應(yīng)用vdp法測試柱狀土體電阻率或含水量的影響線法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應(yīng)用VDP法測試柱狀土體電阻率或含水量的影響線法，涉及土木工程技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明為了實現(xiàn)VDP法測試柱狀土體電阻率，本發(fā)明專利基于VDP法測試扁平單元土體電阻率、含水量的方法，借助于“換算系數(shù)η”，“高度效應(yīng)影響線”，將VDP法成功應(yīng)用于測試柱狀土體試樣的電阻率，利用推導(dǎo)得出的“通用含水量公式”將該方法應(yīng)用于測試土體含水量。
【專利說明】
應(yīng)用VDP法測試柱狀土體電阻率或含水量的影響線法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及土木工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用VDP法測試柱狀土體電阻率或 含水量的影響線法。
【背景技術(shù)】
[0002] VDP法提供了一種方便精確測試任意形狀導(dǎo)體電阻率的方法，該測試方法對于測 試材料的幾何形狀無限制，受電極尺寸、大小、接觸程度影響小，實測中測試精度高，因此被 廣泛應(yīng)用。VDP法多用于測試半導(dǎo)體、超導(dǎo)體、電解質(zhì)溶液及電磁材料的電阻率。然而，該方 法在理論上要求測試對象為厚度均勻薄片狀物體，這極大的限制了 VDP法的應(yīng)用。在工程 中，研究者常通過測試土體電阻率來反映土的含水率，傳統(tǒng)土體電阻率測試一般采用伏安 法，二相電極法、三相電極法、四相電極法等，然而這些方法對試樣要求較高，易破壞土體的 完整性，采用VDP法測試土的電阻率對于提高測試精度必將產(chǎn)生積極影響，而土工試驗中土 樣多為柱狀樣，使用VDP法測試時受到限制，不能夠保證測試結(jié)果的精度，這給試驗者們帶 來了一定的困擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種應(yīng)用VDP法測試柱狀土體電阻率或含水量 的影響線法，旨在利用電阻率影響線、含水量影響線公式將VDP法擴展應(yīng)用到柱狀體的電阻 率、含水量的測量中。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:一種應(yīng)用VDP法測試柱狀土體 電阻率或含水量的影響線法，其特征在于:其電阻率測試步驟如下：
[0005] (1)制備出與被測柱狀土體同一壓實度、同一含水量的標(biāo)準(zhǔn)扁平單元土體；
[0006] (2)利用常規(guī)測試法對標(biāo)準(zhǔn)扁平單元土體的電阻率P1Q進行測量；
[0007] (3)將高度為h的被測柱狀土體等分為η層，利用VDP法對第i層進行測試，測得電阻 率 Pci，n彡 2，i<n;
[0008] (4)利用電阻率P1Q、電阻率Pci得出η層中第i層的換算系數(shù)n(hi);
[0009] (5)利用拋物線對換算系數(shù)ri(hi)與h擬合為電阻率影響線ri(h)=〇(h);
[0010] (6)根據(jù)電阻率影響線n(h)=〇(h)得出任意高度的電阻率Ph。
[0011] 進一步的技術(shù)方案在于，其含水量測試步驟如下：
[0012] (1)制備出m個與被測柱狀土體同一壓實度、不同含水量的標(biāo)準(zhǔn)扁平單元土體，m彡 4；
[0013] (2)利用常規(guī)測試法對第i個標(biāo)準(zhǔn)扁平單元土體的含水量~、電阻率pmi進行測量， i^m；
[0014] (3)利用指數(shù)函數(shù)對含水量?7?·與電阻率Ai擬合為含水量影響線P(/?) = Φ#)。
[0015] ⑷利用含水量影響線ΜΑ) = φ(?·)、電阻率影響線n(h) = 〇(h)得出任意高度的含 水量
[0016] 進一步的技術(shù)方案在于，其電阻率測試中步驟(4)中所述的第i層換算系數(shù)ri(hi) 有關(guān)系式為PiQ = n(hi) ·ρ〇?。
[0017] 進一步的技術(shù)方案在于，其電阻率測試中步驟（6)中所述任意高度的電阻率
[0018] 進一步的技術(shù)方案在于，其含水量測試中所述步驟（3)中含水量影響線為 p = AeB%:其中A = -2.4k+287，k為壓實度，Α，Β為擬合參數(shù)。
[0019] 進一步的技術(shù)方案還在于，其含水量測試中所述被測柱狀土體第i層的含水量
