CN106093129B - 应用vdp法测试柱状土体电阻率或含水量的影响线法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用VDP法测试柱状土体电阻率或含水量的影响线法，涉及土木工程技术领域。本发明为了实现VDP法测试柱状土体电阻率，本发明专利基于VDP法测试扁平单元土体电阻率、含水量的方法，借助于“换算系数η”，“高度效应影响线”，将VDP法成功应用于测试柱状土体试样的电阻率，利用推导得出的“通用含水量公式”将该方法应用于测试土体含水量。

Description

应用VDP法测试柱状土体电阻率或含水量的影响线法
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种应用VDP法测试柱状土体电阻率或含水量的影响线法。
背景技术
VDP法提供了一种方便精确测试任意形状导体电阻率的方法，该测试方法对于测试材料的几何形状无限制，受电极尺寸、大小、接触程度影响小，实测中测试精度高，因此被广泛应用。VDP法多用于测试半导体、超导体、电解质溶液及电磁材料的电阻率。然而，该方法在理论上要求测试对象为厚度均匀薄片状物体，这极大的限制了VDP法的应用。在工程中，研究者常通过测试土体电阻率来反映土的含水率，传统土体电阻率测试一般采用伏安法，二相电极法、三相电极法、四相电极法等，然而这些方法对试样要求较高，易破坏土体的完整性，采用VDP法测试土的电阻率对于提高测试精度必将产生积极影响，而土工试验中土样多为柱状样，使用VDP法测试时受到限制，不能够保证测试结果的精度，这给试验者们带来了一定的困扰。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种应用VDP法测试柱状土体电阻率或含水量的影响线法，旨在利用电阻率影响线、含水量影响线公式将VDP法扩展应用到柱状体的电阻率、含水量的测量中。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种应用VDP法测试柱状土体电阻率或含水量的影响线法，其特征在于：其电阻率测试步骤如下：
(1)制备出与被测柱状土体同一压实度、同一含水量的标准扁平单元土体；
(2)利用常规测试法对标准扁平单元土体的电阻率ρ10进行测量；
(3)将高度为h的被测柱状土体等分为n层，利用VDP法对第i层进行测试，测得电阻率ρci，n≥2，i≤n；
(4)利用电阻率ρ10、电阻率ρci得出n层中第i层的换算系数η(hi)；
(5)利用抛物线对换算系数η(hi)与h拟合为电阻率影响线η(h)＝σ(h)；
(6)根据电阻率影响线η(h)＝σ(h)得出任意高度的电阻率ρh。
进一步的技术方案在于，其含水量测试步骤如下：
(1)制备出m个与被测柱状土体同一压实度、不同含水量的标准扁平单元土体，m≥4；
(2)利用常规测试法对第i个标准扁平单元土体的含水量电阻率ρmi进行测量，i≤m；
(3)利用指数函数对含水量与电阻率ρmi拟合为含水量影响线
(4)利用含水量影响线电阻率影响线η(h)＝σ(h)得出任意高度的含水量
进一步的技术方案在于，其电阻率测试中步骤(4)中所述的第i层换算系数η(hi)有关系式为ρ10＝η(hi)·ρci。
进一步的技术方案在于，其电阻率测试中步骤(6)中所述任意高度的电阻率
进一步的技术方案在于，其含水量测试中所述步骤(3)中含水量影响线为其中A＝-2.4k+287，k为压实度，A，B为拟合参数。
进一步的技术方案还在于，其含水量测试中所述被测柱状土体第i层的含水量C为常数，其值为
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明基于范德堡法(VDP法)测试扁平土体电阻率、含水量的方法，发现了VDP法测试非扁平试样时存在着“高度效应”，基于此提出了“换算系数η”，“高度效应影响线”的概念，实现了同一压实度同一含水量下非扁平试样沿高度方向不同位置的土体和扁平单元土体电阻率间的转换，并推导了可以考虑试样高度效应的通用含水量公式，为分层测试柱状土体电阻率提供了理论依据。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1(a)是在在压实度80％的实测值与预测值的比较；
图1(b)是在在压实度85％的实测值与预测值的比较；
图1(c)是在在压实度90％的实测值与预测值的比较；
图1(d)是在在压实度95％的实测值与预测值的比较；
图2是测试原理图；
图3(a)是公式测试法试样含水量测试图；
图3(b)是传统方法测试试样含水量测试图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明其电阻率测试步骤如下：
(1)制备出与被测柱状土体同一压实度、同一含水量的标准扁平单元土体；
(2)利用常规测试法对标准扁平单元土体的电阻率ρ10进行测量；
(3)将高度为h的被测柱状土体等分为n层，利用VDP法对第i层进行测试，测得电阻率ρci，n≥2，i≤n；
(4)利用电阻率ρ10、电阻率ρci得出n层中第i层的换算系数η(hi)；
(5)利用抛物线对换算系数η(hi)与h拟合为电阻率影响线η(h)＝σ(h)；
(6)根据电阻率影响线η(h)＝σ(h)得出任意高度的电阻率ρh。
其含水量测试步骤如下：
(1)制备出m个与被测柱状土体同一压实度、不同含水量的标准扁平单元土体，m≥4；
(2)利用常规测试法对第i个标准扁平单元土体的含水量电阻率ρmi进行测量，i≤m；
(3)利用指数函数对含水量与电阻率ρmi拟合为含水量影响线
(4)利用含水量影响线电阻率影响线η(h)＝σ(h)得出任意高度的含水量
在电阻率测试中步骤(4)中所述的第i层换算系数η(hi)有关系式为ρ10＝η(hi)·ρci。
在电阻率测试中步骤(6)中所述任意高度的电阻率
在含水量测试中所述步骤(3)中含水量影响线为
其中A＝-2.4k+287，k为压实度，A，B为拟合参数。
在含水量测试中所述被测柱状土体第i层的含水量C为常数，其值为
在实施例中分为两部分：首先是对含水量影响线的实施，在室温25℃条件下进行的，利用VDP法首先对扁平的单元土体进行电阻率测试，将得到的电阻率代入中，反求含水量。
在此把底面直径为39.1mm，高度为10mm的试样定义为标准的扁平单元土体，此处选用的钛电极尺寸为5×10mm。在土体试样外表面稳定住4个钛电极并与试样贴紧后进行电阻率测试试验，为了保证测试精度，我们选用5组不同含水量的试样组，每组试样组包括4个不同压实度的标准扁平单元土体，其方案见表1。
表1测试标准单元体电阻率
对表1中的对每个标准扁平单元土体的含水量用烘干法实测含水量，其如图1(a)-1(d)所示，4幅图的横坐标为用烘干法实测所得的含水量，纵坐标为测得电阻率代入所得含水量，然后根据此公式反求的预测含水量ω。可以看到代入电阻率后利用公式算出的含水量与实测值均匀的散落在y＝x的周边，这说明该应用于测含水量具有很好的适用性。
第二部的实施是利用公式对初始含水量为8％，压实度为90％，高度为80mm，底面直径为39.1mm柱状土体不同的位置进行含水量的测试，在此，准备公式测试法试样和多个传统方法测试试样组，利用如图2所示的原理，用注射器在每个柱状土体的顶部往下滴水，使得水沿着试样的高度往下渗，对每个柱状体分为8层进行测试，对于公式测试法试样，将每层在各个时间得到的电阻率转ρci代入公式进而求解出该柱状土体在不同时间段每层的含水量，对于传统方法测试试样组，依次利用破坏试样的烘干法在不同的时间进行含水量的测量，由于会破环试样，然后就会不能利用，所以要准备多个初始含水量为8％，压实度为90％，高度为80mm，底面直径为39.1mm柱状土体在同一时间进行注射器渗水，以保证影响因素的减少，尽可能的保证精确度，其测试结果如图3(a)、3(b)所示，经过对比观察，该应用于测试含水量具有很好的适用性。

