CN106769762B - 一种湿陷性土层浸湿过程的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种湿陷性土层浸湿过程的测试方法，包括步骤：一、土壤水分计检测点布置；二、湿陷性土层浸水前检测数据的获取；三、湿陷性土层浸水过程中检测数据的获取；四、湿陷性土层浸水后检测数据的获取；五、土壤水分计检测值的标定校正；步骤六、湿陷性土层浸湿过程信息分析处理。本发明方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，保证了土壤水分计检测的准确性，测量速度快，精度高，能对湿陷性土层进行实时、准确检测，易于实现在线自动化监测。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程检测与监测技术领域，尤其是涉及一种湿陷性土层浸湿过程的测试方法。
背景技术
湿陷性土分布地区进行试坑浸水试验时，常需要测定浸水前后浸水试坑底部下方水平方向和竖直方向上湿陷性土层的浸湿情况，用于确定浸水影响深度和径向浸湿范围。现有方法是通过在浸水试坑底部下方特定位置浸水前后分别钻孔取样测试，对比浸水前后湿陷性土层的质量含水率变化来确定湿陷性土层的浸湿情况，但是现有方法仅能获得有限时间点的湿陷性土层浸湿情况，无法直观、完整地获得浸水试验过程湿陷性土层的浸湿过程。因此如果要获得不同时间点更多的质量含水率测试数据需要重新钻探、取样和测试，工作繁琐，且耗费大量人力物力，且不能实现质量含水率的实时检测，不易于实现在线自动化监测。当然现如今采用土壤水分计可实现对湿陷性土层体积含水率的动态监测，使用时需要将土壤水分计布置到待监测湿陷性土层中，然而目前浸水试坑中土壤水分计的布置方法是在浸水试坑底部下方周侧特定位置单独设置一个或多个土壤水分计检测点，在每个土壤水分计检测点处自地面向下人工开挖大口径的竖直探井，将土壤水分计自上而下按照一定间距安装在竖直探井侧壁上，然后对竖直探井进行分层回填夯实。由于未沿试坑中心水平方向由内而外间隔布置多个检测点，仅能获得试坑底部下方竖直方向上湿陷性土层的浸湿情况，不能获得试坑底部下方水平方向上湿陷性土层的浸湿情况；另外，所需开挖的竖直探井直径较大，对试验场地湿陷性土层的扰动大，会导致湿陷性土层的渗透性能及水的渗透路径发生较大改变，从而使检测结果难以真实反映湿陷性土层的浸湿情况，而且探井的开挖、回填困难，劳动强度高，安全风险大。此外，由于土壤水分计测定的是体积含水率，而试坑浸水试验中采用的是质量含水率,需要通过标定将土壤水分计体积含水率检测值转换为质量含水率。目前国内通常采用室内标定方法将土壤水分计体积含水率检测值向质量含水率转换，具体做法是在待测试湿陷性土层研究场地取土，配制不同干密度和不同质量含水率土样，插入土壤水分计进行标定，从而获得不同干密度条件下的质量含水率和体积含水率转换关系式。该方法的缺点是需要制备大量标定土样，标定试样制作难度大，标定工作量大，而且由于标定试样与土壤水分计检测位置的土体会有一定差异，导致采用室内标定模型将浸水试验中土壤水分计体积含水率检测值向工程上常用的质量含水率进行数据转换时产生较大误差。因此，在浸水试坑浸水试验中应用土壤水分计进行含水率的动态监测时需要解决土壤水分计检测点的布置与标定问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种湿陷性土层浸湿过程的测试方法，其方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，通过在浸水试坑底部下方的水平方向和竖直方向间隔合理布置多个土壤水分计检测点，且对土壤水分计进行现场标定，提高土壤水分计检测的准确性，测量速度快，精度高，能对湿陷性土层进行实时、准确检测，易于实现在线自动化监测。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种湿陷性土层浸湿过程的测试方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、土壤水分计检测点布置：在湿陷性土层研究场地中，预先开挖浸水试坑，再在所述浸水试坑底部下方的水平方向由内至外和竖直方向由上至下间隔设置多个土壤水分计检测点，其中靠近所述浸水试坑底部下方的土壤水分计检测点称为最上部土壤水分计测点，所述最上部土壤水分计测点距所述浸水试坑底部的竖直间距为h1，远离所述浸水试坑底部且位于所述浸水试坑底部下方湿陷性土层与非湿陷性土层分界处的土壤水分计检测点称为最下部土壤水分计测点，所述浸水试坑底部下方包括位于所述浸水试坑底部正下方的正检测区和位于所述浸水试坑底部且位于所述正检测区外侧的侧检测区，过程如下：
