一种修正土样离心变形的污泥土基质吸力测试装置及方法制造方法及图纸

一种修正土样离心变形的污泥土基质吸力测试装置及方法，通过搭建污泥土的基质吸力测试装置，采用结构光测量方法测得土样的高度l

【技术实现步骤摘要】
一种修正土样离心变形的污泥土基质吸力测试装置及方法


[0001]本专利技术属于环境土工测试领域，尤其涉及一种修正土样离心变形的污泥土基质吸力测试装置及方法。

技术介绍

[0002]土水特征曲线是表征土体持水能力的重要依据，污泥土中有机质的含量与基质吸力的关系曲线是污泥土固化处理的基础数据，离心方法是测试土体基质吸力的快速手段。现有文献在计算基质吸力时未考虑不均匀体变对基质吸力计算的影响，得到的基质吸力与土体真实的基质吸力之间存在一定偏差，进而影响土水特征曲线的准确性。同时，在离心过程中常忽略残留在透水石中的液态有机质，故不能准确得到离心土样中的有机质的含量，或依据排出物的含量测定的有机质存在一定的滞后性。
[0003]可见，给出能够克服上述不足的技术方法，基于离心方法实现考虑离心变形的土水特征曲线的测定，扣除透水石中残留的有机质，准确得到污泥土的基质吸力与有机质含量的关系，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种修正土样离心变形的污泥土基质吸力测试装置及方法，可用于修正土样离心变形影响下的基质吸力测试精度。
[0005]本专利技术的一个方面，提供了一种修正土样离心变形的污泥土基质吸力测试装置，包括：离心机、土样模具、天平、结构光测量系统、测量装置支架、电子设备；土样模具包括模具顶盖、模具筒、透水石和储水室，土样模具用于盛装离心土样；天平设置于测量装置支架上，天平的上表面设置有土样模具卡槽；结构光测量系统安装在测量装置支架上，结构光测量系统包括激光投射器、CCD摄像机；在离心前，土样模具配置在离心机中，经过离心机离心后的土样模具卡置在天平上的土样模具卡槽处，在除去模具顶盖时，电子设备用于读取离心土样的相关参数。
[0006]本专利技术的另一个方面，提供了一种修正土样离心变形的污泥土基质吸力测试方法，利用如上所述的测试装置，该方法包括如下步骤：
[0007]1)称量并记录土样离心前土样中土颗粒质量m
s
、有机质含量m
o
、水的质量m
w
、透水石干燥时的质量m1和透水石饱和状态的质量m2；
[0008]2)设置离心机1的转速为n
i
、离心时间为t
i
，其中，i表示离心试验次数，i＝1,2,3，
……
，n
i
表示第i次离心试验时离心机的转速，t
i
表示第i次离心试验时的离心时间。
[0009]3)待离心机完成转速为n
i
的离心试验后，将土样模具卡置在土样模具卡槽处，打开模具顶盖，将激光投射器及CCD摄像机对准离心土样，借由电子设备读取离心土样的高度l
i
、裂缝体积ΔV
i
和土样截面积S
i
，并计算第i次离心试验后的离心土样的修正高度L
i
，L
i
通过以下公式(1)获得：
[0010][0011]然后，根据离心土样的修正高度L
i
，借由电子设备，计算第i次离心试验后的基质吸力σ
i
，，σ
i
通过以下公式(2)获得：
[0012][0013]其中，c为离心机中心到离心土样底部的垂直距离；ρ
w
为水的密度；
[0014]4)通过微谱分析得到储水室中水的质量m
ai
和有机质的质量m
bi
，通过以下公式(3)获得模具筒中水的质量m
ci
和透水石中水的质量m
ei
之和，
[0015]m
ci
+m
ei
＝m
w
‑
m
ai
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0016]并通过以下公式(4)获得模具筒8中有机质的质量m
di
和透水石中残留的有机质质量m
fi
之和，
[0017]m
di
+m
fi
＝m
o
‑
m
bi
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0018]5)采用近红外法测得第i次离心试验后模具筒中离心土样的含水率w
i
；
[0019]6)通过离心土样的含水率w
i
，借由电子设备，计算模具筒中水的质量m
ci
，m
ci
通过以下公式(5)获得：
[0020]m
ci
＝w
i
·
m
s
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0021]7)根据公式(3)、公式(5)，借由电子设备，计算透水石中水的体积V
ei
，V
ei
通过以下公式(6)获得：