Claims (6)

1.应用VDP法测试柱状土体电阻率或含水量的影响线法，其电阻率测试过程中利用了VDP法；其特征在于：其电阻率测试步骤如下：
(1)制备出与被测柱状土体同一压实度、同一含水量的标准扁平单元土体；
(2)利用常规测试法对标准扁平单元土体的电阻率ρ10进行测量；
(3)将高度为h的被测柱状土体等分为n层，利用VDP法对第i层进行测试，测得电阻率ρci，n≥2，i≤n；
(4)利用电阻率ρ10、电阻率ρci得出n层中第i层的换算系数η(hi)；
(5)利用抛物线对换算系数η(hi)与h拟合为电阻率影响线η(h)＝σ(h)；
(6)根据电阻率影响线η(h)＝σ(h)得出任意高度的电阻率ρh。
2.根据权利要求1所述的应用VDP法测试柱状土体电阻率或含水量的影响线法，其特征在于：其含水量测试步骤如下：
(1)制备出m个与被测柱状土体同一压实度、不同含水量的标准扁平单元土体，m≥4；
(2)利用常规测试法对第i个标准扁平单元土体的含水量电阻率ρmi进行测量，i≤m；
(3)利用指数函数对含水量与电阻率ρmi拟合为含水量影响线
(4)利用含水量影响线电阻率影响线η(h)＝σ(h)得出任意高度的含水量
3.根据权利要求1所述的应用VDP法测试柱状土体电阻率或含水量的影响线法，其特征在于：步骤(4)中所述的第i层换算系数η(hi)有关系式为ρ10＝η(hi)×ρci。
4.根据权利要求1所述的应用VDP法测试柱状土体电阻率或含水量的影响线法，其特征在于：步骤(6)中所述任意高度的电阻率
5.根据权利要求2所述的应用VDP法测试柱状土体电阻率或含水量的影响线法，其特征在于：所述步骤(3)中含水量影响线为其中A＝-2.4k+287，k为压实度，A，B为拟合参数。
6.根据权利要求1或2或4或5所述的应用VDP法测试柱状土体电阻率或含水量的影响线法，其特征在于：所述被测柱状土体第i层的含水量C为常数，其值为
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