步骤101、正检测区土壤水分计测点的设置：在所述正检测区以所述正检测区中心为圆心设置P条不同直径的内圆周测线，相邻两个所述内圆周测线的水平间距相同，且相邻两个所述内圆周测线的水平间距为△S1，且所述△S1的取值范围为2m～4m，其中远离所述浸水试坑中心的最大直径的内圆周测线距所述浸水试坑内侧壁的水平间距为L1，且所述L1的取值范围为1m～2m，每个所述内圆周测线上均设置有Q个等间距的土壤水分计检测点，Q个所述土壤水分计检测点中由上至下相邻两个土壤水分计检测点的高程差均为h2，其中，位于所述正检测区的最上部土壤水分计测点距所述浸水试坑底部的竖直间距均为h1，位于所述正检测区的最下部土壤水分计测点均位于湿陷性土层与非湿陷性土层分界处，所述正检测区中心和所述浸水试坑中心重合；
步骤102、侧检测区土壤水分计测点的设置：
首先，设置外圆周测线：在所述侧检测区以所述侧检测区中心为圆心设置多条不同直径的外圆周测线，相邻两个所述外圆周测线的水平间距相同，且相邻两个所述外圆周测线的水平间距为△S2，且所述△S2的取值范围为1m～2m，其中靠近所述浸水试坑中心的最小直径的外圆周测线距所述浸水试坑外侧壁的水平间距为L2，且所述L2的取值范围为1m～2m；
然后，设置外横向测线：以所述侧检测区中心为射线端点，沿所述浸水试坑圆周方向设置M条射线，其中相邻两条射线的夹角为360°/M，再以每条所述射线作为起始线分别向所述射线的一侧平行设置多条外横向测线，相邻两条所述外横向测线的间距均相同，且相邻两条所述外横向测线的间距为1m～2m；
最后，所述外圆周测线和所述外横向测线的交汇处为所述侧检测区的土壤水分计测点位置，其中，每条所述外横向测线上的多个所述土壤水分计测点的高程相同，相邻两条所述外横向测线上的土壤水分计测点的高程差均为h2；且位于所述侧检测区的最上部土壤水分计测点距所述浸水试坑底部的竖直间距均为h1，位于所述侧检测区的最下部土壤水分计测点均位于湿陷性土层与非湿陷性土层分界处；
步骤二、湿陷性土层浸水前检测数据的获取：步骤一中多个所述土壤水分计检测点位置设置完成后，对多个所述土壤水分计检测点位置分别采用烘干法测定湿陷性土层浸水前实际质量含水率，同时，分别在多个所述土壤水分计检测点位置埋设土壤水分计，采用所述土壤水分计得到湿陷性土层浸水前体积含水率检测值，对多个所述土壤水分计检测点位置中任一个所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水前实际质量含水率和湿陷性土层浸水前体积含水率检测值的获取方法均相同，其中，对任一个所述土壤水分计检测点位置得到湿陷性土层浸水前实际质量含水率和湿陷性土层浸水前体积含水率检测值的过程如下：
步骤201、一次钻孔：采用钻孔设备分别在所述土壤水分计检测点位置由上至下钻孔直至钻进至所述土壤水分计检测点位置上方15cm～20cm处，完成一次钻孔过程；
步骤202、湿陷性土层浸水前实际质量含水率获取：采用取土器向下取土至所述土壤水分计检测点位置完成第一次原状土样取土过程，对所述第一次原状土样采用烘干法测定所述第一次原状土样的质量含水率，则得到所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水前实际质量含水率w1；
步骤203、湿陷性土层浸水前体积含水率检测值获取：将所述土壤水分计底部探针插入所述土壤水分计检测点位置，完成土壤水分计的埋设；同时，采用所述土壤水分计得到所述土壤水分计检测点位置在所述第一次原状土样取土时刻的湿陷性土层浸水前体积含水率检测值θv1；
步骤204、湿陷性土层浸水前检测数据的获取：通过与主控器相接的参数输入模块输入步骤202中所述湿陷性土层浸水前实际质量含水率w1和步骤203中所述湿陷性土层浸水前体积含水率检测值θv1，主控器将所述湿陷性土层浸水前实际质量含水率w1和所述湿陷性土层浸水前体积含水率检测值θv1存储至与主控器相接的存储器中，获取所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水前检测数据，并记作[w1,θv1]；
