一种通过运用摄影测量技术精确快速测定盐溶液法土-水特征曲线的实验装置制造方法及图纸

一种通过运用摄影测量技术精确快速测定盐溶液法土‑水特征曲线的实验装置,包括瓶体，瓶体内设有土样，土样置于托盘内，托盘下端固定在底盘上，底盘通过载重传感器与瓶体内的支撑骨架连接；所述土样上方、一侧安装有摄像头一号、摄像头二号。本发明专利技术提供的一种通过运用摄影测量技术精确快速测定盐溶液法土‑水特征曲线的实验装置，可通过直接测量土样体积来得到土样的体积含水率，提高精确度。

An experimental device for accurate and rapid determination of soil water characteristic curve of salt solution method by using photogrammetry technology

An experimental device for accurately and quickly determining the soil water characteristic curve of salt solution method by photogrammetry technology includes a bottle body, which is provided with a soil sample, the soil sample is placed in a tray, the lower end of the tray is fixed on the chassis, and the chassis is connected with the support framework of the bottle body through a load sensor; a camera No. 1 and a camera No. 2 are installed above and on one side of the soil sample. The invention provides an experimental device for accurately and quickly measuring soil water characteristic curve of salt solution method by using photogrammetry technology, which can directly measure the volume of soil sample to obtain the volume moisture content of soil sample and improve the accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种通过运用摄影测量技术精确快速测定盐溶液法土-水特征曲线的实验装置
本专利技术涉及岩土工程
，具体涉及到一种通过运用摄影测量技术精确快速测定盐溶液法土-水特征曲线的实验装置。
技术介绍
土工实验中采用的运用盐溶液法快速测定土-水特征曲线的实验装置在得到土样体积含水率时候是采用通过测定土样与水蒸气之间的水气交换平衡前后土样质量的变化，得到最终含水率再计算得到其体积含水率，但是这个装置存在着以下几点不合理之处：其一：通过最终含水率计算得到土样的体积含水率在计算过程中容易产生实验误差；其二：原装置只能观察到土样质量的变化而不能观察并充分考虑到土样体积的变化；其三：通过最终含水率计算得到体积含水率的方法较为麻烦，不方便。因此需要找到一种解决上述弊端的装置来提升实验质量和效益。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种通过运用摄影测量技术精确快速测定盐溶液法土-水特征曲线的实验装置，不仅能通过观察到试样体积的变化，还能通过测量土样体积来得到土样的体积含水率同时提高实验的质量和效率。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种通过运用摄影测量技术精确快速测定盐溶液法土-水特征曲线的实验装置,包括瓶体，瓶体内设有土样，土样置于托盘内，托盘下端固定在底盘上，底盘通过载重传感器与瓶体内的支撑骨架连接；所述土样上方、一侧安装有摄像头一号、摄像头二号。所述瓶体包括瓶身、瓶底槽及瓶盖，瓶身上下分别与瓶底槽、瓶盖螺纹连接。所述托盘上布满漏孔，托盘与土样之间设有透水纸。所述托盘的直径不小于土样的直径，底盘的直径大于托盘的直径。所述摄像头一号、摄像头二号与工控机通讯连接，将采集到的图像传递给工控机；所述载重传感器与控制器连接。一种精确测定盐溶液法土-水特征曲线的方法，包括以下步骤:步骤1)、制备待测土样及多种相对湿度不同的过饱和盐溶液。将待测的土样放入托盘中，将其中一种过饱和盐溶液倒入瓶底槽中，并将瓶身、瓶底槽、瓶盖组装密封。