水管2接触，测试段土层中的孔隙水通过渗水孔7渗入滤水管2 内；
d、经10-30分钟渗入；
e、将测量电极下入滤水管2内的水中，通过地下水位测量计测量滤水管2内渗入孔隙水的上升高度；
f、通过滤水管2内渗入孔隙水的上升高度计算出测试段孔隙水压力值
公式:H= h4-h2 = h。-(L3-L2-h) - (h^h/2) = L「L3+h/2，
σ = γωΗ,
式中测试点高程，hr测试段土层的高程为，h2-测试段土层的中点h/2处的高程，h3-管内孔隙水位高度到地面的高度，h4-管内孔隙水位高程，L1-导管长度，L2-露出地面的导管长度，L3-深入导管内的导线长度用，H-测试段土层面上的水柱高，Y ω-水的容重，ο-测试段孔隙水压力值；
g、测量完滤水管2内渗入孔隙水的上升高度后，拔出套管3和导管6，锥形贯入头、 滤水管2和垫圈5弃掉。
实施例1
在吉林某建设工地，先将锥形贯入头4通过销钉与滤水管2连接，滤水管2为PVC 管，滤水管2外缠有滤纸，再将套管3套装在滤水管2外面，套管3经垫圈5紧压在与锥形贯入头4的台肩上，滤水管2与套管3滑动配合，导管6底端通过嵌套在套管3的上面，滤水管2的直径2. Ocm,滤水管2上的渗水孔7的直径1mm，渗水孔7的间距2cm，
贯入-拉伸式孔隙水压力测量装置的测量方法，包括以下顺序和步骤
a、测试前先将孔隙水压力探头1和上部连接的导管6利用静力贯入设备或冲击器打入到测试土层的设计深度；
b、将导管6连同套管3向上提升100mm，套管3与锥形贯入头4分离，露出滤水管 2，使测试段土层与滤水管2接触，测试段土层中的孔隙水通过渗水孔7渗入滤水管2内；
C、经30分钟渗入；
d、将测量电极下入滤水管2内的水中，通过地下水位测量计测量滤水管2内渗入孔隙水的上升高度；查阅地形图得知
h0-测试点高程，=736m
hr测试段土层的高程为，=734. 3m
h2-测试段土层的中点h/2处的高程，=734. 35m
h3-管内孔隙水位高度到地面的高度，=1. Im
h4-管内孔隙水位高程，=734. 9m
L1-导管长度，=2. 2m
L2-露出地面的导管长度，=0. 5m
L3-深入导管内的导线长度用。=1.7m
e、通过滤水管2内渗入孔隙水的上升高度计算出测试段孔隙水压力值
公式:H= h4-h2 = hQ-(L3-L2-h) - (h^h/2) = L「L3+h/2 = 0. 55m,
σ = y ωΗ = 5. 39KN/m2，
实施例2
在天津某基坑开挖的工地，先将锥形贯入头4通过螺纹或销钉与滤水管2连接，导管6底端通过螺纹或嵌套在套管3的上面，滤水管2外装有套管3，滤水管2与套管3滑动配合，套管3经垫圈5紧压在与锥形贯入头4的台肩上构成。
滤水管2上设有渗水孔7，渗水孔7在滤水管2上等间距分布或不规律分布，渗水孔7的直径1. 5mm,渗水孔7的间距3cm，滤水管2的直径2. Ocm,滤水管2外缠有滤纸，滤水管2为PVC管、聚酯类的管或金属管。
贯入-拉伸式孔隙水压力测量装置的测量方法，包括以下顺序和步骤
a、测试前先将孔隙水压力探头1和上部连接的导管6利用静力贯入设备或冲击器打入到测试土层的设计深度；
b、将导管6连同套管3向上提升100mm，套管3与锥形贯入头4分离，露出滤水管 2，使测试段土层与滤水管2接触，测试段土层中的孔隙水通过渗水孔7渗入滤水管2内；
C、经20分钟渗入；
d、将测量电极下入滤水管2内的水中，通过地下水位测量计测量滤水管2内渗入孔隙水的上升高度；查阅地形图得知
h0-测试点高程，=3. 4m
hr测试段土层的高程为，=1.6m
h2-测试段土层的中点h/2处的高程，=1. 65m
h3-管内孔隙水位高度到地面的高度，=-0. 8m
h4-管内孔隙水位高程，=4. 2m
L1-导管长度，=2. Sn
L2-露出地面的导管长度，=Im
L3-深入导管内的导线长度用。=OJm
e、通过滤水管2内渗入孔隙水的上升高度计算出测试段孔隙水压力值
公式=H= h4-h2 = hQ-(L3-L2-h) - (h^h/2) = L「L3+h/2 = 2. 55m,
σ = Y ω H = 24. 99KN/m2，
实施例3
西藏某水库，先将锥形贯入头4通过螺纹或销钉与滤水管2连接，导管6底端通过螺纹或嵌套在套管3的上面，滤水管2外装有套管3，滤水管2与套管3滑动配合，套管3 经垫圈5紧压在与锥形贯入头4的台肩上构成。
滤水管2上设有渗水孔7，渗水孔7在滤水管2上等间距分布或不规律分布，渗水孔7的直径2mm，渗水孔7的间距5cm，滤水管2的直径2. Ocm,滤水管2外缠有滤纸，滤水管 2为铁管。
