冻融循环下土体电参数时空分布室内测试系统及工作方法技术方案

本发明专利技术冻融循环下土体电参数时空分布室内测试系统及工作方法，包括土体成型装置以及土体测试装置；其中土体测试装置包括：导电片，两片导电片分别设置在土体成型装置的两端，两片导电片之间通过第一导线电连接；导电电极，多个导电电极从土体成型装置的侧壁插入土体成型装置内，多个导电电极之间通过第二导线电连接；测试组件，测试组件与导电片及导电电极电连接。本发明专利技术具有如下的有益效果：本发明专利技术基于土体电参数的测试方法研制开发一种能够在冻融循环作用下，可以对不同含水率、压实度的土体电参数时空分布进行室内快速测试的系统，可将系统测得的电阻率、温度及位移变化等参数建立关系，可用于后期的土体物理力学性质评价中。

Indoor Testing System and Working Method for Temporal and Spatial Distribution of Electrical Parameters of Soil under Freeze-thaw Cycle

【技术实现步骤摘要】
冻融循环下土体电参数时空分布室内测试系统及工作方法
本专利技术涉及工程地质领域，具体地，涉及一种冻融循环下土体电参数时空分布室内测试系统及工作方法。
技术介绍
在季节性冻土区域，土壤在冻融循环作用下物理力学性质会发生变化，而现有的土体物理力学参数测试手段主要通过钻孔取样室内实验，存在着效率低等缺点。而表征土壤导电性能的土壤电阻率是研究土壤微观结构及物理力学性质、金属土壤腐蚀、电力系统接地等的重要参数。现有技术，中国专利技术专利《一种原位土壤取样电阻率测量装置》(公开号：107765091A)适用于石油、石化、电力、建筑等领域中土壤原位电阻率分析。该装置包括：上盖、绝缘筒体、测量电极、下盖，具体结构如下：上盖与下盖上下相对设置，上盖与下盖之间设置绝缘筒体，绝缘筒体内壁对置镶嵌不锈钢测量电极。使用时，绝缘筒体顶部设置辅助取样器，辅助取样器包括下压杆、支撑杆、压环，下压杆与压环之间通过支撑杆连接，辅助取样器通过压环对绝缘筒体施加压力。本专利技术可以实现对土壤待测土层电阻率非扰动状态下的准确测量，用于原状土壤取样，并真实反映取样位置土壤电阻率。但是，现有技术在冻融循环作用情况下，土壤电阻率的测量精确度不高。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种解决上述技术问题的冻融循环下土体电参数时空分布室内测试系统及工作方法。为了解决上述技术问题，本专利技术冻融循环下土体电参数时空分布室内测试系统，包括土体成型装置以及土体测试装置；其中土体测试装置包括：导电片，两片导电片分别设置在土体成型装置的两端，两片导电片之间通过第一导线电连接；导电电极，多个导电电极从土体成型装置的侧壁插入土体成型装置内，多个导电电极之间通过第二导线电连接；测试组件，测试组件与导电片及导电电极电连接。优选地，导电片的直径等于土体成型装置的直径。优选地，在土体成型装置的侧壁上设有电极孔，多个导电电极从电极孔插入土体成型装置内。优选地，电极孔沿土体成型装置环向均匀布置。优选地，测试组件包括电法仪、位移计、温度计及温控装置；其中电法仪分别与导电片及导电电极电连接；位移计、温度计及温控装置设置在导电片上。优选地，土体成型装置为绝缘管。一种冻融循环下土体电参数时空分布室内测试系统的工作方法，包括如下步骤：步骤1，获取绝缘管内土样的压实度；步骤2，使水分渗入土样中，获取土样的含水率；步骤3，获取绝缘管中土样的电参数的时空分布、温度值及位移值；步骤4，改变压实度及含水率，返回步骤3。优选地，步骤1包括：步骤1.1，获取土样的最大干密度；步骤1.2，获取土样的干密度；步骤1.3，获取绝缘管内土样的压实度；其中压实度为干密度与最大干密度之比。优选地，步骤2包括：步骤2.1，通过绝缘管上的电极孔使水分进入绝缘内；步骤2.2，在绝缘管外侧包裹薄膜防止水分流失，并每隔两个小时滚动一次；步骤2.3，获取土样的含水率。优选地，步骤3中，待土样中水分均匀，接入测试装置，放入冻融仪中进行冻融循环，通过变换测量电极，用四极法测量土体各层的电参数，获取土样的电参数时空分布，并用传感器测量相应的温度及位移。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：根据冻融循环作用下土体的物理力学参数测试技术在现场存在着效率低、成本高等缺点，而表征土壤导电性能的土壤电阻率是研究土壤微观结构及物理力学性质、金属土壤腐蚀、电力系统接地等的重要参数，本专利技术基于土体电参数的测试方法研制开发一种能够在冻融循环作用下，可以对不同含水率、压实度的土体电参数时空分布进行室内快速测试的系统，可将系统测得的电阻率、温度及位移变化等参数建立关系，可用于后期的土体物理力学性质评价中。建立起冻融循环下土体的土体电参数时空分布室内快速测试系统，辐射到当前季节性冻土区路基工程、铁路轨道结构及大型护坡等工程在冻融循环下的状态测试、性能评估、损伤机理分析等领域，确保其性能安全、有效降低工程风险，对促进我国工程安全施工具有十分重要的意义。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显。图1为本专利技术冻融循环下土体电参数时空分布室内测试系统示意图；图2为本专利技术冻融循环下土样电阻率-时间-位移关系折线图；图3为本专利技术冻融循环下土样电阻率-时间-温度关系折线图；图4为本专利技术冻融循环下土样电阻率-时间-温度关系云图；图5为本专利技术冻融循环下土样电阻率-时间-位移关系云图。图中：1-绝缘管2-导电片3-导电电极4-第一导线5-第二导线6-电法仪7-电源8-位移计9-温度计10-温控装置具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。如图1所示，本专利技术冻融循环下土体电参数时空分布室内测试系统，包含土样装置、导电组件、温控装置10、位移计8、温度计9以及电法仪6、电源7。土样装置包含透明绝缘且管壁处理的雅克力管1；导电组件包含导电片2和导电电极3，导电片2具有一定强度且较薄，导电电极3具有一定强度且较细短，可以与土样充分接触且不扰动土样；在导电片2两端布置温控装置10及位移计8等传感器，可调节土体内部温度实现冻融循环及测量土体的位移、温度等变化；绝缘管1管壁处理打电极孔(兼用作浸水孔)，电极孔的孔径应既保证电极能够插入土样中，并形成密封使土样和水不会流出；电法仪6使用四极法连接。在绝缘管1管壁打电极孔，电极孔的直径大小应保证电极能够插入土样，且土样和水不易流出，并用海绵进行保温；导电片2的直径应与绝缘管1内径几乎相同，既能保证装入管中也能尽可能增大导电片2与土样接触面积，提供稳定的电流场；导电电极3的插入深度及数量不宜过大或过小，保证提供充足的电流场且不扰动土样，且沿管壁环向均匀布置，各组电极沿管轴向间隔相等均匀布置。导线与导电片2、导电电极3焊接，具体的，第一导线4的两端分别与绝缘管1两端的两片导电片2连接；每组环向均匀布置的导电电极3的导线合并成一根导线，第二导线5的两端分别从每组的导电电极3连接，可以通过改变第二导线5与各组导电电极3的连接顺序实现各层土体的电参数测量。改变土体不同的压实度及含水率的实际操作过程中，依据《土工手册》首先将土样碾碎并完全烘干处理后，应先取部分土样用振动击实器测出最大干密度。土样装管前称量绝缘管1的重量与导电片2的重量，装管后测出管、导电片2与土样总重作差得到土重，通过绝缘管1内径得到管的体积，计算得到土样干密度，干密度与最大干密度之比为压实度。其次改变管中完全烘干土样含水率采用包裹湿毛巾或者海绵的方式，滚动湿毛巾或者海绵，使水分均匀浸入管壁电极孔中。优选地，试验所用水为纯净水。另一方面，每次滚动为固定圈数，然后擦拭管壁称量浸入水重，得到土样含水率。优选地，为使水分均匀分布于土样中，沿管轴线方向水平放置亚克力管，用浸透纯净水的湿毛巾包裹管匀力搓擀三圈，使得水分均匀从管壁孔中进入，绝缘管1静置十二小时，静止期间每隔两小时滚动一次。优选地，为防止水分蒸发影响土样含水率，在加水后应用薄膜包裹绝缘管1，一般选用保鲜膜即可。优选地，本专利技术可以通过透明绝缘管1设置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冻融循环下土体电参数时空分布室内测试系统，其特征在于，包括土体成型装置以及土体测试装置；其中土体测试装置包括：导电片，两片导电片分别设置在土体成型装置的两端，两片导电片之间通过第一导线电连接；导电电极，多个导电电极从土体成型装置的侧壁插入土体成型装置内，多个导电电极之间通过第二导线电连接；测试组件，测试组件与导电片及导电电极电连接。

