[發明專利]土體在雷電沖擊作用下電性響應測定裝置

有效

• 申請號: 201310202692.3
• 申請日: 2013-05-28
• 公開（公告）號: CN103424647A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 饒平平;宋忠強;閆雪明;袁由軍
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G01R19/00;G01N27/00
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

技術領域

本發明涉及一種測試裝置，特別涉及一種土體在雷電沖擊作用下電性響應測定裝置。

背景技術

雷擊是一種靜電放電現象，當雷云與大地之間的電場強度增加到一定時，就會在雷云與大地之間進行放電，即形成雷擊。1753年富蘭克林研究證明，雷擊實際上是強大電流的釋放過程，雷電活動一旦對大地進行放電，隨之就會產生數十萬安培的放電電流，巨大的單位能量及強烈的電磁場活動，便會引起巨大的熱效應、電效應，這意味著巨大能量的傳播和轉換過程隨之而來，于是，富蘭克林發明了避雷針，其目的就是“引雷入地”，也就是說，即使采用任何一種類型的防雷措施，最終都是將雷擊電流及能量泄放入地，也即巖土體。

雷擊的產生與土體的電阻率關系密切，土體電阻率較大的地層構造使得土層的導電性能下降，不易形成擊穿。如果土體的電阻率大于某個平均值，就意味著雷電將空氣擊穿后不能擊穿下伏土體，從而減少了形成雷電通道的機率。那么，是否可以從改變土體電阻率入手獲得防雷減災的新途徑呢？據上海民防網顯示，上海屬我國雷擊多發地區，全市年平均雷暴日為53.9天，每年因雷擊造成的直接經濟損失接近2億元。該課題的研究對上海地區的防雷減災有一定的指導意義。

在雷電形成的兩極中，人們對“雷云”一極的氣象學研究的關注程度較高，而對雷電產生的另一極，即土體電性方面直到20世紀80年代后期才逐漸受到學者的關注。

縱觀國內外有關研究現狀，雷電沖擊與其他學科相結合的交叉研究還十分欠缺，國內外電氣工程學者們研究成果集中于接地裝置的雷電沖擊特性，巖土工程工作者們主要聚焦于土體電性與土的物理力學性質關系以及電滲處理淤泥軟土地基方面，而以土體為研究對象，雷電沖擊作用下土體的電性響應、土體細觀結構變化與沖擊“擾動”特征以及基于“擾動”而改變的土體力學性狀的研究成果鮮見報道。其中一重要因素是雷電沖擊試驗裝置的難操作性。

黃展案在其碩士論文中進行了“附加電場條件下吹填土電性響應機理研究”，其中對于土體電阻率的研究主要集中在不同含水量、不同密實度和不同含鹽量對其巖土電阻率的影響，其采用的電阻率測試方法是四電極法，該方法測試土體電阻率精度雖然比較高，但是每次試驗只能對單一變量進行控制，且無法模擬雷電沖擊環境下土體的電性響。

鐘連宏在“不同土壤電阻率對雷電放電過程的影響”用含鹽量不同的水來模擬不同電阻率的土體，但其研究重點放在不同土壤電阻率對雷電放電過程的影響，而不是雷電放電過程對巖土電阻率的影響。溫曉斌等人重點研究了溫度對巖土體電阻率的影響，所采用的試驗裝置是在常電壓下對土體的電阻率進行測試，難以模仿雷電沖擊的脈沖電壓。

司馬文霞等在“土壤電阻率的溫度特性及其對直流接地極發熱的影響”中采用的試驗裝置與溫曉斌等人相似，該試驗裝置很難對雷擊對巖土體電阻率的影響進行研究。現有的試驗裝置都是在常壓下測試土體的電性響應，很難將其運用到雷電沖擊環境下測試土體電性響應。因此，開展雷擊電場作用下上海軟土電性參數變化特點的科學研究，探索外加電場對上海典型土體細觀結構變化及擾動機制，就必須在現有的試驗裝置基礎上進行創新改進，已達到測試雷擊環境下測試土體電性響應的試驗要求。

然而，現有的土體電性響應試驗裝置不能很好地模擬雷電沖擊對土體電性響應的影響，也無法同步對不同含水量、不同含鹽量或不同酸堿度的土體在同一雷擊環境下電阻率的變化進行研究。

發明內容

本發明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種能夠同步對不同含水量、不同含鹽量或不同酸堿度的土體在同一雷擊環境下土體電性響應進行測定的土體性質測定裝置。

本發明為了實現上述目的，采用了以下結構：

本發明提供一種土體在雷電沖擊作用下電性響應測定裝置，用于對雷電沖擊下土體的電流波形、雷電引起土體擾動位移和孔隙水壓力進行測定，其特征在于，包括：模型箱、雷電發生裝置和顯示裝置，其中，模型箱的箱體為中空結構，頂面為敞口，相對兩個側面為帶有斜孔的有孔隔板，箱體內設有至少兩塊與有孔隔板呈正交排列的中間隔板，中間隔板將箱體分隔成至少兩個用于填裝土體的空腔體，每個空腔體中均設有一個水壓傳感器，每個水壓傳感器在對應空腔體中的水平位置均相同，用于測定雷電沖擊下填裝在該空腔體內的土體的孔隙水壓力變化，有孔隔板的外側都均設有一個帶有復數根銅針的銅板電極，每根銅針在銅板電極上的位置與斜孔在有孔隔板上的位置相匹配，在測定雷電沖擊時，每個銅針均能與相應的斜孔相嵌合，雷電發生裝置與銅板電極相連接，用于為銅板電極提供雷電沖擊，顯示裝置與模型箱相連，用于顯示雷電沖擊下土體的電流波形。