专利名称：地基压实度分层联合测定和长期监测的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种地基压实度分层联合测定装置，特别涉及一种基于弹性波速与电阻率法的地基压实度分层联合测定装置。
背景技术：
在公路和市政道路路基、地基等各类工程中，土壤的压实质量是关系路基、地基等工程安全的关键因素之一。压实使路基、地基等土的强度大大提高，使土基的塑性变形明显减小，使土的透水性降低，毛细上升高度减少。压实是改善土体工程性质的一种经济合理措施。相同的土基材料在不均匀的压实作用下可形成不同的物理力学指标，同时，由于蠕变作用在工程结构工作寿命期间地基的力学状态和指标往往发生动态变化，易导致各类病害现象。由于在实际工程中，多采用多层碾压的方式进行土壤的压实，对其压实质量进行分层测试和长期监测对于评价地基的安全状态具有很重要的作用。然而目前普遍使用的土壤压实质量检测方法相对原始和陈旧，已经不能满足飞速发展的各类工程的需要。压实度被用来表示土壤的压实质量，目前我国普遍采用的压实度检测方法主要是环刀法和灌砂法。环刀法要求在路基(或地基)上选择一些检测点，通过选取的检测点推断整个范围的土壤压实度。由于碾压土层的密度一般是从上到下减小的，用环刀法测得的密度是环刀内土样所在深度范围内的平均密度，它不能代表整个碾压层的平均密度；同时，环刀法仅适用于不含骨料的细粒土，受土质限制，不能适用各类实际工程的需要，其适应性受到限制。灌砂法也是常用的压实度试验方法，但是该方法需要携带较多量的砂，测试过程中称量次数较多，而且实际操作时常常不好掌握，并会引起较大误差。近几年，出现了一些基于地球物理探测方法的新型无损压实度检测方法，主要有核子密度仪法、瑞雷波检测法等。核子密度仪法测量速度快，但该方法的放射性物质对人体有害，其抗干扰能力弱，测试结果的精度往往受到工程现场复杂干扰环境的影响，且还有没看到利用核子密度法分层检测地基压实度的有关报道。瑞雷波检测法是弹性波波速法的一种，适用于现场检测的快速无损原位测试法。目前，詹金林、黄理兴等对瑞利波法评价路基等的压实度进行了初步研究，但是仅通过该方法对压实质量进行定性的分析评价，未为波速与压实度的关系进行定量研究，还未进入实用阶段。综上所述，现有的土壤压实度测定方法存在如下问题:①传统的土壤压实度测定方法(环刀法和灌砂法)均是有损测试方法，测试结果具有局限性，仅能反映测点处的压实质量，而且在实际检测中需要在选取大量的测点，效率较低，且不能进行长期监测；②对于基于地球物理探测方法的新型无损压实度检测方法(如核子密度仪法、瑞雷波检测法等)，均是利用地球物理特性参数与压实度之间的定量关系来表征地基的压实质量，但由于地球物理特性参数(如电阻率、弹性波速等)受到土壤密度、含水率等多个因素的影响，导致地球物理特性参数与压实度之间的定量关系不明确，单一测试方法的测试精度不理想，容易受到干扰而降低，难以进入实用阶段，且目前没有看到利用上述方法进行土壤压实质量长期监测和评价的方法及装置。
实用新型内容本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供一种用孔中电阻率和波速两种方法联合测定并长期评价土壤压实度的装置。为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案:地基压实度分层联合测定和长期监测的装置，包括电阻率及波速集成并行传感器、电阻率采集处理装置、波速采集处理装置、联合测定永久性保护装置、联合测定传动装置、联合测定导向装置和控制器。所述的电阻率及波速集成并行传感器设于联合测定导向装置上，联合测定导向装置在联合测定永久性保护装置内上下滑动，电阻率及波速集成并行传感器从联合测定永久性保护装置的通孔内伸出，与地基土体良好接触；所述的联合测定导向装置与电缆的一端相连，电缆的另一端通过联合测定传动装置分别与电阻率采集处理装置、波速采集处理装置相连，且电阻率及波速集成并行传感器输出的信号通过电缆与联合测定导向装置的电缆相连，所述的控制器控制液压伸缩装置的伸缩，以及控制联合测定传动装置的传动方向。