一种基于加热汽化法的粘性土含水率测定仪和测定方法技术

本发明专利技术公开了一种基于加热汽化法的粘性土含水率测定仪和测定方法，测定仪包括多个测定单元，测定单元包括主连接管、加热透水管、半透膜、湿敏电阻、橡胶气囊和充气管，加热透水管套设在主连接管的外部，加热透水管与主连接管之间形成测量室，半透膜设置在加热透水管的内壁上，湿敏电阻包裹在主连接管外壁上，橡胶气囊设置在测量室的下方；任意相邻的两个测定单元的充气管之间密封连通，每个充气管均与相应环形气囊相连通，最顶层的测定单元的充气管上端与外部加压设备相连通。本发明专利技术的测定方法能够在现场持续测量土体连续深度内的含水率及其变化，可以有效地监测土体的含水率变化，为滑坡灾害的预警提供重要的技术支持。滑坡灾害的预警提供重要的技术支持。滑坡灾害的预警提供重要的技术支持。

【技术实现步骤摘要】
一种基于加热汽化法的粘性土含水率测定仪和测定方法


[0001]本专利技术涉及粘性土含水率测定
，特别地，涉及一种基于加热汽化法的粘性土含水率测定仪和测定方法。

技术介绍

[0002]目前，获取粘性土的含水率通常有烘箱法、红外线法、酒精燃烧法和铁锅炒干法。这些方法主要存在以下缺陷：1)、均为直接根据含水率定义，现场采取土体，获得土体烘干前后的质量，前后质量差即为水的质量，测定方式简单，只能在实验室或者现场简易测定；2)、只能采取一定深度的土体进行单次测定，不能获得土体连续深度范围的含水率，获得连续范围的含水率需要多次取土重复试验测定，取土过程重复且繁琐；3)、只能获得某一时刻土体的含水率，不能获得连续时间段内土体含水率的变化。采用这几种方法获得土体含水率的变化时，需要多次取土重复试验测定，且取土需要重新开孔，操作不方便且准确性不高。
[0003]因此，本
亟需一种能获取连续深度范围内的土体含水率及其变化的粘性土含水率的测定仪以及一种使用该测定仪现场测定粘性土含水率的测定方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于加热汽化法的粘性土含水率测定仪，能够在现场持续测量土体连续深度内的含水率及其变化，可以有效地监测土体的含水率变化，为滑坡灾害的预警提供实时监测数据和防治参数。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于加热汽化法的粘性土含水率测定仪，包括至少两个测定单元，所述至少两个测定单元沿所述测定单元的长度方向依次连接；每个所述测定单元均包括主连接管、加热透水管、半透膜、湿敏电阻、环形气囊和充气管，所述加热透水管套设在所述主连接管的外部，所述加热透水管与所述主连接管之间形成一环形的测量室，所述半透膜粘贴设置在所述加热透水管的内壁上，所述主连接管外壁上包裹设置有至少一个所述湿敏电阻，所述环形气囊套设在所述主连接管的外壁上且于所述测量室的下方，所述充气管设置在所述主连接管中；任意相邻的两个所述测定单元的所述充气管之间密封连通，每个所述充气管均与相应所述环形气囊相连通，最顶层的所述测定单元的所述充气管上端与外部加压设备相连通；在现场测定粘性土含水率时，将所述测定仪放置在粘性土的钻孔中，利用所述外部加压设备对所有所述环形气囊进行充气，使得所述环形气囊膨胀且其外壁逐渐挤压钻孔孔壁，并最终将所述钻孔在其深度内上下分隔为至少两个相互独立的分隔空间。
[0006]进一步的，所述加热透水管包括内外两层均布有透水孔的筒式金属壳，且内层金属壳与外层金属壳之间均布设有螺旋电热丝，并填装有用以固定所述螺旋电热丝的导热绝缘介质；所述加热透水管的底部设有引出电极，所述引出电极的一端与所述螺旋电热丝相连、另一端伸入设置在所述主连接管内。
[0007]进一步的，每个所述主连接管内均设置有与所述充气管并列设置的线路管；每个所述测定单元中的所述引出电极和所述湿敏电阻均通过线路与地表控制系统电连接，所述线路管用于保护所述线路。
[0008]进一步的，任意相邻的两个所述主连接管之间通过短程螺纹型卡合结构连接，任意相邻的两个所述充气管和两个所述线路管之间均设有上下对应的橡胶圈卡扣；在任意相邻的两个所述主连接管拧紧后，两个所述充气管以及两个所述线路管也相应地被紧密锁定连通。
[0009]进一步的，最底层的所述充气管和所述线路管的裸露接口均采用密封盖密封。
[0010]进一步的，每个所述主连接管外壁上均包裹设置有2~5个所述湿敏电阻，多个所述湿敏电阻沿所述主连接管的轴向均匀间隔分布。
[0011]进一步的，每个所述测量室下方各设置有一块支撑板，所述支撑板与相应所述主连接管的外壁相连接，所述测量室底板、所述主连接管以及所述支撑板共同构成一侧开口的环形的气囊容纳腔，所述环形气囊设置在所述气囊容纳腔中。
[0012]进一步的，所述主连接管的外壁上镀设有防水镀层；所述环形气囊为橡胶气囊。
[0013]本专利技术还提供一种基于加热汽化法的粘性土含水率测定方法，所述测定方法包括使用上述的测定仪，所述测定方法包括以下步骤：S1、在需要现场测定粘性土含水率的区域钻孔并取芯；S2、对加热透水管、湿敏电阻进行核检和标定，并根据钻孔取芯情况获取所测深度范围内的土体渗透系数和土体孔隙率，以提供所需测定参数；S3、先将所述测定仪放置在粘性土的钻孔中，再通过外部加压设备使空气进入环形气囊中，所述环形气囊的外壁向钻孔孔壁膨胀，逐渐挤压孔壁土体，使土体在钻孔深度内被分隔为多个相互独立的分隔空间；S4、通电，加热透水管发热使所有分隔空间范围内紧贴加热透水管的土体中的自由水加速汽化，汽化后的自由水通过透水孔和半透膜进入相应的测量室内汇集；S5、定时采用湿敏电阻测定经过一定时间加热后进入各所述测量室的自由水水汽湿度，并换算得出土体含水率。
