[发明专利]土体在雷电冲击作用下电性响应测定装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种测试装置，特别涉及一种土体在雷电冲击作用下电性响应测定装置。

背景技术

雷击是一种静电放电现象，当雷云与大地之间的电场强度增加到一定时，就会在雷云与大地之间进行放电，即形成雷击。1753年富兰克林研究证明，雷击实际上是强大电流的释放过程，雷电活动一旦对大地进行放电，随之就会产生数十万安培的放电电流，巨大的单位能量及强烈的电磁场活动，便会引起巨大的热效应、电效应，这意味着巨大能量的传播和转换过程随之而来，于是，富兰克林发明了避雷针，其目的就是“引雷入地”，也就是说，即使采用任何一种类型的防雷措施，最终都是将雷击电流及能量泄放入地，也即岩土体。

雷击的产生与土体的电阻率关系密切，土体电阻率较大的地层构造使得土层的导电性能下降，不易形成击穿。如果土体的电阻率大于某个平均值，就意味着雷电将空气击穿后不能击穿下伏土体，从而减少了形成雷电通道的机率。那么，是否可以从改变土体电阻率入手获得防雷减灾的新途径呢？据上海民防网显示，上海属我国雷击多发地区，全市年平均雷暴日为53.9天，每年因雷击造成的直接经济损失接近2亿元。该课题的研究对上海地区的防雷减灾有一定的指导意义。

在雷电形成的两极中，人们对“雷云”一极的气象学研究的关注程度较高，而对雷电产生的另一极，即土体电性方面直到20世纪80年代后期才逐渐受到学者的关注。

纵观国内外有关研究现状，雷电冲击与其他学科相结合的交叉研究还十分欠缺，国内外电气工程学者们研究成果集中于接地装置的雷电冲击特性，岩土工程工作者们主要聚焦于土体电性与土的物理力学性质关系以及电渗处理淤泥软土地基方面，而以土体为研究对象，雷电冲击作用下土体的电性响应、土体细观结构变化与冲击“扰动”特征以及基于“扰动”而改变的土体力学性状的研究成果鲜见报道。其中一重要因素是雷电冲击试验装置的难操作性。

黄展案在其硕士论文中进行了“附加电场条件下吹填土电性响应机理研究”，其中对于土体电阻率的研究主要集中在不同含水量、不同密实度和不同含盐量对其岩土电阻率的影响，其采用的电阻率测试方法是四电极法，该方法测试土体电阻率精度虽然比较高，但是每次试验只能对单一变量进行控制，且无法模拟雷电冲击环境下土体的电性响。

钟连宏在“不同土壤电阻率对雷电放电过程的影响”用含盐量不同的水来模拟不同电阻率的土体，但其研究重点放在不同土壤电阻率对雷电放电过程的影响，而不是雷电放电过程对岩土电阻率的影响。温晓斌等人重点研究了温度对岩土体电阻率的影响，所采用的试验装置是在常电压下对土体的电阻率进行测试，难以模仿雷电冲击的脉冲电压。

司马文霞等在“土壤电阻率的温度特性及其对直流接地极发热的影响”中采用的试验装置与温晓斌等人相似，该试验装置很难对雷击对岩土体电阻率的影响进行研究。现有的试验装置都是在常压下测试土体的电性响应，很难将其运用到雷电冲击环境下测试土体电性响应。因此，开展雷击电场作用下上海软土电性参数变化特点的科学研究，探索外加电场对上海典型土体细观结构变化及扰动机制，就必须在现有的试验装置基础上进行创新改进，已达到测试雷击环境下测试土体电性响应的试验要求。

然而，现有的土体电性响应试验装置不能很好地模拟雷电冲击对土体电性响应的影响，也无法同步对不同含水量、不同含盐量或不同酸碱度的土体在同一雷击环境下电阻率的变化进行研究。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种能够同步对不同含水量、不同含盐量或不同酸碱度的土体在同一雷击环境下土体电性响应进行测定的土体性质测定装置。

本发明为了实现上述目的，采用了以下结构：

本发明提供一种土体在雷电冲击作用下电性响应测定装置，用于对雷电冲击下土体的电流波形、雷电引起土体扰动位移和孔隙水压力进行测定，其特征在于，包括：模型箱、雷电发生装置和显示装置，其中，模型箱的箱体为中空结构，顶面为敞口，相对两个侧面为带有斜孔的有孔隔板，箱体内设有至少两块与有孔隔板呈正交排列的中间隔板，中间隔板将箱体分隔成至少两个用于填装土体的空腔体，每个空腔体中均设有一个水压传感器，每个水压传感器在对应空腔体中的水平位置均相同，用于测定雷电冲击下填装在该空腔体内的土体的孔隙水压力变化，有孔隔板的外侧都均设有一个带有复数根铜针的铜板电极，每根铜针在铜板电极上的位置与斜孔在有孔隔板上的位置相匹配，在测定雷电冲击时，每个铜针均能与相应的斜孔相嵌合，雷电发生装置与铜板电极相连接，用于为铜板电极提供雷电冲击，显示装置与模型箱相连，用于显示雷电冲击下土体的电流波形。