所述的电阻率及波速集成并行传感器是将电阻率探测元件和波速探测元件集成在一起构成的，两个探测元件的信号是并行传输的，互不影响。所述的联合测定导向装置包括柱筒，在柱筒上的侧壁上对称设有一对导向轮和一个液压伸缩装置，所述的液压伸缩装置驱动发射探头或接收探头，且液压伸缩装置由控制器控制。所述电阻率及波速集成并行传感器包括发射探头，所述发射探头包括供电电极、电极套管、声波发射换能器、壳体和电缆，所述的供电电极套装在电极套管内，且供电电极和声波发射换能器分别引入电缆的不同导线中，且声波发射换能器和电极套管设于壳体内，所述的壳体与液压伸缩装置配合，所述的电缆与联合测定导向装置的电缆相连。所述电阻率及波速集成并行传感器还包括接收探头，所述的接收探头包括接收电极、电极套管、声波接收换能器、壳体、导线和电缆，所述的接收电极套装在电极套管内，且接收电极和声波发射换能器分别引入电缆的不同导线中，且声波接收换能器和电极套管设于壳体内，所述的壳体与液压伸缩装置配合，所述的电缆与联合测定导向装置的电缆相连。所述的电阻率采集处理装置包括电阻率采集装置和电阻率处理装置两部分，所述的电阻率采集装置和电阻处理装置相连，所述的波速采集处理装置包括波速采集装置和波速处理装置两部分，所述的波速采集装置和波速处理装置相连。所述的联合测定永久性保护装置包括一个套管，在套管上对称设有一对导向槽，在套管臂上等距设有若干通孔，所述的通孔与发射探头的供电电极配合或与接收探头的接收电极配合。所述的套管材料为高强PVC，在套管顶部设有套丝和封盖，在平时不测量时用封盖来保护通孔和套管。所述的联合测定永久性保护装置包括支架、传动杆、传动轮、电机、驱动齿轮和从动齿轮，所述的传动杆设于支架上，在传动杆中间设有传动轮，两端各设有一个从动齿轮，从动齿轮与驱动齿轮啮合，电机驱动驱动齿轮，所述的电机由控制器控制，所述的传动轮与电缆配合。利用上面的装置进行长期监测的方法，包括如下步骤:(I)根据工程实际在地面上打两个钻孔，在两个钻孔中各放入一个联合测定永久性保护装置，并调整好角度；(2)在一套联合测定导向装置上安装发射探头，在另一套联合测定导向装置上安装接收探头；(3)在钻孔位置上安装好联合测定传动装置；(4)在地面上安装电阻率采集处理装置、波速采集处理装置和控制器，并将控制器分别与联合测定传动装置的电机、液压伸缩装置相连；(5)用电缆一端连接联合测定导向装置，电缆的另一端通过联合测定传动装置分别与电阻率采集处理装置、波速采集处理装置相连，并将联合测定导向装置放入钻孔内；( 6 )检查各装置之间通信，在电阻率采集处理装置、波速采集处理装置内设置发射电流、接收探头和发射探头的深度参数；(7)设定好参数后，利用控制器启动联合测定传动装置和联合测定导向装置，将两个探头自动递送至指定深度，并控制液压伸缩装置将电极自动递送出与土体接触好；(8)开启电阻率采集处理装置和波速采集处理装置的电阻率采集装置和波速采集装置，分别依照设置的参数采集电阻率和波速，并通过电缆传送给电阻率处理装置和波速处理装置，所述的处理装置 给出联合测定的土壤压实度。电阻率的测量采 用二极法测量，其中供电电极正极A位于电阻率及波速联合测定发射探头中，供电电极负极B位于无穷远处(实际测量中，无穷远取20米远处即可)，接收电极为两个，一个接收电极M位于电阻率及波速联合测定接收探头中，另一个接收电极N位于无穷远处(实际测量中，无穷远取20米远处即可)。测量时供电电极正极A、供电电极负极B供电形成回路供电；电阻率采集装置采集接收电极M、接收电极N之间的信号，信号由导线导出；同时，声波发射换能器25发射声波，声波接收换能器27接收声波；电缆负责将接收电极M、接收电极N之间的信号和声波接收换能器27的信号分别导出，传送给后续的电阻率采集处理装置8和波速采集处理装置9。所述电阻率采集装置负责采集整个测试过程中接收电极M、接收电极N之间的电压U与流经的电流I，再将数据传输到电阻率处理装置。系统按照如下公式计算电阻率值:
