[發明專利]一種強結構性土體持水特征曲線瞬態快速測試儀器及方法

有效

• 申請號: 201810254733.6
• 申請日: 2018-03-26
• 公開（公告）號: CN108548853B
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發明（設計）人: 穆青翼;廖紅建;董琪;黨影杰;董歡
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;陜西科技控股集團有限責任公司
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22;G01N7/04
• 代理公司: 61200 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 高博

1.一種強結構性土體持水特征曲線瞬態快速測試儀器，其特征在于，包括由有機玻璃制成的底座(5)，底座(5)上設置有用于放置測試土樣的土樣容器(7)，在底座(5)和土樣容器(7)之間分別設置有體積含水量測試裝置和基質吸力測試裝置，體積含水量測試裝置包括嵌入在底座(5)中心的電路板(2)，在電路板(2)的表面附著有兩組平行設置的電磁波導探頭，兩組電磁波導探頭呈U型布置且開口方向相反，第一組電磁波導探頭由兩條相互平行的第一鍍金銅線(1-1)組成，第二組電磁波導探頭由兩條相互平行的第二鍍金銅線(1-2)，兩條第一鍍金銅線(1-1)分別與第一同軸電纜(3-1)的內外導體焊接連接，兩條第二鍍金銅線(1-2)分別與第二同軸電纜(3-2)的內外導體焊接連接，兩條平行鍍金銅線之間的間距為3～5mm，每條鍍金銅線的直徑為1～3mm；基質吸力測試裝置包括貫穿設置在底座(5)中心的陶土頭(4)，陶土頭(4)的上部伸出至底座(5)的外部用于和土樣容器(7)內的測試土樣接觸，陶土頭(4)的下部經過硬塑管(9)與壓力表連接，硬塑管(9)內設置有無氣水，通過壓力表讀取基質吸力，在陶土頭(4)的四周和底部設置有密封膠(11)，陶土頭(4)的上部伸出端設置在體積含水量測試裝置的兩組平行電磁波導探頭之間，陶土頭(4)為直徑4～6mm，長6～8mm的圓柱形陶瓷，其進氣值為100kPa，陶土頭(4)的上部伸出端的長度為1～2mm，體積含水量測試裝置通過同軸電纜與電磁波發射器連接，基質吸力測試裝置通過硬塑管(9)與壓力表連接，體積含水量測試裝置和基質吸力測試裝置分別用于對測試土樣的體積含水量和基質吸力進行測量，將體積含水量和基質吸力的測試值關聯獲得測試土樣的持水特征曲線。

2.根據權利要求1所述的一種強結構性土體持水特征曲線瞬態快速測試儀器，其特征在于，電路板(2)的直徑為65～75mm，電路板(2)的厚度為5～10mm。

3.根據權利要求1所述的一種強結構性土體持水特征曲線瞬態快速測試儀器，其特征在于，土樣容器(7)通過螺釘(10)與底座(5)固定連接，土樣容器(7)的底部沿土樣容器開有水平的排水孔(8)，在土樣容器(7)與底座(5)之間設置有橡膠圈(6)。

4.根據權利要求3所述的一種強結構性土體持水特征曲線瞬態快速測試儀器，其特征在于，測試土樣為直徑65～75mm，高10～30mm的圓柱體。

5.一種根據權利要求1至4中任一項所述強結構性土體持水特征曲線瞬態快速測試儀器的測量方法，其特征在于，測試基質吸力時，首先將陶土頭利用無氣水進行飽和，同時硬塑管內充滿無氣水；陶土頭頂部通過與測試土樣接觸進行基質吸力平衡，該基質吸力通過硬塑管中無氣水傳至壓力表進行讀取；

測試持水特征曲線時，將測試土樣放入土樣容器中，通過對測試土樣上方噴水來進行土樣增濕；土樣容器下部的排水孔用于促進水分在測試土樣中的下滲和排水；測試土樣的下表面接觸電磁波導探頭和陶土頭分別進行體積含水量和基質吸力的測試；

測試土樣體積含水量時，通過電磁波發射器發射一個電磁脈沖，該脈沖通過第一同軸電纜和第二同軸電纜及平行的第一雙鍍金銅線和平行的第二雙鍍金銅線傳播，在遇到阻抗不連續的地方發生反射并由示波器記錄反射信號，最終通過分析該反射信號獲得土樣的介電常數，然后利用Topp方程由土樣介電常數計算測試土樣的體積含水量θ_w為：

θ_w＝-5.3×10^-2+2.92×10^-2ε_a,soil-5.5×10^-4ε_a,soil²+4.3×10^-6ε_a,soil³

其中，ε_a,soil為測試土樣介電常數。