實驗名稱：含鹽人工凍土的聲學特性研究

　　研究方向：人(ren)工(gong)凍(dong)結(jie)(jie)(jie)法是利用(yong)人(ren)工(gong)制冷(leng)技術使地(di)(di)(di)層中的(de)(de)水結(jie)(jie)(jie)冰形(xing)(xing)成凍(dong)土，隔絕地(di)(di)(di)下水與地(di)(di)(di)下工(gong)程(cheng)的(de)(de)聯系，在凍(dong)結(jie)(jie)(jie)壁(bi)(bi)(bi)的(de)(de)保(bao)護下進行地(di)(di)(di)下工(gong)程(cheng)施工(gong)。通(tong)常采(cai)用(yong)凍(dong)結(jie)(jie)(jie)管(guan)中循環(huan)低溫(wen)(wen)冷(leng)媒劑（凍(dong)結(jie)(jie)(jie)法施工(gong)中多用(yong)氯化鈣溶液作冷(leng)媒劑）的(de)(de)方(fang)式把(ba)天然巖土變(bian)成人(ren)工(gong)凍(dong)土，然而(er)受(shou)地(di)(di)(di)層條(tiao)件、凍(dong)結(jie)(jie)(jie)孔偏斜、凍(dong)結(jie)(jie)(jie)工(gong)藝及掘砌方(fang)式影響(xiang)，凍(dong)結(jie)(jie)(jie)管(guan)斷(duan)裂(lie)事故時有發(fa)生(sheng)，導致的(de)(de)鹽(yan)(yan)水泄漏問題，不(bu)(bu)(bu)利于(yu)凍(dong)結(jie)(jie)(jie)壁(bi)(bi)(bi)穩定(ding)。目前凍(dong)結(jie)(jie)(jie)壁(bi)(bi)(bi)發(fa)育狀況(kuang)(kuang)評估方(fang)法有圖乘(cheng)法、經(jing)驗公式法、數值模(mo)擬法等，這三(san)種方(fang)法存在的(de)(de)缺(que)點是對(dui)測(ce)溫(wen)(wen)孔內測(ce)溫(wen)(wen)結(jie)(jie)(jie)果的(de)(de)依賴程(cheng)度(du)高，在距測(ce)溫(wen)(wen)孔較(jiao)遠(yuan)時判斷(duan)不(bu)(bu)(bu)準確，容易忽略局部(bu)凍(dong)結(jie)(jie)(jie)壁(bi)(bi)(bi)開窗(chuang)、強(qiang)度(du)不(bu)(bu)(bu)足等關鍵信息(xi)。而(er)對(dui)于(yu)含鹽(yan)(yan)條(tiao)件下的(de)(de)人(ren)工(gong)地(di)(di)(di)層凍(dong)結(jie)(jie)(jie)，溫(wen)(wen)度(du)場變(bian)化受(shou)鹽(yan)(yan)分(fen)的(de)(de)影響(xiang)情(qing)況(kuang)(kuang)復雜，通(tong)過現有檢測(ce)手段對(dui)異常情(qing)況(kuang)(kuang)的(de)(de)探測(ce)更加(jia)困(kun)難。例如當鹽(yan)(yan)分(fen)分(fen)布不(bu)(bu)(bu)均，凍(dong)結(jie)(jie)(jie)壁(bi)(bi)(bi)形(xing)(xing)成形(xing)(xing)狀可能不(bu)(bu)(bu)規則，或(huo)因鹽(yan)(yan)水泄露存在不(bu)(bu)(bu)確定(ding)的(de)(de)開窗(chuang)風(feng)險(xian)。針對(dui)含鹽(yan)(yan)的(de)(de)特殊(shu)凍(dong)結(jie)(jie)(jie)條(tiao)件，了解凍(dong)結(jie)(jie)(jie)壁(bi)(bi)(bi)的(de)(de)發(fa)育狀況(kuang)(kuang)和(he)工(gong)程(cheng)性能對(dui)于(yu)人(ren)工(gong)凍(dong)結(jie)(jie)(jie)法安全(quan)施工(gong)十(shi)分(fen)重要。

　　聲(sheng)波(bo)在巖土(tu)介質中(zhong)傳播，其聲(sheng)學(xue)特(te)(te)性(xing)(xing)與(yu)巖土(tu)物(wu)理力(li)學(xue)性(xing)(xing)質密切相關(guan)。在人工(gong)地層凍(dong)結工(gong)程(cheng)中(zhong)認識(shi)含鹽(yan)(yan)人工(gong)凍(dong)土(tu)的(de)(de)聲(sheng)學(xue)特(te)(te)性(xing)(xing)，建(jian)立聲(sheng)波(bo)參(can)數與(yu)含鹽(yan)(yan)人工(gong)凍(dong)土(tu)物(wu)理力(li)學(xue)性(xing)(xing)質的(de)(de)關(guan)系，可(ke)為(wei)聲(sheng)波(bo)探測鹽(yan)(yan)水浸漬凍(dong)結壁異常情(qing)況提供(gong)必(bi)要依(yi)據。聲(sheng)波(bo)檢測作為(wei)一種(zhong)方便快(kuai)捷的(de)(de)無損檢測技術有望實現(xian)這(zhe)一目標。聲(sheng)波(bo)在凍(dong)土(tu)中(zhong)傳播時(shi)，其聲(sheng)波(bo)特(te)(te)性(xing)(xing)是凍(dong)土(tu)溫度、含水量、密度、凍(dong)土(tu)中(zhong)裂(lie)隙(xi)情(qing)況、應力(li)狀態等因素的(de)(de)綜合指標，同時(shi)凍(dong)土(tu)強度也(ye)是這(zhe)些因素的(de)(de)綜合反映(ying)，通過二者之(zhi)間的(de)(de)關(guan)系，可(ke)實現(xian)現(xian)場(chang)(chang)快(kuai)速(su)測定(ding)凍(dong)土(tu)聲(sheng)參(can)數從(cong)而對(dui)原位現(xian)場(chang)(chang)凍(dong)土(tu)力(li)學(xue)性(xing)(xing)質進行推算。