步骤205、多次重复步骤201至步骤204，直至得到多个所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水前检测数据；
步骤三、湿陷性土层浸水过程中检测数据的获取：步骤203中所述土壤水分计埋设完成后，将多个所述土壤水分计均与数据采集模块连接后，再向所述浸水试坑内浸水直至所述浸水试坑内无水的过程中，多个所述土壤水分计分别对多个所述土壤水分计检测点位置的体积含水率进行实时检测，得到体积含水率检测值，通过数据采集模块按照预先设定的采样时间T对所述体积含水率检测值进行采集，且将所述体积含水率检测值通过数据发送模块同步传送至主控器；
步骤四、湿陷性土层浸水后检测数据的获取：所述浸水试坑内无水时，再对多个所述土壤水分计检测点位置分别采用烘干法测定湿陷性土层浸水后实际质量含水率，同时，再分别通过多个所述土壤水分计，检测到湿陷性土层浸水后体积含水率检测值，对多个所述土壤水分计检测点位置中任一个所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水后实际质量含水率和湿陷性土层浸水后体积含水率检测值的获取方法均相同，其中，对任一个所述土壤水分计检测点位置得到湿陷性土层浸水后实际质量含水率和湿陷性土层浸水后体积含水率检测值的过程如下：
步骤401、二次钻孔：采用钻孔设备在距所述土壤水分计水平间距为0.5m～1.0m处，由上至下钻孔直至钻进至所述土壤水分计检测点位置上方15cm～20cm处，完成二次钻孔过程；其中，所述二次钻孔位于所述内圆周测线和外圆周测线上；
步骤402、湿陷性土层浸水后实际质量含水率获取：采用取土器向下取土至所述土壤水分计检测点位置所处水平面完成第二次原状土样取土过程；对所述第二次原状土样采用烘干法测定所述第二次原状土样的质量含水率，则得到所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水后实际质量含水率w2；
步骤403、采用所述土壤水分得到所述土壤水分计检测点位置在所述第二次原状土样取土时刻的湿陷性土层浸水后体积含水率检测值θv2；
步骤404、湿陷性土层浸水后检测数据的获取：通过与主控器相接的参数输入模块输入步骤402中所述湿陷性土层浸水后实际质量含水率w2和步骤403中所述湿陷性土层浸水后体积含水率检测值θv2，主控器将所述湿陷性土层浸水后实际质量含水率w2和所述湿陷性土层浸水后体积含水率检测值θv2存储至与主控器相接的存储器中，获取所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水后检测数据，并记作[w2,θv2]；
步骤405、多次重复步骤401至步骤404，直至得到多个所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水后检测数据；
步骤五、土壤水分计检测值的标定校正：根据步骤205中多个所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水前检测数据和步骤405中多个所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水后检测数据，建立多个所述土壤水分计的标定模型，并将步骤三中多个所述土壤水分计实时检测到的所述体积含水率检测值进行校正，多个所述土壤水分计现场标定模型的建立方法均相同，其中，对任一所述土壤水分计建立现场标定模型的过程如下：
步骤501、土壤水分计现场标定模型的建立：将步骤204中所述湿陷性土层浸水前检测数据[w1,θv1]和步骤404中所述湿陷性土层浸水后检测数据[w2,θv2]进行线性回归，得到实际质量含水率wi与体积含水率检测值θvi之间的线性标定公式，如下式：
wi＝(w2-w1)/(θv2-θv1)×(θvi-θv1)+w1 (1)
步骤502、土壤水分计检测值的校正：根据公式(1)，将步骤三中所述土壤水分计所检测到的多个所述体积含水率检测值进行校正，得到所述土壤水分计检测点位置的多个与多个所述体积含水率检测值一一对应的实际质量含水率；
