[發明專利]一種壓電陶瓷測量凍土未凍水含量的方法

有效

• 申請號: 202110880207.2
• 申請日: 2021-08-02
• 公開（公告）號: CN113325027B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 汪波;全曉娟;周尚武;龔禹為;郭繼林
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01N25/00
• 分類號: G01N25/00;G01N29/04;G01N29/24
• 代理公司: 成都四合天行知識產權代理有限公司 51274
• 代理人: 張超

1.一種壓電陶瓷測量凍土未凍水含量的方法，其特征在于，包括：

對試驗土樣進行凍融循環，并通過壓電陶瓷智能骨料獲取所述試驗土樣在所述凍融循環中的應力波能量數據；

根據所述試驗土樣的土樣參數獲取所述試驗土樣在第一預設溫度下達到凍結穩定狀態時未凍水含量作為第一含量；

根據所述應力波能量數據和所述第一含量獲取在凍融循環中任意時刻下所述試驗土樣的未凍水含量；

獲取所述第一含量包括：

根據下式獲取第一含量：

式中：為第一含量，a為第一土樣參數，b為第二土樣參數，為第一預設溫度，為所述試驗土樣的塑限含水率，為所述試驗土樣的液限含水率，為所述試驗土樣達到塑限含水率時的凍結溫度絕對值，為所述試驗土樣達到液限含水率時的凍結溫度絕對值；

獲取在凍融循環中任意時刻下所述試驗土樣的未凍水含量包括：

根據下式獲取試驗土樣i時刻未凍水含量：

式中：為所述試驗土樣在i時刻未凍水含量，為所述試驗土樣初始含水量，為所述試驗土樣在i時刻的應力波能量值，為初始未凍結狀態時所述試驗土樣的應力波能量值，為所述試驗土樣在第一預設溫度凍結穩定狀態的應力波能量值，為第一含量。

2.根據權利要求1所述的一種壓電陶瓷測量凍土未凍水含量的方法，其特征在于，對試驗土樣進行凍融循環包括凍結過程，所述凍結過程包括：

將所述試驗土樣放入恒溫冷凍箱內，調節溫度為第二預設溫度保持預設時長，并記錄多個時刻所述試驗土樣的應力波信號和對應時刻的試驗土樣溫度；

調節所述恒溫冷凍箱至第三預設溫度，并記錄多個時刻所述試驗土樣的應力波信號和對應時刻的試驗土樣溫度；

待所述試驗土樣溫度穩定于所述第三預設溫度時，調節所述恒溫冷凍箱至第一預設溫度，并記錄多個時刻所述試驗土樣的應力波信號和對應時刻的試驗土樣溫度至所述試驗土樣穩定；

所述第一預設溫度低于-3℃，所述第二預設溫度高于0℃，所述第三預設溫度低于0℃且高于-3℃。

3.根據權利要求2所述的一種壓電陶瓷測量凍土未凍水含量的方法，其特征在于，對試驗土樣進行凍融循環包括設置于凍結過程之后的融化過程，所述融化過程包括：

調節所述恒溫冷凍箱至第三預設溫度，并記錄多個時刻所述試驗土樣的應力波信號和對應時刻的試驗土樣溫度；

待所述試驗土樣溫度穩定時，調節溫度為第二預設溫度保持預設時長，并記錄多個時刻所述試驗土樣的應力波信號和對應時刻的試驗土樣溫度直到所述試驗土樣溫度穩定于所述第二預設溫度。

4.根據權利要求1所述的一種壓電陶瓷測量凍土未凍水含量的方法，其特征在于，獲取應力波能量數據包括：

通過壓電陶瓷智能骨料獲取所述試驗土樣在所述凍融循環中的應力波信號；

將所述應力波信號進行小波包分析后獲取所述試驗土樣在所述凍融循環中各時刻的應力波能量數據。

5.根據權利要求4所述的一種壓電陶瓷測量凍土未凍水含量的方法，其特征在于，通過壓電陶瓷智能骨料獲取所述試驗土樣在所述凍融循環中的應力波信號包括：

將兩片壓電陶瓷智能骨料分別設置于所述試驗土樣的兩側中心處；

通過一片所述壓電陶瓷智能骨料輸出應力信號，通過另一片所述壓電陶瓷智能骨料接收所述應力波信號。

6.根據權利要求1所述的一種壓電陶瓷測量凍土未凍水含量的方法，其特征在于，所述試驗土樣的土樣參數包括塑限含水率、液限含水率、達到塑限含水率時的凍結溫度絕對值、達到液限含水率時的凍結溫度絕對值和初始含水量。

7.根據權利要求1所述的一種壓電陶瓷測量凍土未凍水含量的方法，其特征在于，所述試驗土樣采用圓柱形容器環刀制備的圓柱形飽和土樣。

8.根據權利要求1所述的一種壓電陶瓷測量凍土未凍水含量的方法，其特征在于，所述壓電陶瓷智能骨料包括壓電陶瓷片和包裹于所述壓電陶瓷片的銅殼；所述銅殼涂有絕緣層。