[发明专利]一种用于土柱试验的电导率测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种用于土柱试验的电导率测量装置，其特征在于，包括土样筒(1)、示踪剂溶液流入端口(2)、示踪剂溶液流出端口(3)、示踪剂溶液流入端电导率传感器(4)、示踪剂溶液流出端电导率传感器(5)、通道选择器(8)、电导率测试仪(9)和计算机(10)；示踪剂溶液流入端电导率传感器(4)和示踪剂溶液流出端电导率传感器(5)分别由电缆(6)和电缆(7)与通道选择器(8)连接，通道选择器(8)通过电导率测试仪(9)和计算机(10)连接；通道选择器(8)可以自动选择示踪剂溶液流入端电导率传感器(4)或示踪剂溶液流出端电导率传感器(5)与电导率测试仪(9)连接。

2.根据权利要求1所述的电导率测量装置，其特征在于，所述土样筒(1)是一个空腔圆柱筒体，示踪剂溶液从示踪剂溶液流入端口(2)流入土样筒，从示踪剂溶液流出端口(3)流出土样筒，示踪剂溶液流入端电导率传感器(4)置于土样筒(1)的上端，示踪剂溶液流出端电导率传感器(5)置于土样筒(1)的下端。

3.根据权利要求1所述的电导率测量装置，其特征在于，所述示踪剂溶液流入端电导率传感器(4)由两个流入端电流电极(11)、(14)和两个流入端电压电极(12)、(13)，示踪剂溶液流出端电导率传感器由两个流出端电流电极(15)、(18)和两个流出端电压电极(16)、(17)组成；电导率传感器土样筒由有机玻璃制作；电极(11)～(18)均由不锈钢制作成扇形，嵌入土样筒(1)中并与其内表面平齐，电极内表面光滑。

4.根据权利要求1所述的电导率测量装置，其特征在于，所述示踪剂溶液流入端口(2)和示踪剂溶液流出端口(3)之间不仅局限于仅有示踪剂溶液流入端电导率传感器(4)和示踪剂溶液流出端电导率传感器(5)两层，还可以有若干层电导率传感器。

5.一种土柱试验电导率的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

A1：将土壤装入土样筒(1)后，从示踪剂溶液流入端口(2)注入去离子水使土样饱和，此时示踪剂溶液流入端电导率传感器(4)测得土样的电流和电压值，通过通道选择器(8)把电压和电流值传递给电导率测试仪(9)，得到土样的最小电导率值σ_min，σ_min存储在计算机中等待运算；

A2：从示踪剂溶液流入端口(2)注入示踪剂溶液，示踪剂溶液从上往下流动，逐渐从从示踪剂溶液流出端口流出，随着时刻t的增加，示踪剂溶液流出端口(3)的示踪剂溶液浓度逐渐增大，示踪剂溶液流出端电导率传感器(5)测得土样在时刻t的电流和电压值，通过通道选择器(8)把电压和电流值传递给电导率测试仪(9)，得到土样在时刻t的电导率值σ_t，σ_t存储在计算机(10)中等待运算；

A3：随着示踪剂溶液从上往下流动，示踪剂溶液流出端口的示踪剂溶液浓度达到最大值并趋于稳定，示踪剂溶液流出端电导率传感器(5)测得土样对应的电流和电压值，通过通道选择器(8)把电压和电流值传递给电导率测试仪(9)，得到土样的最大电导率值σ_max，σ_max存储在计算机(10)中等待运算；

A4：根据下式便可以计算时刻t的土样筒(1)出口截面示踪剂溶液的相对浓度，进一步画出穿透曲线：

其中：c_t为t时刻示踪剂溶液流出土样筒(1)出口截面时的浓度，c₀为示踪剂溶液的初始浓度，c_i为土样孔隙水的原始浓度；σ_t为t时刻示踪剂溶液流出土样筒(1)出口截面时土样的电导率(与c_t对应)，σ_max为土样的最大电导率(与c₀对应)，σ_min为土样的最小电导率(与c_i对应)。