[发明专利]土体试样压缩固结与电阻率实时成像监测装置及其取土器

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程试验研究和工程应用领域的一种新型土工试验设备，尤其是一种土体试样压缩固结与电阻率实时成像监测装置及其取土器，它利用电阻率法对土体固结变形过程中孔隙水的运移规律进行监测。

背景技术

土体是由土颗粒构成的骨架体和骨架间的孔隙所组成的。饱和土体在荷载的作用下，孔隙水缓慢渗出，土体有效应力状态发生改变，土体体积也逐渐压缩，外加荷载相应的从孔隙水传递到土骨架上，直到变形达到稳定时为止，这一土体变形的全过程即为固结。在这一过程中，土体中孔隙水的运移规律决定了土体的固结特性。

在地面沉降、地基压缩固结、核废料填埋、固体垃圾处置、水利工程防渗、地下水污染防治等岩土、环境工程问题中，孔隙水的运移都起到了关键的作用，因此，孔隙水的运移规律与过程监测日益受到关注。对此问题，国内外研究者开展大量的室内土体固结沉降与孔隙水运移监测的研究工作，取得了一些进展。但由于渗透介质的复杂性、室内试验装置观测空间的局限性，同时缺少有效的实验室内监测方法，导致实验室内土体固结沉降和孔隙水运移过程的监测效果并不理想，存在着许多亟待解决的问题。因此，发展一套土体固结变形过程的电阻率监测装置和监测方法具有十分重要的意义。

此外，使用普通取土器获取原状土试样的过程中，内摩擦过大是引起土样扰动的最主要因素之一，会影响土试样的原始状态，涂润滑剂是克服这一不利因素的有效措施，但涂润滑剂会增加掉样的可能性。用普通取土器获取的土试样密封性较差，对土试样的天然含水率、天然密度等有较大影响。对土体压缩固结试验而言，土试样的原始性状保持越完整，试验得出的孔隙水的运移规律可靠度就越高。

土体的组成比较复杂，土体中固、液、气三相之间存在着极为复杂的相互作用，三相比例的不同对土体的物理性质、状态指标影响较大，目前室内土体试验的固结沉降与孔隙水运移监测方面主要存在以下三方面困难：①在受载作用下，土体试验的固结沉降与孔隙水运移规律较为复杂，简单的监测方法无法对土体沉降和孔隙水运移的情况进行动态成像监测，无法直观的反映较复杂的固结与孔隙水运移过程；②目前，常用的土体固结仪是一个封闭装置，难以提供充足的观测空间，为实时监测的实施带来了较大困难；③已有的土样获取方法对试样的扰动较大，监测结果难以反映真实情况。

在地球物理勘探领域，电阻率法是以介质间的导电性差异为基础，通过观测与研究人工电场的分布规律实现勘探目的的一种地球物理勘探方法。直流电阻率法对水体反应敏感、可对土体固结沉降和孔隙水的活动情况进行实时成像，为监测土体的固结沉降与孔隙水运移过程与规律提供了一种可行的方法和手段，以客观地反映土体变形与孔隙水运移规律。目前，未见有实验室内土体固结变形电阻率监测装置的报道或文献。

鉴于电阻率监测试验的优越性和土体固结变形过程孔隙水的运移规律对工程的重要性，当前迫切需要解决的一个技术问题是提供一种可以对土体固结过程中孔隙水的运移规律进行电阻率监测的设备或装置，以及一种可以更好地获取原状土试样的取土器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服以上困难和不足，提供一种可以监测土体固结变形过程中孔隙水运移规律以及土颗粒沉降规律的室内土体试样压缩固结与电阻率实时成像监测装置，能够在常规土体固结试验的基础上监测土体固结变形过程中电阻率在时间和空间两个尺度上的变化规律，监测孔隙水的运移路径、变化形态以及土颗粒的沉降规律，为观测土体固结变形规律提供一种科学合理直观的试验装置。另外，为解决本发明设计超长环刀(30cm)取土难题，改善原状土试样获取过程中内摩擦过大、掉样和密封性差等问题，减小对土试样原始状态的扰动，提高试验的成功率和试验结果的可靠度，本发明还设计了一种改进的取土器。

为实现上述目的本发明采用如下技术方案：