[发明专利]冻结法采取不扰动饱和砂试样

说明书

本发明涉及一种采取不扰动饱和砂试样的方法，属于岩土基础工程领域。

实验证明，冻结法是采取不扰动饱和砂试样的最好方法，因为它保持了砂的天然密度、结构、应力史。可以用于解决砂土地基的动、静强度及工程地质的有关问题。日本曾利用干冰酒精为循环冷冻液，在现场采取过两个具有等直径的冻结砂柱，一个长5.82米，直径38厘米，另一个长4.35米，直径42厘米。他们所用的冷冻液的循环方式为外循环法，测温系统为热电偶式设备，上提设备为龙门吊起重设备。上述方法的主要缺点是消耗冷源多，上提设备笨重，投资多。

本发明的目的是提供一种节省能源、简便易行、安全可靠的采取不扰动饱和砂试样的方法。

本发明是通过以下措施来实现的：

1、采用单孔辐射冻结法，以干冰为冷源，以酒精（工业用即可）为循环介质，采用密闭循环系统，即在冻结管外用耐低温的高压泵，将在容器内制备达到一定低温的粘稠混合液压入冷冻管内，此时配制温度可低于干冰本身的-78℃。然后将冷动管内由于温差而沸腾的混合液抽出（因地下温度一般在9-11℃，再压入冷冻管内，这样往复循环，冷源为地下砂层所吸收。这种密闭循环系统所消耗的冷源大大低于外循环法。

2、本发明的测温系统是采用热敏电阻式测温仪，测温探头埋设在冷冻管外侧径向等间隔（如5厘米）水平埋设、埋设深度为0.5-1米，以控制欲冻结半径。通过电缆在水工比例电桥仪器上显示数字，再与经事先率定的不同温度曲线，用插入法随时掌握地下欲冻结温度的变化。这种测温方法易于操作、安全可靠。3、上提系统采用液压千斤顶钢梁反顶系统，待最外层埋设点温度达-3--5℃时，可将冻结管徐徐顶活，这样连同冻结砂柱逐渐露出地面，直至提出。

本发明的实施例如下：

采用本发明的方法曾于1986年12月上旬在黄壁庄水库下游成功的采取了两个砂柱：一个长3.25米，直径为80厘米;另一个长为5.1米，直径为76厘米，后一个砂柱中卵石含量为70%，卵石粒径最大为200毫米。

在1987年4月在河北省引滦工地迁西县城关附近成功地取得长6.8米（深度为7.1米），直径为60厘米的砂柱。

采取上述砂柱的具体工艺是通过钻探造孔，将φ76mm冻结钢管安放至予定取样深度，以干冰酒精为冷冻循环液，利用低温高压泵采用密闭循环方式，使制备达到一定低温的粘稠状混合液在冷结管内往复循环。

通过埋设在冷冻管外侧径向分布的热敏电阻测温仪的测温探头（埋设深度60厘米，间隔5厘米，测温探头的个数视冷冻半径而定），直接控制欲冷半径和冻结温度。

待最外层埋设点温度达-3--5℃时，利用两个50吨千斤顶，2根360mm高的工字钢梁以反顶法将砂柱顶活，露出地面后，再用汽车吊车或三角架倒链拔出地面。

经对本发明所采取砂柱进行的试验结果分析表明：沿径向分层测定其天然密度变化时，距冻结管壁10厘米以内砂的密度，由于钻孔及设置冻结管而有所扰动，密度范围为1.89-2.0659g/cm³之间，而距管壁10cm以外则是不扰动带，而且沿径向密度分布极为均匀，曾测定119个试样（采用水银排开法、平行二次测定），每类砂或细砾的单位容重量最大与最小值之差均小于0.02-0.025g/cm³，符合水利电力部颁布的SDS01-79土工试验规程规定的平行差值不得大于0.03g/cm³的精度要求。利用本发明岩芯采取率达100%。

本发明的优点是节省能源，简便易行，安全可靠。冻结深度和直径均超过日本80年代初水平（日本所采取的冻结砂柱最深为5.82米，最大直径为42毫米，本发明所采砂柱体最深为7.1米，最大直径80厘米）。所用干冰消耗仅为日本的1/3-1/4（日本冷冻1m³砂耗干冰1吨，本发明为0.22-0.34吨）。上提设备简单，成本也低的多。本发明除用于水利工程外，还可用于交通、冶金、化工、港湾、核电站、国防工程及高层建筑等基础工程中，用以测定砂基的物理及动力参数，为砂类地基稳定分析提供精确的基本参数。为地基基础设计施工提供可靠的依据。