[发明专利]一种强结构性土体持水特征曲线瞬态快速测试仪器及方法

权利要求书

1.一种强结构性土体持水特征曲线瞬态快速测试仪器，其特征在于，包括由有机玻璃制成的底座(5)，底座(5)上设置有用于放置测试土样的土样容器(7)，在底座(5)和土样容器(7)之间分别设置有体积含水量测试装置和基质吸力测试装置，体积含水量测试装置包括嵌入在底座(5)中心的电路板(2)，在电路板(2)的表面附着有两组平行设置的电磁波导探头，两组电磁波导探头呈U型布置且开口方向相反，第一组电磁波导探头由两条相互平行的第一镀金铜线(1-1)组成，第二组电磁波导探头由两条相互平行的第二镀金铜线(1-2)，两条第一镀金铜线(1-1)分别与第一同轴电缆(3-1)的内外导体焊接连接，两条第二镀金铜线(1-2)分别与第二同轴电缆(3-2)的内外导体焊接连接，两条平行镀金铜线之间的间距为3～5mm，每条镀金铜线的直径为1～3mm；基质吸力测试装置包括贯穿设置在底座(5)中心的陶土头(4)，陶土头(4)的上部伸出至底座(5)的外部用于和土样容器(7)内的测试土样接触，陶土头(4)的下部经过硬塑管(9)与压力表连接，硬塑管(9)内设置有无气水，通过压力表读取基质吸力，在陶土头(4)的四周和底部设置有密封胶(11)，陶土头(4)的上部伸出端设置在体积含水量测试装置的两组平行电磁波导探头之间，陶土头(4)为直径4～6mm，长6～8mm的圆柱形陶瓷，其进气值为100kPa，陶土头(4)的上部伸出端的长度为1～2mm，体积含水量测试装置通过同轴电缆与电磁波发射器连接，基质吸力测试装置通过硬塑管(9)与压力表连接，体积含水量测试装置和基质吸力测试装置分别用于对测试土样的体积含水量和基质吸力进行测量，将体积含水量和基质吸力的测试值关联获得测试土样的持水特征曲线。

2.根据权利要求1所述的一种强结构性土体持水特征曲线瞬态快速测试仪器，其特征在于，电路板(2)的直径为65～75mm，电路板(2)的厚度为5～10mm。

3.根据权利要求1所述的一种强结构性土体持水特征曲线瞬态快速测试仪器，其特征在于，土样容器(7)通过螺钉(10)与底座(5)固定连接，土样容器(7)的底部沿土样容器开有水平的排水孔(8)，在土样容器(7)与底座(5)之间设置有橡胶圈(6)。

4.根据权利要求3所述的一种强结构性土体持水特征曲线瞬态快速测试仪器，其特征在于，测试土样为直径65～75mm，高10～30mm的圆柱体。

5.一种根据权利要求1至4中任一项所述强结构性土体持水特征曲线瞬态快速测试仪器的测量方法，其特征在于，测试基质吸力时，首先将陶土头利用无气水进行饱和，同时硬塑管内充满无气水；陶土头顶部通过与测试土样接触进行基质吸力平衡，该基质吸力通过硬塑管中无气水传至压力表进行读取；

测试持水特征曲线时，将测试土样放入土样容器中，通过对测试土样上方喷水来进行土样增湿；土样容器下部的排水孔用于促进水分在测试土样中的下渗和排水；测试土样的下表面接触电磁波导探头和陶土头分别进行体积含水量和基质吸力的测试；

测试土样体积含水量时，通过电磁波发射器发射一个电磁脉冲，该脉冲通过第一同轴电缆和第二同轴电缆及平行的第一双镀金铜线和平行的第二双镀金铜线传播，在遇到阻抗不连续的地方发生反射并由示波器记录反射信号，最终通过分析该反射信号获得土样的介电常数，然后利用Topp方程由土样介电常数计算测试土样的体积含水量θ_w为：

θ_w＝-5.3×10^-2+2.92×10^-2ε_a,soil-5.5×10^-4ε_a,soil²+4.3×10^-6ε_a,soil³

其中，ε_a,soil为测试土样介电常数。