[發明專利]一種土體電阻率動態變化的二極法測試試驗系統及方法

在審

• 申請號: 202210137641.6
• 申請日: 2022-02-15
• 公開（公告）號: CN114487605A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 王炳輝;夏垚;王春成;張雷
• 申請（專利權）人: 中國地震局工程力學研究所
• 主分類號: G01R27/02
• 分類號: G01R27/02
• 代理公司: 沈陽一諾君科知識產權代理事務所(普通合伙) 21266
• 代理人: 王建男

本發明公開了一種土體電阻率動態變化的二極法測試試驗系統及方法，包括填充有土體的試驗土箱、若干待測電極、若干繼電器、可調電橋、電源模式切換器、信號調理器、數模控制器、數據采集卡、計算機。與現有技術相比，本發明的土體電阻率動態變化的二極法測試試驗系統和方法，可以連續不間斷以一定頻率測試土體不同位置、不同時刻的電阻率變化，為研究飽和砂土地震液化過程中細觀結構變化提供一種有效的技術支持。

技術領域

本發明涉及巖土工程、巖土地震工程領域，特別是一種土體電阻率動態變化的二極法測試試驗系統及方法。

背景技術

電阻率或電導率是研究材料電學性質的重要參數，在巖土工程中廣泛應用，現有技術中大都是基于土體的性質不隨時間發生變化情況下的測試。也就是說在測試過程中，可認為土體電阻率是不變化或變化十分緩慢，可稱其是電阻率靜態的測試。然而，有些工程場景中，土體的性質是隨時間變化的，這種變化可以是由地下水流動引起，也可以是地震等動荷載作用下土體變形引起的。在地下水引起的土性變化方面：如中國專利申請號:201410337626.1公開的地下承壓水位動態變化作用下土結構性測試裝置及方法，設計了地下承壓水位動態變化作用下土結構性測試的裝置和方法。在土體變形引起方面，如中國專利申請號:CN201210080264.3公開的土體試樣壓縮固結與電阻率實時成像監測裝置及其取土器，設計了土體試樣壓縮固結過程中土體電阻率測試并能成像監測的裝置等。上述技術方案具有一個較為明顯的共同點，即土性變化的速率都是較慢的，如地下承壓水引起土結構性的變化，是由于地下水對土體的潛蝕、管涌等水土作用產生的，是一個漸進的過程，最快的管涌通常也是以“小時”為計量單位，變化速率較緩慢；又如土體壓縮固結過程，同時也是土體的超靜孔隙水壓力消散的過程，這個過程與滲透系數的大小有關，研究對象主要是粘性土，其滲透系數很小，超靜孔隙水壓力消散時間很長，通常也是以“小時”、“天”甚至“年”為計量單位，因此變化的速率更為緩慢的。中國專利申請號:CN201210080264.3公開的土體試樣壓縮固結與電阻率實時成像監測裝置及其取土器，能夠動態監測土體不同時間和空間這兩個尺度上的變化，但對如何實現時空變化測試時的技術內容，所能達到的測試速率上也并未說明，從其運用背景和運用對象上來看，僅運用于土試樣的固結，雖然布置了多個電極可生成土試樣的電阻率反演成像，但并不需要達到很高的要求，充其量僅需要“分鐘”為單位的整個試樣的掃描即可。

然而，對于地震引起的土性變化方面，則必須以“毫秒”為速率計量單位考慮土性變化。因此，相比較上述已有土性變化的電阻率測試技術方案，并未充分考慮測試速率的問題。另一方面，對于將土體視為一個單元體，不能測試土體不同位置的電阻率，可采用二電極法對土樣的動態測試，如中國專利公告號CN208223954U公開的在動三軸中實現電阻率測試的裝置。但由于受到重力以及孔隙水滲透力的影響，土體在不同埋深處發生性質變化的規律是不同。為了研究土體在地震等動力荷載作用下，不同位置在不同時刻時，土體性質的變化規律。開展土體電阻率變化場的動態測試，研究土體性質變化規律是十分有必要，并對測試技術上提出了更高的要求。尚未見能快速測試不同位置和不同時刻土體電阻率場的測試技術解決方案。

發明內容

本發明的目的是要解決現有技術中存在的不足，提供一種土體電阻率動態變化的二極法測試試驗系統及方法，實現了不同深度位置在地震等動荷載作用下在不同時刻的快速測試土體的電阻率。

為達到上述目的，本發明是按照以下技術方案實施的：

一種土體電阻率動態變化的二極法測試試驗系統，包括填充有土體的試驗土箱，該系統還包括若干待測電極、若干繼電器、可調電橋、電源模式切換器、信號調理器、數模控制器、數據采集卡、計算機；所述待測電極埋設于試驗土箱內壁且與土體接觸，待測電極通過導線與繼電器輸出端口連接，繼電器的輸入端與可調電橋的橋路切換開關相連接，可調電橋的橋路切換開關輸出端與數據采集卡相連接，數據采集卡與計算機相連接；每個繼電器的信號輸入端分別與數模控制器連接，數模控制器與計算機相連接；可調電橋的橋路切換開關連接的電源端與信號調理器連接，信號調理器與電源模式切換器連接，電源模式切換器與計算機相連。