一种关于不同季节确定冻土上限的方法及钻探装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及冻土测量技术领域，且公开了一种关于不同季节确定冻土上限的方法及钻探装置，一种关于不同季节确定冻土上限的方法包括：步骤一、确定钻探前所需热水温度；步骤二、确定热水箱中每流出10L热水的时间及钻进速度；步骤三、确定每隔时间t加入热水温度；步骤四、启动钻探装置；步骤五、钻进至所需位置停止；步骤六、对钻探装置进行冷却；步骤七、根据检测到的数据，计算出冻土上限，确定冻土上限的钻探装置包括连接安装筒、钻头、钻杆本体、加热机构、冷却机构、温度检测机构、导电滑环机构；本发明专利技术提出的确定冻土上限的方法和装置，适用于不同季节、不同地区，能快速准确地确定冻土上限。冻土上限。冻土上限。

【技术实现步骤摘要】
一种关于不同季节确定冻土上限的方法及钻探装置


[0001]本专利技术涉及冻土测量
，具体为一种关于不同季节确定冻土上限的方法及钻探装置。

技术介绍

[0002]冻土是指零摄氏度以下，并含有冰的各种岩石和土壤，冻土路基的上限变化主要是气温变化致使土壤反复冻融而引起的，而土壤的冻融是一个非常复杂的过程，它伴随物理、化学及力学现象和子过程，最主要包括温度变化、上限位置变化和水分迁移等。因此可以了解到影响多年冻土地区路基稳定性的主要部位是上限附近及其上部的季节融化层。而季节融化层比较活跃，随着气候和地质条件的改变所发生的融冻变化直接危及路基稳定和道路建筑的安全，而冻土上限的位置及其变化受各种自然条件综合作用，直接反映季节融化层的特性，直接关系。而多年冻土和融土有截然不同的工程性质,含冰地层的融化是酿成工程建筑物破坏的主要原因。因此,了解多年冻土上限的分布规律和确定多年冻土、上限埋藏深度，是多年冻土工程地质工作中需要重点解决的问题。
[0003]传统方法使用野外判定法，挖掘难度较高，且冻土区生态系统极其脆弱，勘探揭露地表后，植被短期内难以恢复，不利于传统勘察工作的展开，经验公式法通过勘探资料统计分析得出，没有完整的理论推导过程，无法准确计算出冻土上限的位置。

