[发明专利]非饱和冻土基质势的测量方法

说明书

本发明公开了一种非饱和冻土基质势的测量系统与测量方法，系统包括检测头、温控装置、光学测量模块和数据处理模块；检测头包括外套、温度传感器、液态水过滤板和透光镜片，外套的两端均为开口，液态水过滤板连接于外套的外端以防止液态水进入外套内，透光镜片连接于外套内、沿外套长度方向布置，一对温度传感器分别连接于外套的外端外、关于透光镜片对称布置；温控装置与透光镜片相连用于调控透光镜片的温度；光学测量模块包括红外线发射器、红外线接收器，两者对正设置于外套的内壁、分置于透光镜片的两侧；数据处理模块与光学测量模块电性连接用于监测信号脉冲的变化。现场测量，消除模拟误差；利用光学元件排除低温环境的影响。

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，特别是涉及一种非饱和冻土基质势的测量系统与测量方法。

背景技术

目前测量非饱和土基质势大小常用方法都是在室内的实验方法，国内开展土壤基质势测量的装置一般采用基于连通器原理的水银负压计、基于热容原理的干式负压计和使用土壤基质势传感器测量吸力等。然而，这类方法虽然有一定的适用范围，但仍然有以下局限性。

1、室内试验与现场试验仍有差别，不能很好地模拟真实土体的真实物理化学性质，在土体的取样和运输过程中，会对土体的原生质造成破坏，尤其是在基质势对外界干扰极其敏感的情况下；

2、低温作业环境下，热力学电子元件会受到影响测量数据不一定准确；

3、目前测量的方法比较复杂，而且测量基质势的精度要求极高，传统的测量方法未能满足试验要求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种简单、快捷且能够直接在现场进行测量的非饱和冻土基质势的测量系统与测量方法。

本发明提供的这种非饱和冻土基质势的测量系统，它包括检测头、温控装置、光学测量模块和数据处理模块；检测头包括外套、温度传感器、液态水过滤板和透光镜片，外套的两端均为开口，液态水过滤板连接于外套的外端以防止液态水进入外套内，透光镜片连接于外套内、沿外套长度方向布置，一对温度传感器分别连接于外套的外端外、关于透光镜片对称布置；温控装置与透光镜片相连用于调控透光镜片的温度；光学测量模块包括红外线发射器、红外线接收器，红外线发射器和红外线接收器对正设置于外套的内壁、分置于透光镜片的两侧；数据处理模块与光学测量模块电性连接用于监测信号脉冲的变化。

在一个具体实施方式中，使所述外套为圆柱形套体，其外端端部对称布置有一对装配孔。

作为优选，使所述温度传感器为安装于装配孔内带负温的温度计。

在一个具体实施方式中，使所述液态水过滤板包括外板和内衬，外板为固接于外套外端的圆板，内衬为粘接于外板内侧的防水透气膜。

作为优选，所述外套的内端设有封板，所述透光镜片为PC镜片，透光镜片沿外套的轴向中心布置、位于液态水过滤板与封板之间。

作为优选，所述温控装置采用电子温控器，其温度检测元件为铂电阻温度传感器，铂电阻温度传感器设置于所述封板的内侧与透光镜片接触以调控透光镜片的温度。

在一个具体实施方式中，使所述数据处理模块包括数据采集仪和电脑。

本发明还了提供了一种非饱和冻土基质势的测量方法，该方法利用上述的测量系统为工具，包括以下步骤：

步骤一、将检测头的温度传感器端插入冻土地基中，静止8—12分钟，直至温度传感器的温度数值达到稳定时,读取一对温度传感器测得的温度，分记为T₁,T₂,取环境温度为

步骤二、启动温控装置，调节透光镜片的温度至与环境温度相等；

步骤三、静止5-10分钟，至红外线接收器的信号达到稳定，记录红外线接收器所连电脑上的信号强度值；