[0020] 采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:本發(fā)明基于范德堡法(VDP法)測試扁 平土體電阻率、含水量的方法，發(fā)現(xiàn)了VDP法測試非扁平試樣時存在著"高度效應(yīng)"，基于此 提出了"換算系數(shù)η"，"高度效應(yīng)影響線"的概念，實現(xiàn)了同一壓實度同一含水量下非扁平試 樣沿高度方向不同位置的土體和扁平單元土體電阻率間的轉(zhuǎn)換，并推導(dǎo)了可以考慮試樣高 度效應(yīng)的通用含水量公式，為分層測試柱狀土體電阻率提供了理論依據(jù)。
【附圖說明】
[0021] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0022] 圖1(a)是在在壓實度80%的實測值與預(yù)測值的比較；
[0023] 圖1(b)是在在壓實度85%的實測值與預(yù)測值的比較；
[0024] 圖1(c)是在在壓實度90%的實測值與預(yù)測值的比較；
[0025] 圖1(d)是在在壓實度95%的實測值與預(yù)測值的比較；
[0026] 圖2是測試原理圖；
[0027] 圖3(a)是公式測試法試樣含水量測試圖；
[0028] 圖3(b)是傳統(tǒng)方法測試試樣含水量測試圖。
【具體實施方式】
[0029] 下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0030] 在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以 采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的 情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。
[0031] 本發(fā)明其電阻率測試步驟如下：
[0032] (1)制備出與被測柱狀土體同一壓實度、同一含水量的標(biāo)準(zhǔn)扁平單元土體；
[0033] (2)利用常規(guī)測試法對標(biāo)準(zhǔn)扁平單元土體的電阻率p1Q進行測量；
[0034] (3)將高度為h的被測柱狀土體等分為η層，利用VDP法對第i層進行測試，測得電阻 率 Pci，n彡 2，i<n;
[0035] (4)利用電阻率Pio、電阻率Pci得出η層中第i層的換算系數(shù)n(hi);
[0036] (5)利用拋物線對換算系數(shù)ri(hi)與h擬合為電阻率影響線ri(h)=〇(h);
[0037] (6)根據(jù)電阻率影響線q(h)=〇(h)得出任意高度的電阻率Ph。
[0038] 其含水量測試步驟如下：
[0039] (1)制備出m個與被測柱狀土體同一壓實度、不同含水量的標(biāo)準(zhǔn)扁平單元土體，m彡 4；
[0040] (2)利用常規(guī)測試法對第i個標(biāo)準(zhǔn)扁平單元土體的含水量電阻率pmi進行測 量，i<m;
[0041 ] (3)利用指數(shù)函數(shù)對含水量?與電阻率Pmi擬合為含水量影響線ρ(Α) = Φ(δΤ)。
[0042] (4)利用含水量影響線/)(/?) = 〇如）、電阻率影響線11〇1) = 〇〇1)得出任意高度的含 水量·fr;
[0043] 在電阻率測試中步驟(4)中所述的第i層換算系數(shù)ri(hi)有關(guān)系式為p1Q = ri(hi) · Pci 〇
[0044] 在電阻率測試中步驟(6)中所述任意高度的電阻率
[0045]在含水量測試中所述步驟(3)中含水量影響線為p = ,
[0046] 其中A = _2 · 4k+287，k為壓實度，A，B為擬合參數(shù)。
[0047] 在含水量測試中所述被測柱狀土體第i層的含水量
，C為常 數(shù)，
[0048] 在實施例中分為兩部分:首先是對含水量影響線的實施，在室溫25°C條件下進行 的，利用VDP法首先對扁平的單元土體進行電阻率測試，將得到的電阻率代入中，反求含水 量。
[0049]在此把底面直徑為39.1mm，高度為10mm的試樣定義為標(biāo)準(zhǔn)的扁平單元土體，此處 選用的鈦電極尺寸為5 X 10mm。在土體試樣外表面穩(wěn)定住4個鈦電極并與試樣貼緊后進行電 阻率測試試驗，為了保證測試精度，我們選用5組不同含水量的試樣組，每組試樣組包括4個 不同壓實度的標(biāo)準(zhǔn)扁平單元土體，其方案見表1。
[0050] 表1測試標(biāo)準(zhǔn)單元體電阻率