技术实现思路

[0004](一)解决的技术问题
[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种关于不同季节确定冻土上限的方法及钻探装置，解决了传统方法挖掘难度较大和判断冻土上限不准确的问题，可以应对不同季节合理调整钻杆温度，及时对杆体冷却，提高钻探效率和最终确定冻土上限的准确率。
[0006](二)技术方案
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种关于不同季节确定冻土上限的方法，其特征在于：
[0008]步骤一：不同季节施工时，根据地表温度T0，确定所需热水的初始温度T1，当T0≥13℃时，T1＝50℃，当13℃＞T0＞
‑
12℃时，T1＝50℃+2
×
(13℃
‑
T0)，当T0≤
‑
12℃时，T1＝100℃；
[0009]步骤二：根据热水管的横截面积S1、热水平均流速V确定热水流量Q及热水箱流出10L热水的时间再结合该地区最大冻土上限H
max
，确定钻探装置的钻进速度
[0010]步骤三：结合热水的初始温度T1和热水箱流出10L热水的时间t，确定每次加10L热水的时间与温度，钻探开始时，第一次加入热水，对应的初始温度为T1，之后每隔时间t加入
一次热水，若土层温度自上而下逐渐降低，每隔时间t加入热水的温度为T1+10℃、T1+20℃、T1+30℃，若土层温度自上而下逐渐升高，每隔时间t加入热水的温度为T1‑
10℃、T1‑
20℃、T1‑
30℃；
[0011]步骤四：启动钻探装置，此时钻杆本体旋转，热水箱内部的弹簧由于离心作用而伸长，推动活塞隔水板及球型水阀离开初始位置，使温度为T1的热水沿热水管流出，并对钻头进行加热；
[0012]步骤五：当钻探装置钻至地下40cm处时，打开荧光光纤温度传感器，待其检测到0℃时，控制钻探装置停止钻进，球型水阀回到原处，热水不再流出；
[0013]步骤六：启动冷水阀机构，记忆弹簧受电烙铁的加热而伸长，推动直杆绕轴旋转，带动连杆移动，将冷水塞从冷水管中抽出，使得冷却液沿冷水管流出，之后启动抽水泵，将剩余热水抽到外界且带动冷却液循环流动，实现对钻探装置的降温，若循环流动回冷水箱的冷却液的温度高于0℃，则挡位控制装置自动控制制冷片制冷，对冷却液进行降温，待冷却液循环流动5min后，关闭冷水阀，待抽水泵将剩余的冷却液抽回冷水箱后，关闭抽水泵；
[0014]步骤七：冷却工作完成后，将钻探装置静置20～30min，使周围土壤温度与钻杆本体温度一致，之后打开四个分布式光纤温度传感器，将所测温度分布传输到主机端，得到0℃位置到分布式光纤温度传感器下端的距离h1、h2、h3、h4，求其平均值h5，由定位模块确定四个分布式光纤温度传感器下端距路表的深度h0，综上，计算出冻土上限为(h0‑
h5)。
[0015]还提出确定冻土上限的钻探装置，用于上述的方法中，包括连接安装筒、钻头、钻杆本体、加热机构、冷却机构、温度检测机构、导电滑环机构、竖板、金属环、环形轨道，所述连接安装筒连接在钻杆本体上端，所述钻头连接在钻杆本体下端，所述加热机构安装在钻杆本体内部，所述冷却机构安装在钻杆本体内部，所述温度检测机构安装在钻杆本体内部，且位于所述钻头顶端以上竖直距离40
‑
90cm处，所述导电滑环机构安装在距钻杆本体上端，所述金属环和环形轨道设在距所述钻杆本体上端。
[0016]优选的，所述加热机构包括热水箱、热水管、抽水泵、传动轴一，热水箱固定安装在钻杆本体上端，内部侧面固定连接弹簧与限位管，弹簧穿过限位管且固定有活塞隔水板，活塞隔水板可在热水箱内部滑动且通过支杆连接有球型水阀，球型水阀活塞隔水板移动，接触到挡板时停止，热水管与热水箱接通相连，且贴在所述钻杆本体内壁，最终通向外界，且热水管距钻头顶端竖直距离30厘米以上部分水管外包裹着隔热材料，抽水泵安装在热水管上端，且通过传动轴一与热水管连续，传动轴一通过皮带与传动轴二相连。
[0017]优选的，所述冷却机构包括冷水箱、冷水管、冷水阀机构、传动轴二，冷水箱固定安装在钻杆本体上端，冷水管与冷水箱相连，且贴在钻杆本体内壁，冷水管末端通入冷水箱，传动轴二通过皮带与传动轴一相连；冷水箱内部设有挡位控制装置且装有冷却液，顶端安装有六块制冷片；冷水阀机构安装在竖板侧面，冷水阀机构包括电烙铁、记忆弹簧、直杆、轴、连杆、限位弹簧一、冷水塞，记忆弹簧一端与电烙铁固定连接，另一端与直杆固定连接，直杆可绕轴转动，连杆一端与直杆固定连接，另一端与冷水塞固定连接，冷水塞上下两侧安装有限位弹簧一。
[0018]优选的，所述挡位控制装置包括筒型管、传温杆、可膨胀材料、隔板、限位弹簧二、三个活塞杆、三个电触端、伸缩弹簧一、伸缩弹簧二；传温杆一端伸入冷却液中，另一端伸入可膨胀材料，可膨胀材料填装入筒型管中，筒型管内壁贴有隔热材料，可膨胀材料顶部设有
一个隔板，可膨胀材料膨胀可推动隔板在筒型管内部向上滑动，隔板上设有三个活塞杆，限位弹簧二的一端固定安装在筒型管内壁顶端，另一端固定连续隔板两端的顶面，活塞杆顶部装有电触头，电触头可触碰到顶部的电触端形成通路，每个电触端通过导线与两块制冷片连接；第一个活塞杆内部有伸缩弹簧一，第一个活塞杆顶部触碰到电触端时，若未停止上升，第一个活塞杆收缩，第二个活塞杆内部有伸缩弹簧二，第二个活塞杆顶部触碰到电触端时，若未停止上升，第二个活塞杆收缩，第三个活塞杆顶部触碰到电触端时，第三个活塞杆不再上升；每个活塞杆控制两个制冷片的供电，对应三个挡位，三个挡位对应冷却液温度分别为
