[發明專利]一種三軸試驗土樣含水量分布測試裝置

有效

• 申請號: 201310716835.2
• 申請日: 2013-12-23
• 公開（公告）號: CN103743787A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 馮懷平;岳祖潤;楊志浩;常建梅;王志鵬;朱香會
• 申請（專利權）人: 石家莊鐵道大學
• 主分類號: G01N27/04
• 分類號: G01N27/04
• 代理公司: 石家莊冀科專利商標事務所有限公司 13108
• 代理人: 李羨民;高錫明

技術領域

本發明涉及一種可在三軸試驗過程中精確測試土樣含水量分布變化規律的裝置，屬于測試技術領域。?

背景技術

在三軸試驗過程中，土樣中含水量分布的測試對于研究土中水分的遷移與入滲規律至關重要，對于研究土的水-力學耦合性能有著極為重要的價值。如研究黃土中水分遷移規律有利于阻止黃土濕陷危害的發生，在凍土工程中水分遷移的測試是研究凍脹融沉機理的主要途徑；特別是在動力作用下，水分入滲規律的測試，對于研究路基翻漿冒泥產生機理及消除方法的設計有著極為重要的意義。傳統的測試方法主要是通過分層取土，然后采用烘干法測試各層含水率。然而，這種方法只能測試試驗結束時刻的含水量分布，無法測試實驗過程中的含水率分布變化，存在無法實時動態觀測的弊病，無法掌握變化規律。另外，研究者們也提出了間接測試方法，這些方法主要是利用土樣的介電常數、磁導率及電導率與土樣含水率之間的關系，通過測試土樣的這些參數間接獲得土樣的含水率，然而這些方法普遍存在一個問題是傳感器（探針）必須植入土中，在三軸測試中植入探針會改變土樣的力學性質，影響力學試驗的精度；同時所有這些測試方法探頭的體積都比較大，尺寸遠大于三軸樣本身，根本無法測試三軸樣的含水率分布。有鑒于此，有必要開發一種精確、無擾動且精細的測試土樣含水率方法以實現對三軸樣含水率分布的測定。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術之弊端，提供一種可精確測試土樣含水量分布變化規律的三軸試驗土樣含水量分布測試裝置。

本發明所述問題是以下述技術方案實現的：

一種三軸試驗土樣含水量分布測試裝置，構成中包括恒流交流源、動態電壓測試儀、計算機和多組片狀電極，所述多組片狀電極分別與柱狀三軸樣的各層土樣相對應，每組包含四個片狀電極，同組的四個片狀電極沿對應土樣層周向依次相隔45°粘貼于土樣層與三軸膜之間，每組片狀電極中距離最遠的兩個片狀電極與中間兩個片狀電極交替與恒流交流源的兩電極及動態電壓測試儀的兩個輸入端連接，動態電壓測試儀的輸出端與電腦連接，該裝置的測試步驟如下：

①?對于同一組片狀電極，首先將距離最遠的兩個片狀電極（第一電極a與第四電極d）與恒流交流源連接，并提供外恒定交流電流????????????????????????????????????????????????，電腦通過動態電壓測試儀測試中間兩電極（第二電極b與第三電極c）上的電壓，然后改變接線方式，在中間兩電極（第二電極b與第三電極c）之間施加內恒定交流電流，測試距離最遠的兩個片狀電極（第一電極a與第四電極d）上的電壓；

②?計算內測試電阻和外測試電阻，并利用公式：

式中：為試樣直徑，根據上式可計算出對應土層的電阻率；

③?利用上述方法依次計算出柱狀三軸樣中各層土樣的電阻率；

④?根據預先標定的電阻率與含水率的對應關系確定各層土樣的含水率，從而獲得土樣含水量分布變化曲線。

上述三軸試驗土樣含水量分布測試裝置，相鄰兩組片狀電極在三軸樣軸線方向上的間距不小于片狀電極的寬度，多組片狀電極交錯布于柱狀三軸樣的兩側，以減少相鄰電極對測試的干擾。

上述三軸試驗土樣含水量分布測試裝置，所述片狀電極采用鍍銥鉭的鈦電極箔，電極引線通過U型端子與片狀電極卡接。

上述三軸試驗土樣含水量分布測試裝置，所述片狀電極通過雙面膠粘貼在三軸膜的內表面上。

本發明利用范德堡原理實現對土樣含水量的實時、動態測量，由于采用了柔軟的片狀電極，本裝置對土樣的力學特性不會產生任何影響，大大提高了土樣含水量的測試精度。本發明具有如下特點：

1.本發明具有實時、動態、無損傷、小巧和不影響土樣的力學特性等優點，彌補了現有含水量測定方法中存在的破壞試樣、探頭體積大及影響土樣力學性質等問題。

2.測試電極的大小、相對位置可靈活掌握，受外界和安裝誤差影響極小，同時，土樣變形（直徑變粗）對測試電阻率影響較小，具有便于操作且精度高的優點。

3.三軸實驗主要反映土的力學特性，本裝置的提出，拓展了力學與水分遷移的耦合實驗研究的新途徑。

附圖說明

下面結合附圖對本發明作進一步說明。

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是片式電極的布置示意圖；

圖3是圖2的后視圖；

圖4是A-A剖視圖；

圖5是典型土樣電阻率與含水率的標定關系曲線。