步骤503、多次重复步骤501和502，直至完成对步骤三中多个所述土壤水分计所检测到的多个所述体积含水率检测值进行校正，得到多个所述土壤水分计检测点位置的多个实际质量含水率；
步骤六、湿陷性土层浸湿过程信息分析处理：所述主控器调用绘制软件分别对步骤503中多个所述土壤水分计检测点位置的多个所述实际质量含水率进行绘制，得到所述实际质量含水率随时间变化的实际质量含水率曲线图，对所述实际质量含水率曲线图进行分析并根据分析结果相应对所述土壤水分计检测点位置的浸湿时间进行识别，得到湿陷性土层浸湿过程和湿陷性土层浸湿范围，其分析判别过程如下：
步骤601、获取土壤水分计检测点位置的浸湿时间：在所述实际质量含水率曲线图中斜率最大点处画出一条竖直线，则所述竖直线与时间轴相交处的时间成为所述土壤水分计检测点位置的浸湿时间；
步骤602、多次重复步骤601得到多个所述土壤水分计检测点位置的浸湿时间，得到湿陷性土层浸湿过程；
步骤603、将步骤602中得出的多个所述浸湿时间由大到小的顺序进行排列，采用微处理器模块确定出所述浸湿时间的最大浸湿时间tmax，则所述最大浸湿时间tmax所在土壤水分计检测点位置距所述浸水试坑内的水平间距为湿陷性土层的径向最大浸湿范围，主控器控制显示模块进行同步显示。
上述的一种湿陷性土层浸湿过程的测试方法，其特征在于：步骤101和步骤102中所述h1的取值范围为0.5m～2.5m。
上述的一种湿陷性土层浸湿过程的测试方法，其特征在于：步骤101中所述P的取值范围为1≤P≤3，所述Q的取值范围Q≥3；步骤102中所述M的取值范围为1≤M≤3。
上述的一种湿陷性土层浸湿过程的测试方法，其特征在于：步骤203中通过手动操作参数输入模块，主控器通过数据采集模块控制所述土壤水分计对所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水前体积含水率检测值进行一次采集，得到所述土壤水分计检测点位置在所述第一次原状土样取土时刻的湿陷性土层浸水前体积含水率检测值θv1；步骤403中通过手动操作参数输入模块，主控器通过数据采集模块控制所述土壤水分计对所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水后体积含水率检测值进行一次采集，得到所述土壤水分计检测点位置在所述第二次原状土样取土时刻的湿陷性土层浸水后体积含水率检测值θv2。
上述的一种湿陷性土层浸湿过程的测试方法，其特征在于：步骤三中所述采样时间T的取值范围为5min～10min。
上述的一种湿陷性土层浸湿过程的测试方法，其特征在于：步骤二中向所述浸水试坑内浸水时，所述浸水试坑内水面距所述浸水试坑底部的竖直间距为30cm～50cm。
上述的一种湿陷性土层浸湿过程的测试方法，其特征在于：所述浸水试坑的深度为0.5m～0.8m，所述浸水试坑为圆形浸水试坑，且所述浸水试坑的直径不小于10m。
上述的一种湿陷性土层浸湿过程的测试方法，其特征在于：步骤101和步骤102中所述h2的取值范围为0.5m～2.5m。
上述的一种湿陷性土层浸湿过程的测试方法，其特征在于：所述钻孔为圆形，所述钻孔的孔直径为130mm～150mm。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好。
2、通过在所述浸水试坑底部下方的水平方向由内至外和竖直方向由上至下间隔设置多个土壤水分计检测点，获得浸水试坑底部下方的水平方向和竖直方向上湿陷性土层的浸湿情况，能对湿陷性土层进行实时、准确检测。
3、通过在多个土壤水分计检测点埋设土壤水分计，且土壤水分计埋设操作过程简便，且土壤水分计的安装速度快，通过设置多个土壤水分计，实现对土壤水分计检测点位置的实时检测，满足湿陷性土层浸湿过程检测需求。
4、所采用的土壤水分计对湿陷性土层浸湿过程实现自动、实时、连续、定点监测，降低湿陷性土层浸湿过程钻孔检测工作劳动强度，并将湿陷性土层浸湿过程检测信息同步上传，便于对湿陷性土层浸湿过程信息分析处理，提高工作效率。
5、通过对土壤水分计进行现场标定校正，操作容易，且保证每个土壤水分计在土壤水分计检测点位置的体积含水率检测值进行了现场标定校正，标定简便，省时省力，成本低，避免采用室内标定方法对土壤水分计标定的不准确，且标定工作量大。