通过工控机获得此时土样的体积与质量分别为V0和m0；步骤2)、等到载重传感器测量的数据不变时认为土样与水蒸气之间的水汽交换达到平衡，认为待测土样中吸力等于饱和蒸气压；此时记录下土样的体积与质量分别记为V1和m1，此时试验前后土样质量的变化量为Δm1＝m0-m1；步骤3)、待测土样不变，更换另一种过饱和盐溶液。放置后通过工控机读数，至载重传感器测量的数据不变时认为土样与水蒸气之间的水汽交换达到平衡，认为待测土样中吸力等于饱和蒸气压记录下土样的体积与质量分别记为V2和m2，此时试验前后土样质量的变化量为Δm2＝m1–m2；步骤4)、重复步骤3)，直到多种过饱和盐溶液在水汽交换达到平衡后测得的Vi和mi，试验前后土样质量的变化量为Δmi＝mi-1-mi；步骤5)、查表得到不同饱和盐溶液在室温时的相对湿度并在编程过程中输入到工控机中，通过工控机编程实现对相关数据的采集和计算，最终得到土样在各种过饱和盐溶液相对湿度下的吸力。步骤6)、待多种饱和盐溶液试验完毕后，取出土样，放入烘干机中完全烘干后称量土样的质量记为mi+1，烘干前后的质量差记为Δmi+1＝mi-mi+1，步骤7)、通过土样体积含水率公式最终获得每一种饱和盐溶液测试后的体积含水率。步骤8)、最终绘制以待测土样体积含水率为纵坐标，以待测土样的吸力为横坐标的土水特征曲线。7、根据权利要求6所述的一种精确测定盐溶液法土-水特征曲线的方法，其特征在于：在步骤5)中：吸力的理论计算公式如下：式中：S-土的总吸力：kPaRH-相对湿度R-通用气体常量：T-热力学温度(K)Vw0-水的比容(m3/kg)ωv-水蒸气的摩尔质量(18.016kg/mol)RH-相对湿度8、根据权利要求6所述的一种精确测定盐溶液法土-水特征曲线的方法，其特征在于：在步骤7)中：土样体积含水率计算公式如下：式中：Δmi-放置第i种饱和盐溶液时土样的质量与放置第i+1种饱和盐溶液时土样的质量的差(kg)ΔVωi-放置第i种饱和盐溶液时到放置第i+1种饱和盐溶液时土样挥发掉的水分体积(m3)ρ-水的密度(1*103kg/m3)ΔVωi-放置第i种饱和盐溶液时到放置第i+1种饱和盐溶液时土样挥发掉的水分体积(m3)Vi-放置第i种溶液实验装置达到土样水气平衡时候土样的体积(m3)Qi-放置第i种溶液实验装置达到土样水气平衡时候土样的体积含水率(％)9、根据权利要求6所述的一种精确测定盐溶液法土-水特征曲线的方法，其特征在于：摄像头一号、摄像头二号采集到土样的图像，将图像作为输入数据传递给工控机，工控机通过图像处理软件进行颜色的比较，能够提取照片中试验土样的轮廓，然后得到试验土样变形前、后所占面积的像素值，由此计算出试验土样边界变化的变形量，从而推算试验土样实际的形变。本专利技术一种通过运用摄影测量技术精确快速测定盐溶液法土-水特征曲线的实验装置，具有以下技术效果：1)、在测定体积含水率时候是通过测定质量含水率计算得到体积含水率的，本装置可以直接得到土样的体积含水率2)、不仅能观察到质量的变化，还可以充分观察到土样体积的变化。3)、相较于通过运用盐溶液法测定土-水特征曲线的实验装置，本装置能更好的提高实验的质量和效率。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明：图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术中土水特征曲线图。图中：瓶体1，摄像头一号2，瓶身3，透水纸4，支撑柱5，托盘6，底盘7，支撑骨架8，载重传感器9，瓶底槽10，摄像头二号11，土样12，控制器13，工控机14，瓶盖15。具体实施方式如图1所示，一种通过运用摄影测量技术精确快速测定盐溶液法土-水特征曲线的实验装置,包括瓶体1，瓶体1包括瓶身3，瓶身3上端与瓶盖15螺纹连接、下端与瓶底槽10螺纹连接。在瓶身3一侧固定有支撑骨架8，支撑骨架8上安装有载重传感器9，载重传感器9的型号为XRL-45。载重传感器9上固定有底盘7，底盘7上固定有支撑柱5，托盘6受支撑柱5支撑。这里的托盘6上布满通孔，托盘6上依次放置透水纸4、土样12。所述托盘6的直径不小于土样12的直径，底盘7的直径大于托盘6的直径。因土样是放于托盘上于是托盘肯定应不小于土样直径，且托盘放于底盘上，在实验过程中，很难避免发生土样颗粒脱落，且不能使土样颗粒落在溶液内，所以必须底盘直径要大于托盘和土样，让颗粒落在底盘上所述瓶底槽10的直径与高之比≥1。在瓶盖15内顶面及瓶身3的侧面分别设置有摄像头一号2、摄像头二号11，摄像头一号2、摄像头二号11分别用于记录土样的直径及长度变化。摄像头一号2、摄像头二号11采用北京世纪科信科学仪器有限公司生产的品牌为cossim，型号为XFCAM1080本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过运用摄影测量技术精确快速测定盐溶液法土-水特征曲线的实验装置,其特征在于：包括瓶体(1)，瓶体(1)内设有土样(12)，土样(12)置于托盘(6)内，托盘(6)下端固定在底盘(7)上，底盘(7)通过载重传感器(9)与瓶体(1)内的支撑骨架(8)连接；所述土样(12)上方、一侧安装有摄像头一号(2)、摄像头二号(11)。/n