[0052] 對表1中的對每個標(biāo)準(zhǔn)扁平單元土體的含水量用烘干法實測含水量，其如圖1(a)-1(d)所示，4幅圖的橫坐標(biāo)為用烘干法實測所得的含水量，縱坐標(biāo)為測得電阻率代入 p = AeBw所得含水量，然后根據(jù)此公式/? = AeBw反求的預(yù)測含水量ω?？梢钥吹酱?電阻率后利用公式算出的含水量與實測值均勻的散落在y = x的周邊，這說明該 p = 應(yīng)用于測含水量具有很好的適用性。
[0053] 第二部的實施是利用公式
對初始含水量為8%，壓實度為 90%，高度為80mm，底面直徑為39.1mm柱狀土體不同的位置進行含水量的測試，在此，準(zhǔn)備 公式測試法試樣和多個傳統(tǒng)方法測試試樣組，利用如圖2所示的原理，用注射器在每個柱狀 土體的頂部往下滴水，使得水沿著試樣的高度往下滲，對每個柱狀體分為8層進行測試，對 于公式測試法試樣，將每層在各個時間得到的電阻率轉(zhuǎn)Pea代入
進而求解出該柱狀土體在不同時間段每層的含水量，對于傳統(tǒng)方法測試試樣組，依次利用 破壞試樣的烘干法在不同的時間進行含水量的測量，由于會破環(huán)試樣，然后就會不能利用， 所以要準(zhǔn)備多個初始含水量為8%，壓實度為90%，高度為80mm，底面直徑為39.1mm柱狀土 體在同一時間進行注射器滲水，以保證影響因素的減少，盡可能的保證精確度，其測試結(jié)果 如圖3(a)、3(b)所示，經(jīng)過對比觀察，應(yīng)用于測試含水量具有很好 的適用性。
【主權(quán)項】
1. 應(yīng)用VDP法測試柱狀±體電阻率或含水量的影響線法，其特征在于:其電阻率測試步 驟如下： (1) 制備出與被測柱狀±體同一壓實度、同一含水量的標(biāo)準(zhǔn)扁平單元±體； (2) 利用常規(guī)測試法對標(biāo)準(zhǔn)扁平單元±體的電阻率P10進行測量； (3) 將高度為h的被測柱狀±體等分為η層，利用VDP法對第i層進行測試，測得電阻率 Pci，n>2，i《n; (4) 利用電阻率P10、電阻率Pci得出η層中第i層的換算系數(shù)η化i); (5) 利用拋物線對換算系數(shù)η化i)與h擬合為電阻率影響線η化）=σ化）； (6) 根據(jù)電阻率影響線η化）=〇化)得出任意高度的電阻率Ph。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用VDP法測試柱狀±體電阻率或含水量的影響線法，其特征 在于:其含水量測試步驟如下： (1) 制備出m個與被測柱狀±體同一壓實度、不同含水量的標(biāo)準(zhǔn)扁平單元±體，m>4; (2) 利用常規(guī)測試法對第i個標(biāo)準(zhǔn)扁平單元±體的含水量噸阻率Pmi進行測量， m; (3) 利用指數(shù)函數(shù)對含水量巧與電阻率Pmi擬合為含水量影響線Ρ(Α) = Φ切）。 (4) 利用含水量影響線Ρ神)=Φ(的:、電阻率影響線η化）=〇化)得出任意高度的含水量 切h;。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用VDP法測試柱狀±體電阻率或含水量的影響線法，其特征 在于:步驟(4)中所述的第i層換算系數(shù)η化i)有關(guān)系式為Ρ?〇=η化i) · Pci。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用VDP法測試柱狀±體電阻率或含水量的影響線法，其特征 在于:步驟(6)中所述任意高度的電阻率5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用VDP法測試柱狀±體電阻率或含水量的影響線法，其特征 在于:所述步驟(3)中含水量影響線為t中A = -2.4k+287，k為壓實度，A，B為 擬合參數(shù)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或4或5所述的應(yīng)用VDP法測試柱狀±體電阻率或含水量的影響線 法，其特征在于:所述被測柱狀±體第i層的含水JC為常數(shù)，其值為 -丄 ?η/4。巧
【文檔編號】G01N27/04GK106093129SQ201610392845
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月3日 公開號201610392845.9, CN 106093129 A, CN 106093129A, CN 201610392845, CN-A-106093129, CN106093129 A, CN106093129A, CN201610392845, CN201610392845.9
【發(fā)明人】常建梅, 馮懷平, 張志 , 王志鵬
【申請人】石家莊鐵道大學(xué)