6、通过对每个土壤水分计检测点位置的土壤水分计的体积含水率检测值进行现场标定，建立土壤水分计现场标定模型，并采用土壤水分计现场标定模型将土壤水分计体积含水率检测值转换为实际质量含水率，转换结果更为可靠和准确，提高了湿陷性土层浸湿过程的测试精度。
综上所述，本发明方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，保证了土壤水分计检测的准确性，测量速度快，精度高，能对湿陷性土层进行实时、准确检测，易于实现在线自动化监测。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明土壤水分计检测点布置的结构示意图。
图2为图1中A-A的剖视图。
图3为图1中B-B的剖视图。
图4为本发明的电路原理框图。
图5为本发明的流程框图。
附图标记说明:
1—土壤水分计； 2—数据采集模块； 3—数据发送模块；
4—主控器； 5—显示模块； 6—参数输入模块；
7—存储器； 8—内圆周测线； 9—外圆周测线；
10—外横向测线； 11—湿陷性土层； 12—非湿陷性土层。
具体实施方式
如图1、图2、图3、图4和图5所示，一种湿陷性土层浸湿过程的测试方法，包括以下步骤：步骤一、土壤水分计检测点布置：在湿陷性土层研究场地中，预先开挖浸水试坑，再在所述浸水试坑底部下方的水平方向由内至外和竖直方向由上至下间隔设置多个土壤水分计检测点，其中靠近所述浸水试坑底部下方的土壤水分计检测点称为最上部土壤水分计测点，所述最上部土壤水分计测点距所述浸水试坑底部的竖直间距为h1，远离所述浸水试坑底部且位于所述浸水试坑底部下方湿陷性土层11与非湿陷性土层分界处12的土壤水分计检测点称为最下部土壤水分计测点，所述浸水试坑底部下方包括位于所述浸水试坑底部正下方的正检测区和位于所述浸水试坑底部且位于所述正检测区外侧的侧检测区，过程如下：
步骤101、正检测区土壤水分计测点的设置：在所述正检测区以所述正检测区中心为圆心设置P条不同直径的内圆周测线8，相邻两个所述内圆周测线8的水平间距相同，且相邻两个所述内圆周测线8的水平间距为△S1，且所述△S1的取值范围为2m～4m，其中远离所述浸水试坑中心的最大直径的内圆周测线8距所述浸水试坑内侧壁的水平间距为L1，且所述L1的取值范围为1m～2m，每个所述内圆周测线8上均设置有Q个等间距的土壤水分计检测点，Q个所述土壤水分计检测点中由上至下相邻两个土壤水分计检测点的高程差均为h2，其中，位于所述正检测区的最上部土壤水分计测点距所述浸水试坑底部的竖直间距均为h1，位于所述正检测区的最下部土壤水分计测点均位于湿陷性土层11与非湿陷性土层分界处12，所述正检测区中心和所述浸水试坑中心重合；
步骤102、侧检测区土壤水分计测点的设置：
首先，设置外圆周测线：在所述侧检测区以所述侧检测区中心为圆心设置多条不同直径的外圆周测线9，相邻两个所述外圆周测线9的水平间距相同，且相邻两个所述外圆周测线9的水平间距为△S2，且所述△S2的取值范围为1m～2m，其中靠近所述浸水试坑中心的最小直径的外圆周测线9距所述浸水试坑外侧壁的水平间距为L2，且所述L2的取值范围为1m～2m；
然后，设置外横向测线：以所述侧检测区中心为射线端点，沿所述浸水试坑圆周方向设置M条射线，其中相邻两条射线的夹角为360°/M，再以每条所述射线作为起始线分别向所述射线的一侧平行设置多条外横向测线10，相邻两条所述外横向测线10的间距均相同，且相邻两条所述外横向测线10的间距为1m～2m；
具体实施时，远离所述射线的外横向测线10和靠近相邻所述射线的外横向测线10不相交，避免施工困难。
最后，所述外圆周测线9和所述外横向测线10的交汇处为所述侧检测区的土壤水分计测点位置，其中，每条所述外横向测线10上的多个所述土壤水分计测点的高程相同，相邻两条所述外横向测线10上的土壤水分计测点的高程差均为h2；且位于所述侧检测区的最上部土壤水分计测点距所述浸水试坑底部的竖直间距均为h1，位于所述侧检测区的最下部土壤水分计测点均位于湿陷性土层11与非湿陷性土层分界处12；
步骤二、湿陷性土层浸水前检测数据的获取：步骤一中多个所述土壤水分计检测点位置设置完成后，对多个所述土壤水分计检测点位置分别采用烘干法测定湿陷性土层浸水前实际质量含水率，同时，分别在多个所述土壤水分计检测点位置埋设土壤水分计1，采用所述土壤水分计1得到湿陷性土层浸水前体积含水率检测值，对多个所述土壤水分计检测点位置中任一个所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水前实际质量含水率和湿陷性土层浸水前体积含水率检测值的获取方法均相同，其中，对任一个所述土壤水分计检测点位置得到湿陷性土层浸水前实际质量含水率和湿陷性土层浸水前体积含水率检测值的过程如下：