贯入-拉伸式孔隙水压力测量装置的测量方法，包括以下顺序和步骤
a、测试前先将孔隙水压力探头1和上部连接的导管6利用静力贯入设备或冲击器打入到测试土层的设计深度；
b、将导管6连同套管3向上提升200mm，套管3与锥形贯入头4分离，露出滤水管 2，使测试段土层与滤水管2接触，测试段土层中的孔隙水通过渗水孔7渗入滤水管2内；
C、经15分钟渗入；
d、将测量电极下入滤水管2内的水中，通过地下水位测量计测量滤水管2内渗入孔隙水的上升高度；查阅地形图得知
h0-测试点高程，=3678m
hr测试段土层的高程为，=3676. 5m
h2-测试段土层的中点h/2处的高程，=3676. 6m
h3-管内孔隙水位高度到地面的高度，=0. 4m
h4-管内孔隙水位高程，=3677. 6m
L1-导管长度，=2. 7m
L2-露出地面的导管长度，=Im
L3-深入导管内的导线长度用。=1.6m
e、通过滤水管2内渗入孔隙水的上升高度计算出测试段孔隙水压力值
公式:H= h4-h2 = hQ-(L3-L2-h) - (h^h/2) = L「L3+h/2 = lm,
σ = y ω H = 9.8KN/m2。
权利要求
1.一种贯入-拉伸式孔隙水压力测量装置，其特征在于，是由锥形贯入头(4)的凸出段插入滤水管2，通过螺纹或销钉与滤水管( 连接，滤水管( 外装有套管(3)，滤水管(2) 与套管C3)滑动配合，套管C3)经垫圈( 紧压在与锥形贯入头(4)的台肩上，导管(6)底端通过螺纹或嵌套在套管C3)上端构成。
2.按照权利要求1所述的贯入-拉伸式孔隙水压力测量装置，其特征在于，滤水管(2) 上设有渗水孔(7)，渗水孔(7)在滤水管( 上等间距分布或任意分布，渗水孔(7)的直径 l-2mm，渗水孔(7)的间距2-5cm，滤水管O)的直径2. 0cm，滤水管⑵选自PVC管或金属管。
3.一种贯入-拉伸式孔隙水压力测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下顺序和步骤a、测试前先组装贯入-拉伸式孔隙水压力测量装置，将锥形贯入头(4)通过螺纹或销钉与滤水管⑵连接，滤水管⑵包有虑纸，虑纸外装有套管(3)，滤水管⑵与套管(3)滑动配合，套管C3)经垫圈( 紧压在与锥形贯入头(4)的台肩上，导管(6)底端通过螺纹或嵌套在套管( 上端；b、将组装耗好的贯入-拉伸式孔隙水压力测量装置，利用静力贯入设备或冲击器打入到测试土层的设计深度；c、将导管(6)连同套管(3)向上提升100-200mm，套管(3)与锥形贯入头(4)分离，露出滤水管0)，使测试段土层与滤水管( 接触，测试段土层中的孔隙水通过渗水孔(7)渗入滤水管⑵内；d、经10-30分钟渗入；e、将测量电极下入滤水管O)内的水中，通过地下水位测量计测量滤水管O)内渗入孔隙水的上升高度；f、通过滤水管O)内渗入孔隙水的上升高度计算出测试段孔隙水压力值公式H = h4-h2 = h0-(L3-L2-h)-(h1+h/2) = L「L3+h/2，σ = Y ω H,式中测试点高程，Ill-测试段土层的高程为，Ii2-测试段土层的中点h/2处的高程， h3_管内孔隙水位高度到地面的高度，h4-管内孔隙水位高程，L1-导管长度，L2-露出地面的导管长度，L3-深入导管内的导线长度用，H-测试段土层面上的水柱高，Y ω-水的容重， σ_测试段孔隙水压力值；g、测量完滤水管O)内渗入孔隙水的上升高度后，拔出套管C3)和导管(6)，锥形贯入头⑷和滤水管⑵垫圈(5)弃掉。
全文摘要
本发明涉及一种贯入-拉伸式孔隙水压力测量装置及其测量方法。是由锥形贯入头的凸出段插入滤水管，通过螺纹或销钉与滤水管连接，滤水管外装有套管，滤水管与套管滑动配合，套管经垫圈紧压在与锥形贯入头的台肩上，导管底端通过螺纹或嵌套在套管上端构成。本发明解决了饱水软土分布地区的孔隙水压力监测测量复杂，数据不直接的问题，尤其适用于第四系河流三角洲相、牛轭湖相、湖相、泻湖相以及沼泽相等成因的细粒土地层孔隙水压力监测测量和地下水的潜水位、上层滞水位以及承压水水头的测量，地下水监测和地下水环境的水质分层监测与采样。与现有技术相比，装置结构简单，成本低廉，实用方便；其测量方法简便易实施、操作方便、数据可靠。
文档编号G01L7/18GK102564676SQ20121003038
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月12日 优先权日2012年2月12日
发明者刘冲, 徐文明, 杨兆华, 王媛媛, 王钢城, 许晓惠, 赵淑云, 黄超 申请人:吉林大学