[发明专利]一种城市地下大型冻结工程冻土帷幕厚度探测方法

权利要求书

1.一种城市地下大型冻结工程冻土帷幕厚度探测方法，其特征在于步骤如下：

a.首先在大型冻结工程中选择一段柱状结构的冻结管(7)和一段与冻结管(7)相邻的相邻冻结管(4)，保证所选择的冻结管(7)与相邻冻结管(4)两者之间平行设置，在冻结管(7)与相邻冻结管(4)外侧设置绝缘层(5)；

b.然后在冻结管(7)上设置发射电极(1)和聚焦电极(2)，在相邻冻结管(4)上设置接收电极(3)，接收电极(3)同时兼做无穷远电极，发射电极(1)与接收电极(3)所设置的深度相同，发射电极(1)，聚焦电极(2)和接收电极(3)需要在冻结施工前设置完成；

c.将发射电极(1)、聚焦电极(2)和接收电极(3)分别通过信号线(9)与地面主机(8)连接；

d.冻结过程中，利用地面主机(8)通过信号线(9)分别向发射电极(1)和聚焦电极(2)发送电流，调整聚焦电极(2)电流使得聚焦电极(2)和发射电极(1)间电位差为零，此时发射电极(1)的发射电流(6)传播范围受聚焦作用被压缩，发射电极(1)向接收电极(3)发射的发射电流(6)先后通过冻结管(7)与相邻冻结管(4)之间的冻土、未冻土、冻土最终被接收电极(3)接收，利用未冻土和冻土体系的视电阻率ρ变化与冻结帷幕厚度d间的函数关系：d/L＝k﹒δρ/ρ₀，实现基于电阻率测量的冻结帷幕厚度探测，其中k为常数，L为冻结管(7)和相邻冻结管(4)间距，δρ为视电阻率变化量，ρ₀为冻结管(7)和相邻冻结管(4)间土体在冻结前的电阻率。

2.根据权利要求1所述的城市地下大型冻结工程冻土帷幕厚度探测方法，其特征在于：所述未冻土和冻土体系的电阻率ρ利用公式：ρ＝A₂U/(IL)进行计算，式中：A₂为发射电流(6)传播区域的面积，U为发射电极(1)的电压值，I为发射电极(1)的电流值。

3.根据权利要求2所述的城市地下大型冻结工程冻土帷幕厚度探测方法，其特征在于常数k的求解方法：

首先，采用面积A₁和长度为L₁的绝缘管进行两端同时冻结试验，在绝缘管内填充模拟土壤的试验材料，绝缘管两端的电压为U₁、电流为I₁，被测介质基本电阻率ρ₁＝A₁U₁/(I₁L₁)；

然后，模拟冻结管(7)与相邻冻结管(4)并使用试验材料模拟土壤进行冻结模型试验，试验材料和绝缘管两端冻结试验中保持相同，通过发射电极(1)、聚焦电极(2)、接收电极(3)组成电极结构，测量发射电极(1)电压U₂、发射电极(1)电流I₂，计算视电阻率ρ₂＝A₂U₂/(I₂L₂)，由于视电阻率ρ₁＝ρ₂，则A₂＝ρ₁I₂L₂/(U₂)，即为发射电流(6)传播区域的面积；

最后，绘制无量纲化冻土帷幕厚度d/L与无量纲化视电阻率变化δρ/ρ₀间的关系曲线，拟合关系曲线斜率即为常数k。

4.根据权利要求1所述的城市地下大型冻结工程冻土帷幕厚度探测方法，其特征在于：所述冻结管(4)与相邻冻结管(7)上设置的绝缘层(5)覆盖长度为2～2.5倍冻结管(4)与相邻冻结管(7)的间距，绝缘层(5)导热系数≥14W/m﹒K。

5.根据权利要求1所述的城市地下大型冻结工程冻土帷幕厚度探测方法，其特征在于：所述的发射电极(1)，聚焦电极(2)和接收电极(3)由厚度50μm的铜箔胶带缠绕在绝缘层(5)外侧构成，缠绕长度为冻结管(7)直径的30～50％。