‑
3℃～0℃，0℃～3℃，3℃～6℃；可膨胀材料在
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种关于不同季节确定冻土上限的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：不同季节施工时，根据地表温度T0，确定所需热水的初始温度T1，当T0≥13℃时，T1＝50℃，当13℃＞T0＞
‑
12℃时，T1＝50℃+2
×
(13℃
‑
T0)，当T0≤
‑
12℃时，T1＝100℃；步骤二：根据热水管(42)的横截面积S1、热水平均流速V确定热水流量Q及热水箱(41)流出10L热水的时间再结合该地区最大冻土上限H
max
，确定钻探装置的钻进速度步骤三：结合热水的初始温度T1和热水箱(41)流出10L热水的时间t，确定每次加10L热水的时间与温度，钻探开始时，第一次加入热水，对应的初始温度为T1，之后每隔时间t加入一次热水，若土层温度自上而下逐渐降低，每隔时间t加入热水的温度为T1+10℃、T1+20℃、T1+30℃，若土层温度自上而下逐渐升高，每隔时间t加入热水的温度为T1‑
10℃、T1‑
20℃、T1‑
30℃；步骤四：启动钻探装置，此时钻杆本体(3)旋转，热水箱(41)内部的弹簧(411)由于离心作用而伸长，推动活塞隔水板(412)及球型水阀(415)离开初始位置，使温度为T1的热水沿热水管(42)流出，并对钻头(2)进行加热；步骤五：当钻探装置钻至地下40cm处时，打开荧光光纤温度传感器(66)，待其检测到0℃时，控制钻探装置停止钻进，球型水阀(415)回到原处，热水不再流出；步骤六：启动冷水阀机构(53)，记忆弹簧(532)受电烙铁(531)的加热而伸长，推动直杆(533)绕轴(534)旋转，带动连杆(535)移动，将冷水塞(537)从冷水管(52)中抽出，使得冷却液(513)沿冷水管(52)流出，之后启动抽水泵(43)，将剩余热水抽到外界且带动冷却液(513)循环流动，实现对钻探装置的降温，若循环流动回冷水箱(51)的冷却液的温度高于0℃，则挡位控制装置(512)自动控制制冷片(511)制冷，对冷却液(513)进行降温，待冷却液(513)循环流动5min后，关闭冷水阀(53)，待抽水泵(43)将剩余的冷却液(513)抽回冷水箱(51)后，关闭抽水泵(43)；步骤七：冷却工作完成后，将钻探装置静置20～30min，使周围土壤温度与钻杆本体(3)温度一致，之后打开四个分布式光纤温度传感器(67)，将所测温度分布传输到主机端，得到0℃位置到分布式光纤温度传感器(67)下端的距离h1、h2、h3、h4，求其平均值h5，由定位模块(65)确定四个分布式光纤温度传感器(67)下端距路表的深度h0，综上，计算出冻土上限为(h0‑
h5)。2.确定冻土上限的钻探装置，用于权利要求1所述的方法中，包括连接安装筒(1)、钻头(2)、钻杆本体(3)、加热机构(4)、冷却机构(5)、温度检测机构(6)、导电滑环机构(7)、竖板(8)、金属环(9)、环形轨道(10)，所述连接安装筒(1)连接在钻杆本体(3)上端，所述钻头(2)连接在钻杆本体(3)下端，所述加热机构(4)安装在钻杆本体(3)内部，所述冷却机构(5)安装在钻杆本体(3)内部，所述温度检测机构(6)安装在钻杆本体(3)内部，且位于钻头(2)顶端以上竖直距离40
‑
90cm，所述导电滑环机构(7)安装在距钻杆本体(3)上端，所述金属环(9)和环形轨道(10)设在距所述钻杆本体(3)上端。3.根据权利要求2所述的确定冻土上限的钻探装置，其特征在于：所述加热机构(4)包括热水箱(41)、热水管(42)、抽水泵(43)、传动轴一(44)，热水箱(41)固定安装在钻杆本体
(3)上端，内部侧面固定连接弹簧(411)与限位管(414)，弹簧(411)穿过限位管(414)且固定有活塞隔水板(412)，活塞隔水板(412)可在热水箱(41)内部滑动且通过支杆(413)连接有球型水阀(415)，球型水阀(415)可随活塞隔水板(412)移动，接触到挡板(416)时停止，热水管(42)与热水箱(41)接通相连，且贴在所述钻杆本体(3)内壁，最终通向外界，且热水管(41)距钻头(2)顶端竖直距离30厘米以上部分水管外包裹着隔热材料，抽水泵(43)安装在热水管(42)上端，且通过传动轴一(44)与热水管(42)连续，传动轴一(44)通过皮带与传动轴二(54)相连。4.根据权利要求2所述的确定冻土上限的钻探装置，其特征在于：所述冷却机构(5)包括冷水箱(51)、冷水管(52)、冷水阀机构(53)、传动轴二(54)，冷水箱(51)固定安装在钻杆本体(3)上端，冷水管(52)与冷水箱(51)相连，且贴在钻杆本体(3)内壁，冷水管(52)末端通入冷水...

【专利技术属性】
技术研发人员：王芳，杨仲，张红波，代长青，任志杰，马志平，
申请(专利权)人：安徽建筑大学，
类型：发明
国别省市：