步骤201、一次钻孔：采用钻孔设备分别在所述土壤水分计检测点位置由上至下钻孔直至钻进至所述土壤水分计检测点位置上方15cm～20cm处，完成一次钻孔过程；
步骤202、湿陷性土层浸水前实际质量含水率获取：采用取土器向下取土至所述土壤水分计检测点位置完成第一次原状土样取土过程，对所述第一次原状土样采用烘干法测定所述第一次原状土样的质量含水率，则得到所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水前实际质量含水率w1；
步骤203、湿陷性土层浸水前体积含水率检测值获取：将所述土壤水分计1底部探针插入所述土壤水分计检测点位置，完成土壤水分计1的埋设；同时，采用所述土壤水分计1得到所述土壤水分计检测点位置在所述第一次原状土样取土时刻的湿陷性土层浸水前体积含水率检测值θv1；
实际施工时，所述土壤水分计1的埋设，采用了申请日为2012年8月31日，申请号为CN201210319811.9的中国专利公开的一种土壤水分计埋设装置及埋设方法。
步骤204、湿陷性土层浸水前检测数据的获取：通过与主控器4相接的参数输入模块6输入步骤202中所述湿陷性土层浸水前实际质量含水率w1和步骤203中所述湿陷性土层浸水前体积含水率检测值θv1，主控器4将所述湿陷性土层浸水前实际质量含水率w1和所述湿陷性土层浸水前体积含水率检测值θv1存储至与主控器4相接的存储器7中，获取所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水前检测数据，并记作[w1,θv1]；
步骤205、多次重复步骤201至步骤204，直至得到多个所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水前检测数据；
本实施例中，所述土壤水分计1为TDR土壤水分计，所述TDR土壤水分计基于电磁波时域反射原理对体积含水率进行检测。
本实施例中，所述湿陷性土层11的类型为湿陷性黄土或者湿陷性砂土。
步骤三、湿陷性土层浸水过程中检测数据的获取：步骤203中所述土壤水分计1埋设完成后，将多个所述土壤水分计1均与数据采集模块2连接后，再向所述浸水试坑内浸水直至所述浸水试坑内无水的过程中，多个所述土壤水分计1分别对多个所述土壤水分计检测点位置的体积含水率进行实时检测，得到体积含水率检测值，通过数据采集模块2按照预先设定的采样时间T对所述体积含水率检测值进行采集，且将所述体积含水率检测值通过数据发送模块3同步传送至主控器4；
步骤四、湿陷性土层浸水后检测数据的获取：所述浸水试坑内无水时，再对多个所述土壤水分计检测点位置分别采用烘干法测定湿陷性土层浸水后实际质量含水率，同时，再分别通过多个所述土壤水分计1，检测到湿陷性土层浸水后体积含水率检测值，对多个所述土壤水分计检测点位置中任一个所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水后实际质量含水率和湿陷性土层浸水后体积含水率检测值的获取方法均相同，其中，对任一个所述土壤水分计检测点位置得到湿陷性土层浸水后实际质量含水率和湿陷性土层浸水后体积含水率检测值的过程如下：
步骤401、二次钻孔：采用钻孔设备在距所述土壤水分计1水平间距为0.5m～1.0m处，由上至下钻孔直至钻进至所述土壤水分计检测点位置上方15cm～20cm处，完成二次钻孔过程；其中，所述二次钻孔位于所述内圆周测线8和外圆周测线9上；
步骤402、湿陷性土层浸水后实际质量含水率获取：采用取土器向下取土至所述土壤水分计检测点位置所处水平面完成第二次原状土样取土过程；对所述第二次原状土样采用烘干法测定所述第二次原状土样的质量含水率，则得到所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水后实际质量含水率w2；
步骤403、采用所述土壤水分得到所述土壤水分计检测点位置在所述第二次原状土样取土时刻的湿陷性土层浸水后体积含水率检测值θv2；
