專利名稱：凍結法采取不擾動飽和砂試樣的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種采取不擾動飽和砂試樣的方法，屬于巖土基礎工程領域。
實驗證明，凍結法是采取不擾動飽和砂試樣的最好方法，因為它保持了砂的天然密度、結構、應力史?？梢杂糜诮鉀Q砂土地基的動、靜強度及工程地質的有關問題。日本曾利用干冰酒精為循環(huán)冷凍液，在現(xiàn)場采取過兩個具有等直徑的凍結砂柱，一個長5.82米，直徑38厘米，另一個長4.35米，直徑42厘米。他們所用的冷凍液的循環(huán)方式為外循環(huán)法，測溫系統(tǒng)為熱電偶式設備，上提設備為龍門吊起重設備。上述方法的主要缺點是消耗冷源多，上提設備笨重，投資多。
本發(fā)明的目的是提供一種節(jié)省能源、簡便易行、安全可靠的采取不擾動飽和砂試樣的方法。
本發(fā)明是通過以下措施來實現(xiàn)的1、采用單孔輻射凍結法，以干冰為冷源，以酒精(工業(yè)用即可)為循環(huán)介質，采用密閉循環(huán)系統(tǒng)，即在凍結管外用耐低溫的高壓泵，將在容器內制備達到一定低溫的粘稠混合液壓入冷凍管內，此時配制溫度可低于干冰本身的-78℃。然后將冷動管內由于溫差而沸騰的混合液抽出(因地下溫度一般在9-11℃，再壓入冷凍管內，這樣往復循環(huán)，冷源為地下砂層所吸收。這種密閉循環(huán)系統(tǒng)所消耗的冷源大大低于外循環(huán)法。
2、本發(fā)明的測溫系統(tǒng)是采用熱敏電阻式測溫儀，測溫探頭埋設在冷凍管外側徑向等間隔(如5厘米)水平埋設、埋設深度為0.5-1米，以控制欲凍結半徑。通過電纜在水工比例電橋儀器上顯示數(shù)字，再與經事先率定的不同溫度曲線，用插入法隨時掌握地下欲凍結溫度的變化。這種測溫方法易于操作、安全可靠。3、上提系統(tǒng)采用液壓千斤頂鋼梁反頂系統(tǒng)，待最外層埋設點溫度達-3--5℃時，可將凍結管徐徐頂活，這樣連同凍結砂柱逐漸露出地面，直至提出。
本發(fā)明的實施例如下采用本發(fā)明的方法曾于1986年12月上旬在黃壁莊水庫下游成功的采取了兩個砂柱一個長3.25米，直徑為80厘米;另一個長為5.1米，直徑為76厘米，后一個砂柱中卵石含量為70%，卵石粒徑最大為200毫米。
在1987年4月在河北省引灤工地遷西縣城關附近成功地取得長6.8米(深度為7.1米)，直徑為60厘米的砂柱。
采取上述砂柱的具體工藝是通過鉆探造孔，將φ76mm凍結鋼管安放至予定取樣深度，以干冰酒精為冷凍循環(huán)液，利用低溫高壓泵采用密閉循環(huán)方式，使制備達到一定低溫的粘稠狀混合液在冷結管內往復循環(huán)。
通過埋設在冷凍管外側徑向分布的熱敏電阻測溫儀的測溫探頭(埋設深度60厘米，間隔5厘米，測溫探頭的個數(shù)視冷凍半徑而定)，直接控制欲冷半徑和凍結溫度。
待最外層埋設點溫度達-3--5℃時，利用兩個50噸千斤頂，2根360mm高的工字鋼梁以反頂法將砂柱頂活，露出地面后，再用汽車吊車或三角架倒鏈拔出地面。
經對本發(fā)明所采取砂柱進行的試驗結果分析表明沿徑向分層測定其天然密度變化時，距凍結管壁10厘米以內砂的密度，由于鉆孔及設置凍結管而有所擾動，密度范圍為1.89-2.0659g/cm3之間，而距管壁10cm以外則是不擾動帶，而且沿徑向密度分布極為均勻，曾測定119個試樣(采用水銀排開法、平行二次測定)，每類砂或細礫的單位容重量最大與最小值之差均小于0.02-0.025g/cm3，符合水利電力部頒布的SDS01-79土工試驗規(guī)程規(guī)定的平行差值不得大于0.03g/cm3的精度要求。利用本發(fā)明巖芯采取率達100%。
本發(fā)明的優(yōu)點是節(jié)省能源，簡便易行，安全可靠。凍結深度和直徑均超過日本80年代初水平(日本所采取的凍結砂柱最深為5.82米，最大直徑為42毫米，本發(fā)明所采砂柱體最深為7.1米，最大直徑80厘米)。所用干冰消耗僅為日本的1/3-1/4(日本冷凍1m3砂耗干冰1噸，本發(fā)明為0.22-0.34噸)。上提設備簡單，成本也低的多。本發(fā)明除用于水利工程外，還可用于交通、冶金、化工、港灣、核電站、國防工程及高層建筑等基礎工程中，用以測定砂基的物理及動力參數(shù)，為砂類地基穩(wěn)定分析提供精確的基本參數(shù)。為地基基礎設計施工提供可靠的依據(jù)。
權利要求
1.一種采取不擾動飽和砂試樣的方法，它以干冰酒精作為冷源，利用單孔輻射凍結法，其特征在于a、冷源的循方式采用密閉系統(tǒng)，b、測溫探頭的埋設深度為0.5-1.0米。
2.根據(jù)權利要求1的所述方法，其特征在于測溫系統(tǒng)為熱敏電阻式測溫儀，測溫探頭之間的間隔為等距離。
3.根據(jù)權利要求2所述的方式，其特征在于上提系統(tǒng)采用液壓千斤頂鋼梁反頂系統(tǒng)，待最外層埋設點溫度達-3--5℃時開始上提。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采取不擾動飽和砂試樣的方法，它利用單孔輻射凍結法。以干冰酒精為冷凍循環(huán)液，采用密閉循環(huán)方式。它的測溫系統(tǒng)為熱敏電阻式測溫儀。沿凍結管外測徑向等間隔水平埋設測量頭，埋設深度為0.5-1.0m。它的上提系統(tǒng)為液壓千斤頂鋼梁反頂系統(tǒng)。本發(fā)明的優(yōu)點是節(jié)省冷源，簡便易行，安全可靠。本發(fā)明可為砂類地基穩(wěn)定分析提供精確的基本參數(shù)，可應用于一切巖土基礎工程之中。
文檔編號E02D1/04GK1041195SQ8810686
公開日1990年4月11日 申請日期1988年9月23日 優(yōu)先權日1988年9月23日
發(fā)明者高福田, 王振宇 申請人:河北省水利水電勘測設計院