[發明專利]一種測定多孔介質水分特征曲線的方法

有效

• 申請號: 201710940586.3
• 申請日: 2017-10-11
• 公開（公告）號: CN107782703B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 陳扣平;吳吉春;衛云波
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01N21/59
• 分類號: G01N21/59
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明公開了一種測定多孔介質水分特征曲線的方法，包括：將待測多孔介質置于砂箱中；砂箱的一側設置一可見光光源，另一側設置一個與待測多孔介質一體的暗箱；可見光光源發出的光線透過待測多孔介質后，被設置于暗箱內的CCD相機接收，并利用相機控制軟件Maxlm DL自動記錄透射光強度；根據比爾定律，建立透射光強度與待測多孔介質飽和度之間的關系，根據透射光強度求出待測多孔介質每一像素點的飽和度；在砂箱不同深度處埋入張力計，實時記錄待測多孔介質中的毛細壓力；根據測得的飽和度?毛細壓力關系繪制水分特征曲線。本發明方法測得的水分特征曲線與用傳統壓力膜法測得的結果非常吻合，能夠快速準確地獲得待測多孔介質中各點的水分特征曲線。

技術領域

本發明屬于水分特征曲線測定技術領域，特別是一種測定多孔介質水分特征曲線的方法。

背景技術

水分特征曲線，又稱為持水曲線，是表征多孔介質中毛細壓力與含水量、飽和度之間關系的曲線。水分特征曲線在研究非飽和帶水分入滲、蒸發及溶質運移過程中扮演著重要角色，根據水分特征曲線可以確定多孔介質的導水系數、水分分布等性質。

為了測定多孔介質的水分特征曲線，人們做了大量努力，發明了數種測量方法。測量水分特征曲線的傳統方法為壓力膜法，壓力膜法需要將飽和狀態下的樣品在指定壓力下加壓脫水，同時測定飽和度。由于單次測定耗時過長，且取樣時需要破壞樣品，所以難以進行長期原位監測。為了克服這些缺點，發明了張力計法，張力計法使用張力計測定多孔介質中的毛細壓力，而用中子儀法或γ-射線法或時域反射儀法測定相應的飽和度。張力計法不必采樣，可以連續定點監測，但是其垂直分辨率有限。γ-射線法與中子儀法存在潛在輻射危害，使其應用不便，不能廣泛應用。相比前兩種方法，時域反射儀法的安全性得到了提高，但是由于其探針長度存在下限，致使其測定精度的提高受到阻礙。

發明內容

針對于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種測定多孔介質水分特征曲線的方法，本發明方法測得的水分特征曲線與用傳統壓力膜法測得的結果非常吻合，能夠快速準確地獲得多孔介質中各點的水分特征曲線。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明的一種測定多孔介質水分特征曲線的方法，包括步驟如下：

將待測多孔介質置于砂箱中；

砂箱的一側設置一可見光光源，另一側設置一個與待測多孔介質一體的暗箱；

可見光光源發出的光線透過待測多孔介質后，被設置于暗箱內的CCD相機接收，并利用相機控制軟件Maxlm DL自動記錄透射光強度；

根據比爾定律，建立透射光強度與待測多孔介質飽和度之間的關系，根據透射光強度求出待測多孔介質每一像素點的飽和度；

在砂箱不同深度處埋入張力計，實時記錄待測多孔介質中的毛細壓力；

根據測得的飽和度-毛細壓力關系繪制待測多孔介質的水分特征曲線。

優選地，所述透射光強度與待測多孔介質飽和度之間的關系為：S_w＝1-ln(I/I_w)/ln(I_res/I_w)，式中：S_w為飽和度；I為實測的透射光強度；I_w為待測多孔介質完全飽水時的透射光強度；I_res為待測多孔介質自由水完全排出，只有殘余水時的透射光強度。

優選地，所述測得的飽和度-毛細壓力關系用van-genuchten模型擬合，得到待測多孔介質的水分特征曲線，該van-genuchten模型擬合如下：