权利要求1.地基压实度分层联合测定和长期监测的装置，其特征在于:包括电阻率及波速集成并行传感器、电阻率采集处理装置、波速采集处理装置、联合测定永久性保护装置、联合测定传动装置、联合测定导向装置和控制器；所述的电阻率及波速集成并行传感器设于联合测定导向装置上，联合测定导向装置在联合测定永久性保护装置内上下滑动，电阻率及波速集成并行传感器从联合测定永久性保护装置的通孔内伸出，与地基土体良好接触；所述的联合测定导向装置与电缆的一端相连，电缆的另一端通过联合测定传动装置分别与电阻率采集处理装置、波速采集处理装置相连，且电阻率及波速集成并行传感器输出的信号通过电缆与联合测定导向装置的电缆相连，所述的控制器控制液压伸缩装置的伸缩，以及控制联合测定传动装置的传动方向。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于:所述电阻率及波速集成并行传感器包括发射探头，所述发射探头包括供电电极、电极套管、声波发射换能器、壳体和电缆，所述的供电电极套装在电极套管内，且供电电极和声波发射换能器分别引入电缆的不同导线中，且声波发射换能器和电极套管设于壳体内，所述的壳体与液压伸缩装置配合，所述的电缆与联合测定导向装置的电缆相连。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于:所述电阻率及波速集成并行传感器还包括接收探头，所述的接收探头包括接收电极、电极套管、声波接收换能器、壳体、导线和电缆，所述的接收电极套装在电极套管内，且接收电极和声波发射换能器分别引入电缆的不同导线中，且声波接收换能器和电极套管设于壳体内，所述的壳体与液压伸缩装置配合，所述的电缆与联合测定导向装置的电缆相连。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于:所述的电阻率采集处理装置包括电阻率采集装置和电阻率处理装置两部分，所述的电阻率采集装置和电阻处理装置相连，所述的波速采集处理装置包括波速采集装置和波速处理装置两部分，所述的波速采集装置和波速处理装置相连。
5.如权利要求3所述的装置，其特征在于:所述的联合测定永久性保护装置包括一个套管，在套管上对称设有一对导向槽，在套管臂上等距设有若干通孔，所述的通孔与发射探头的供电电极配合或与接收探头的接收电极配合。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于:所述的联合测定传动装置包括支架、传动杆、传动轮、电机、驱动齿轮和从动齿轮，所述的传动杆设于支架上，在传动杆中间设有传动轮，两端各设有一个从动齿轮，从动齿轮与驱动齿轮啮合，电机驱动驱动齿轮，所述的电机由控制器控制。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于:所述的联合测定导向装置包括柱筒，在柱筒上的侧壁上对称设有一对导向轮和一个液压收缩装置，所述的液压收缩装置驱动发射探头或接收探头，且液压收缩装置由控制器控制。
专利摘要本实用新型公开了一种地基压实度分层联合测定和长期监测的装置，电阻率及波速集成并行传感器设于联合测定导向装置上，联合测定导向装置在联合测定永久性保护装置内上下滑动，电阻率及波速集成并行传感器从联合测定永久性保护装置的通孔内伸出；联合测定导向装置与电缆的一端相连，电缆的另一端通过联合测定传动装置分别与电阻率采集处理装置、波速采集处理装置相连，且电阻率及波速集成并行传感器输出的信号通过电缆与联合测定导向装置的电缆相连，控制器控制液压伸缩装置的伸缩，以及控制联合测定传动装置的传动方向。可实现对地基不同位置的分层测量，可实现服役期间地基压实度的长期监测。
文档编号E01C3/04GK203034433SQ20132000327
公开日2013年7月3日 申请日期2013年1月6日 优先权日2013年1月6日
发明者宋杰, 李术才, 刘征宇, 刘斌, 聂利超, 王传武, 周浩, 许新骥, 徐磊, 郝亭宇, 林春金 申请人:山东大学