【技术特征摘要】
1.一种通过运用摄影测量技术精确快速测定盐溶液法土-水特征曲线的实验装置,其特征在于：包括瓶体(1)，瓶体(1)内设有土样(12)，土样(12)置于托盘(6)内，托盘(6)下端固定在底盘(7)上，底盘(7)通过载重传感器(9)与瓶体(1)内的支撑骨架(8)连接；所述土样(12)上方、一侧安装有摄像头一号(2)、摄像头二号(11)。


2.根据权利要求1所述的一种通过运用摄影测量技术精确快速测定盐溶液法土-水特征曲线的实验装置，其特征在于：所述瓶体(1)包括瓶身(3)、瓶底槽(10)及瓶盖(15)，瓶身(3)上下分别与瓶底槽(10)、瓶盖(15)螺纹连接。


3.根据权利要求1所述的一种通过运用摄影测量技术精确快速测定盐溶液法土-水特征曲线的实验装置，其特征在于：所述托盘(6)上布满漏孔，托盘(6)与土样(12)之间设有透水纸(4)。


4.根据权利要求3所述的一种通过运用摄影测量技术精确快速测定盐溶液法土-水特征曲线的实验装置，其特征在于：所述托盘(6)的直径不小于土样(12)的直径，底盘(7)的直径大于托盘(6)的直径。


5.根据权利要求1所述的一种通过运用摄影测量技术精确快速测定盐溶液法土-水特征曲线的实验装置，其特征在于：所述摄像头一号(2)、摄像头二号(11)与工控机(14)通讯连接，将采集到的图像传递给工控机(14)；所述载重传感器(9)与控制器(13)连接。


6.根据权利要求1-5所述的一种通过运用摄影测量技术精确快速测定盐溶液法土-水特征曲线的实验装置进行土-水特征曲线测定的方法，其特征在于：包括以下步骤:
步骤1)、制备待测土样及多种相对湿度不同的过饱和盐溶液。将待测的土样(12)放入托盘(6)中，将其中一种过饱和盐溶液倒入瓶底槽(10)中，并将瓶身(3)、瓶底槽(10)、瓶盖(15)组装密封。通过工控机(14)获得此时土样(12)的体积与质量分别为V0和m0；
步骤2)、等到载重传感器(9)测量的数据不变时认为土样与水蒸气之间的水汽交换达到平衡，认为待测土样中吸力等于饱和蒸气压；此时记录下土样的体积与质量分别记为V1和m1，此时试验前后土样质量的变化量为Δm1＝m0-m1；
步骤3)、待测土样不变，更换另一种过饱和盐溶液。放置后通过工控机(14)读数，至载重传感器(9)测量的数据不变时认为土样与水蒸气之间的水汽交换达到平衡，认为待测土样中吸力等于饱和蒸气压记录下土样的体积与质量分别记为V2和m...

【专利技术属性】
技术研发人员：张华，于光涛，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42