[0022][0023]8)根据透水石干燥时的质量m1和透水石饱和状态的质量m2，借由电子设备计算透水石的孔隙体积V
v
，V
v
通过以下公式(7)获得：
[0024][0025]此外，透水石的孔隙体积V
v
还满足以下公式(8)：
[0026]V
v
＝V
fi
+V
ei
+V
gi
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0027]其中，V
fi
为透水石中残留的有机质的体积；V
gi
为透水石孔隙中气体体积；
[0028]9)根据透水石中水的体积V
ei
，透水石中残留的有机质的体积V
fi
，透水石孔隙中气体体积V
gi
，采用高密度电导率测试方法，测试透水石中水、残留有机质和气体的电导率，并根据三相并联电阻率模型，借由电子设备，计算综合电导率ρ
’
，ρ
’
通过以下公式(9)获得：
[0029][0030]其中，ρ
w
’
为水的电导率；ρ
o
’
为有机质的电导率；ρ
g
’
为气体的电导率；d为电导率阴阳两级之间的距离；
[0031]10)根据透水石中残留的有机质的体积V
fi
，借由电子设备，计算透水石中残留的有机质的质量m
fi
，m
fi
通过以下公式(10)获得：
[0032]m
fi
＝ρ
o
·
V
fi
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种修正土样离心变形的污泥土基质吸力测试装置，其特征在于，包括：离心机(1)、土样模具(2)、天平(3)、结构光测量系统(4)、测量装置支架(5)、电子设备(6)；所述土样模具(2)包括模具顶盖(7)、模具筒(8)、透水石(9)和储水室(10)，土样模具用于盛装离心土样；所述天平(3)设置于测量装置支架(5)上，天平(3)的上表面设置有土样模具卡槽(11)；所述结构光测量系统(4)安装在测量装置支架(5)上，结构光测量系统(4)包括激光投射器(12)、CCD摄像机(13)；在离心前，土样模具(2)配置在离心机(1)中，经过离心机(1)离心后的土样模具(2)卡置在天平(3)上的土样模具卡槽(11)处，在除去模具顶盖(7)时，电子设备(6)用于读取离心土样的相关参数。2.一种修正土样离心变形的污泥土基质吸力测试方法，利用如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，该方法包括如下步骤：1)称量并记录土样离心前土样中土颗粒质量m
s
、有机质含量m
o
、水的质量m
w
、透水石干燥时的质量m1和透水石饱和状态的质量m2；2)设置离心机(1)的转速为n
i
、离心时间为t
i
，其中，i表示离心试验次数，i＝1,2,3，
……
，n
i
表示第i次离心试验时离心机(1)的转速，t
i
表示第i次离心试验时的离心时间。3)待离心机(1)完成转速为n
i
的离心试验后，将土样模具2卡置在土样模具卡槽(11)处，打开模具顶盖(7)，将激光投射器(12)及CCD摄像机(13)对准离心土样，借由电子设备(6)读取离心土样的高度l
i
、裂缝体积ΔV
i
和土样截面积S
i
，并计算第i次离心试验后的离心土样的修正高度L
i
，L
i
通过以下公式(1)获得：然后，根据离心土样的修正高度L
i
，借由电子设备(6)，计算第i次离心试验后的基质吸力σ
i，
，σ
i
通过以下公式(2)获得：其中，c为离心机(1)中心到离心土样底部的垂直距离；ρ
w
为水的密度；4)通过微谱分析得到储水室(10)中水的质量m
ai
和有机质的质量m
bi
，通过以下公式(3)获得模具筒(8)中水的质量m
ci
和透水石(9)中水的质量m
ei
之和，m
ci
+m
ei
＝m
w
‑
m
ai
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)并通过以下公式(4)获得模具筒(8)中有机质的质量m
di
和透水石(9)中残留的有机质质量m
fi
之和，m
di
+m
fi
＝m
o
‑
m
bi
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)5)采用近红外法测得第i次离心试验后模具筒(8)中离心土...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛强，于化月，陈之祥，万勇，刘立洋，陈新，孙翔，华龙飞，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：