【技术特征摘要】
1.一种冻融循环下土体电参数时空分布室内测试系统，其特征在于，包括土体成型装置以及土体测试装置；其中土体测试装置包括：导电片，两片导电片分别设置在土体成型装置的两端，两片导电片之间通过第一导线电连接；导电电极，多个导电电极从土体成型装置的侧壁插入土体成型装置内，多个导电电极之间通过第二导线电连接；测试组件，测试组件与导电片及导电电极电连接。2.根据权利要求1所述的冻融循环下土体电参数时空分布室内测试系统，其特征在于，导电片的直径等于土体成型装置的直径。3.根据权利要求2所述的冻融循环下土体电参数时空分布室内测试系统，其特征在于，在土体成型装置的侧壁上设有电极孔，多个导电电极从电极孔插入土体成型装置内。4.根据权利要求3所述的冻融循环下土体电参数时空分布室内测试系统，其特征在于，电极孔沿土体成型装置环向均匀布置。5.根据权利要求1所述的冻融循环下土体电参数时空分布室内测试系统，其特征在于，测试组件包括电法仪、位移计、温度计及温控装置；其中电法仪分别与导电片及导电电极电连接；位移计、温度计及温控装置设置在导电片上。6.根据权利要求1所述的冻融循环下土体电参数时空分布室内测试系统，其特征在于，土体成型装置为绝缘...

【专利技术属性】
技术研发人员：车爱兰，袁刚烈，冯少孔，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31