　　實驗目的：驗證(zheng)含鹽(yan)人工凍土(tu)的聲學(xue)特性

　　測試設備：信號發生器、ATA-2021B高壓放大器、示波器、電(dian)荷放(fang)大(da)器、壓電(dian)陶瓷(ci)傳(chuan)感(gan)器等(deng)。

　　實驗過程：首先由函數發生器激發單周期正弦波，然后激發信號經由ATA-2021B高(gao)壓放大器放(fang)大(da)后分兩路(lu)，一路(lu)直(zhi)接輸出(chu)到(dao)數字示(shi)波(bo)(bo)(bo)器作為激發(fa)波(bo)(bo)(bo)形信(xin)(xin)號，另一路(lu)用(yong)于驅(qu)動(dong)壓(ya)(ya)電(dian)(dian)陶(tao)瓷(ci)傳感(gan)器產生振動(dong)激發(fa)聲波(bo)(bo)(bo)，聲波(bo)(bo)(bo)通(tong)過測試(shi)試(shi)樣傳播，另一端由壓(ya)(ya)電(dian)(dian)陶(tao)瓷(ci)接收傳感(gan)器收到(dao)信(xin)(xin)號后，再(zai)經由電(dian)(dian)荷放(fang)大(da)器對(dui)信(xin)(xin)號濾(lv)波(bo)(bo)(bo)后再(zai)次(ci)放(fang)大(da)傳輸到(dao)數字示(shi)波(bo)(bo)(bo)器作為接收波(bo)(bo)(bo)形信(xin)(xin)號，最后利用(yong)示(shi)波(bo)(bo)(bo)器的存(cun)儲功能將波(bo)(bo)(bo)形數據(ju)導入到(dao)計算機中進(jin)行(xing)傳播時間的確定，實驗系(xi)統(tong)搭(da)建如圖1-1。

　　實驗結果：

　　圖1-2：波速比變化規律圖

　　圖1-2(a)中(zhong)可以(yi)發現(xian)(xian)無圍壓(ya)條(tiao)件下(xia)，波(bo)速(su)(su)比隨(sui)含(han)(han)鹽量(liang)增(zeng)加略(lve)有(you)減少，變(bian)化(hua)(hua)范圍為1.82~2.41，由此可見(jian)，無圍壓(ya)作用時(shi)(shi)，波(bo)速(su)(su)比對含(han)(han)鹽量(liang)的(de)(de)變(bian)化(hua)(hua)不敏感(gan)，凍土(tu)在完全(quan)飽和時(shi)(shi)的(de)(de)波(bo)速(su)(su)比要大(da)于(yu)未飽和時(shi)(shi)的(de)(de)波(bo)速(su)(su)比，可見(jian)波(bo)速(su)(su)比不僅(jin)與土(tu)質(zhi)有(you)關，還(huan)與飽和度有(you)關，在低(di)圍壓(ya)條(tiao)件下(xia)（4MPa、6MPa）波(bo)速(su)(su)比隨(sui)含(han)(han)鹽量(liang)的(de)(de)增(zeng)加而增(zeng)大(da)；高圍壓(ya)條(tiao)件下(xia)（8MPa），波(bo)速(su)(su)比隨(sui)含(han)(han)鹽量(liang)的(de)(de)增(zeng)加而減小。圖1-2(b)中(zhong)可以(yi)發現(xian)(xian)，相同含(han)(han)鹽量(liang)凍結粉(fen)砂(sha)的(de)(de)波(bo)速(su)(su)比整體(ti)上隨(sui)著(zhu)圍壓(ya)的(de)(de)增(zeng)大(da)而增(zeng)大(da)。

　　電壓放大器推薦：

　　圖：ATA-2021B高壓(ya)放大(da)器指標參數

　　本文實驗素材由(you)西安(an)安(an)泰電(dian)子整(zheng)理發(fa)布，如(ru)想(xiang)了解更多實驗方案(an)，請持續關(guan)注(zhu)(zhu)安(an)泰官網hkdyw.cn。Aigtek是國內(nei)專業從事測量儀(yi)器(qi)研(yan)(yan)發(fa)、生產和銷售(shou)的高科技企業，一直專注(zhu)(zhu)于高壓放(fang)大器(qi)、電(dian)壓放(fang)大器(qi)、功率(lv)放(fang)大模(mo)塊、高精度電(dian)流源等測試(shi)儀(yi)器(qi)產品的研(yan)(yan)發(fa)與制造。