[0014]进一步的，所述土体含水率的表达式为：其中，为土体含水率，为湿敏电阻所测湿度，为土体渗透系数，为加热时间，为土体孔隙率，为调整系数，为加热透水管的外径。
[0015]相比于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：(1)、本专利技术的一种基于加热汽化法的粘性土含水率测定仪，可根据需求设置多个测定单元，测定单元中的环形气囊使土体在钻孔深度内被分隔为多个相互独立的分隔空间；加热透水管通电加热使所有分隔空间范围内紧贴加热透水管的土体中的自由水加速汽化，汽化后的自由水通过透水孔和半透膜汇集到相应的测量室内；通过湿敏电阻测定各测量室内的水汽湿度，并根据加热时间和水汽湿度得出土体中的含水率。本专利技术的测定仪，通过一次开孔就能够在现场持续测量土体连续深度内的含水率及其变化，结构简单、操作方
便，且准确性高。
[0016](2)、本专利技术的测定方法运用基于加热汽化法的粘性土含水率测定仪测定土体不同深度范围内含水率，较准确地反映粘性土连续深度范围中的土体含水率及其变化；本专利技术的测定方法可以有效地监测土体的含水率变化，为滑坡灾害的预警提供实时监测数据和防治参数。
[0017]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。
附图说明
[0018]构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术中测定单元的立体结构示意图；图2是本专利技术中测定单元的横向截面结构示意图；其中，1
‑
主连接管，2
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加热透水管，2.1
‑
透水孔，3
‑
半透膜，4
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湿敏电阻，5
‑
环形气囊，6
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充气管，7
‑
线路管，8
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防水镀层，a
‑
测量室，b
‑
气囊容纳腔。
具体实施方式
[0019]以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于加热汽化法的粘性土含水率测定仪，其特征在于，包括至少两个测定单元，所述至少两个测定单元沿所述测定单元的长度方向依次连接；每个所述测定单元均包括主连接管(1)、加热透水管(2)、半透膜(3)、湿敏电阻(4)、环形气囊(5)和充气管(6)，所述加热透水管(2)套设在所述主连接管(1)的外部，所述加热透水管(2)与所述主连接管(1)之间形成一环形的测量室(a)，所述半透膜(3)粘贴设置在所述加热透水管(2)的内壁上，所述主连接管(1)外壁上包裹设置有至少一个所述湿敏电阻(4)，所述环形气囊(5)套设在所述主连接管(1)的外壁上且于所述测量室的下方，所述充气管(6)设置在所述主连接管(1)中；任意相邻的两个所述测定单元的所述充气管(6)之间密封连通，每个所述充气管(6)均与相应所述环形气囊(5)相连通，最顶层的所述测定单元的所述充气管(6)上端与外部加压设备相连通；在现场测定粘性土含水率时，将所述测定仪放置在粘性土的钻孔中，利用所述外部加压设备对所有所述环形气囊(5)进行充气，使得所述环形气囊(5)膨胀且其外壁逐渐挤压钻孔孔壁，并最终将所述钻孔在其深度内上下分隔为至少两个相互独立的分隔空间。2.根据权利要求1所述的测定仪，其特征在于，所述加热透水管(2)包括内外两层均布有透水孔(2.1)的筒式金属壳，且内层金属壳与外层金属壳之间均布设有螺旋电热丝，并填装有用以固定所述螺旋电热丝的导热绝缘介质；所述加热透水管(2)的底部设有引出电极，所述引出电极的一端与所述螺旋电热丝相连、另一端伸入设置在所述主连接管(1)内。3.根据权利要求2所述的测定仪，其特征在于，每个所述主连接管(1)内均设置有与所述充气管(6)并列设置的线路管(7)；每个所述测定单元中的所述引出电极和所述湿敏电阻均通过线路与地表控制系统电连接，所述线路管用于保护所述线路。4.根据权利要求3所述的测定仪，其特征在于，任意相邻的两个所述主连接管(1)之间通过短程螺纹型卡合结构连接，任意相邻的两个所述充气管(6)和两个所述线路管(7)之间均设有上下对应的橡胶圈卡扣；在任意相邻的两个所述主连接管拧紧后，两个所述充气管(6)...

【专利技术属性】
技术研发人员：范平阳，左文贵，柳建新，王旭，郭荣文，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：