[发明专利]一种三轴试验土样含水量分布测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种可在三轴试验过程中精确测试土样含水量分布变化规律的装置，属于测试技术领域。 

背景技术

在三轴试验过程中，土样中含水量分布的测试对于研究土中水分的迁移与入渗规律至关重要，对于研究土的水-力学耦合性能有着极为重要的价值。如研究黄土中水分迁移规律有利于阻止黄土湿陷危害的发生，在冻土工程中水分迁移的测试是研究冻胀融沉机理的主要途径；特别是在动力作用下，水分入渗规律的测试，对于研究路基翻浆冒泥产生机理及消除方法的设计有着极为重要的意义。传统的测试方法主要是通过分层取土，然后采用烘干法测试各层含水率。然而，这种方法只能测试试验结束时刻的含水量分布，无法测试实验过程中的含水率分布变化，存在无法实时动态观测的弊病，无法掌握变化规律。另外，研究者们也提出了间接测试方法，这些方法主要是利用土样的介电常数、磁导率及电导率与土样含水率之间的关系，通过测试土样的这些参数间接获得土样的含水率，然而这些方法普遍存在一个问题是传感器（探针）必须植入土中，在三轴测试中植入探针会改变土样的力学性质，影响力学试验的精度；同时所有这些测试方法探头的体积都比较大，尺寸远大于三轴样本身，根本无法测试三轴样的含水率分布。有鉴于此，有必要开发一种精确、无扰动且精细的测试土样含水率方法以实现对三轴样含水率分布的测定。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种可精确测试土样含水量分布变化规律的三轴试验土样含水量分布测试装置。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种三轴试验土样含水量分布测试装置，构成中包括恒流交流源、动态电压测试仪、计算机和多组片状电极，所述多组片状电极分别与柱状三轴样的各层土样相对应，每组包含四个片状电极，同组的四个片状电极沿对应土样层周向依次相隔45°粘贴于土样层与三轴膜之间，每组片状电极中距离最远的两个片状电极与中间两个片状电极交替与恒流交流源的两电极及动态电压测试仪的两个输入端连接，动态电压测试仪的输出端与电脑连接，该装置的测试步骤如下：

① 对于同一组片状电极，首先将距离最远的两个片状电极（第一电极a与第四电极d）与恒流交流源连接，并提供外恒定交流电流                                                ，电脑通过动态电压测试仪测试中间两电极（第二电极b与第三电极c）上的电压，然后改变接线方式，在中间两电极（第二电极b与第三电极c）之间施加内恒定交流电流，测试距离最远的两个片状电极（第一电极a与第四电极d）上的电压；

② 计算内测试电阻和外测试电阻，并利用公式：

式中：为试样直径，根据上式可计算出对应土层的电阻率；

③ 利用上述方法依次计算出柱状三轴样中各层土样的电阻率；

④ 根据预先标定的电阻率与含水率的对应关系确定各层土样的含水率，从而获得土样含水量分布变化曲线。

上述三轴试验土样含水量分布测试装置，相邻两组片状电极在三轴样轴线方向上的间距不小于片状电极的宽度，多组片状电极交错布于柱状三轴样的两侧，以减少相邻电极对测试的干扰。

上述三轴试验土样含水量分布测试装置，所述片状电极采用镀铱钽的钛电极箔，电极引线通过U型端子与片状电极卡接。

上述三轴试验土样含水量分布测试装置，所述片状电极通过双面胶粘贴在三轴膜的内表面上。

本发明利用范德堡原理实现对土样含水量的实时、动态测量，由于采用了柔软的片状电极，本装置对土样的力学特性不会产生任何影响，大大提高了土样含水量的测试精度。本发明具有如下特点：

1.本发明具有实时、动态、无损伤、小巧和不影响土样的力学特性等优点，弥补了现有含水量测定方法中存在的破坏试样、探头体积大及影响土样力学性质等问题。

2.测试电极的大小、相对位置可灵活掌握，受外界和安装误差影响极小，同时，土样变形（直径变粗）对测试电阻率影响较小，具有便于操作且精度高的优点。

3.三轴实验主要反映土的力学特性，本装置的提出，拓展了力学与水分迁移的耦合实验研究的新途径。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明的结构示意图；

图2是片式电极的布置示意图；

图3是图2的后视图；

图4是A-A剖视图；

图5是典型土样电阻率与含水率的标定关系曲线。