步骤404、湿陷性土层浸水后检测数据的获取：通过与主控器4相接的参数输入模块6输入步骤402中所述湿陷性土层浸水后实际质量含水率w2和步骤403中所述湿陷性土层浸水后体积含水率检测值θv2，主控器4将所述湿陷性土层浸水后实际质量含水率w2和所述湿陷性土层浸水后体积含水率检测值θv2存储至与主控器4相接的存储器7中，获取所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水后检测数据，并记作[w2,θv2]；
步骤405、多次重复步骤401至步骤404，直至得到多个所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水后检测数据；
步骤五、土壤水分计检测值的标定校正：根据步骤205中多个所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水前检测数据和步骤405中多个所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水后检测数据，建立多个所述土壤水分计1的标定模型，并将步骤三中多个所述土壤水分计1实时检测到的所述体积含水率检测值进行校正，多个所述土壤水分计1现场标定模型的建立方法均相同，其中，对任一所述土壤水分计1建立现场标定模型的过程如下：
步骤501、土壤水分计现场标定模型的建立：将步骤204中所述湿陷性土层浸水前检测数据[w1,θv1]和步骤404中所述湿陷性土层浸水后检测数据[w2,θv2]进行线性回归，得到实际质量含水率wi与体积含水率检测值θvi之间的线性标定公式，如下式：
wi＝(w2-w1)/(θv2-θv1)×(θvi-θv1)+w1 (1)
步骤502、土壤水分计检测值的校正：根据公式(1)，将步骤三中所述土壤水分计1所检测到的多个所述体积含水率检测值进行校正，得到所述土壤水分计检测点位置的多个与多个所述体积含水率检测值一一对应的实际质量含水率；
步骤503、多次重复步骤501和502，直至完成对步骤三中多个所述土壤水分计1所检测到的多个所述体积含水率检测值进行校正，得到多个所述土壤水分计检测点位置的多个实际质量含水率；
本实施例中，采用烘干法得到的实际质量含水率与采用土壤水分计检测到体积含水率检测值之间满足线性关系进行了如下试验：在湿陷性土层研究场地中进行湿陷性土层浸湿之前，开挖实验试坑，并将在所述实验试坑的底部埋设土壤水分计，采用土壤水分计测试得到体积含水率检测值，并在土壤水分计水平间距15cm～20cm钻孔取土并采用烘干法得到实际质量含水率，然后通过向所述实验试坑内浸水至所述实验试坑内无水后，每间隔2h，通过土壤水分计得到体积含水率检测值，并在土壤水分计水平间距15cm～20cm钻孔取土并采用烘干法测试实际质量含水率，以实际质量含水率为X轴，以体积含水率检测值为Y轴，得到实际质量含水率和体积含水率检测值的散点曲线图，采用最小二乘法对所述散点图中实际质量含水率和土壤水分计体积含水率检测值的散点值进行回归分析，得到实际质量含水率和体积含水率检测值线性回归的离差平方和为0.9552，则实际质量含水率与采用土壤水分计检测到土壤水分计体积含水率检测值之间满足线性关系。
本实施例中，通过对每个土壤水分计检测点位置的土壤水分计1的体积含水率检测值进行现场标定，建立所述土壤水分计现场标定模型，并采用所述土壤水分计现场标定模型将体积含水率检测值转换为实际质量含水率，转换结果更为可靠和准确，提高了湿陷性土层浸湿过程的测试精度。
本实施例中，通过对土壤水分计1进行现场标定校正，操作容易，且保证每个土壤水分计1在所述土壤水分计检测点位置的体积含水率检测值进行了现场标定校正，标定简便，省时省力，成本低，避免采用室内标定方法对土壤水分计标定的不准确，且标定工作量大。
步骤六、湿陷性土层浸湿过程信息分析处理：所述主控器4调用绘制软件分别对步骤503中多个所述土壤水分计检测点位置的多个所述实际质量含水率进行绘制，得到所述实际质量含水率随时间变化的实际质量含水率曲线图，对所述实际质量含水率曲线图进行分析并根据分析结果相应对所述土壤水分计检测点位置的浸湿时间进行识别，得到湿陷性土层浸湿过程和湿陷性土层浸湿范围，其分析判别过程如下：
步骤601、获取土壤水分计检测点位置的浸湿时间：在所述实际质量含水率曲线图中斜率最大点处画出一条竖直线，则所述竖直线与时间轴相交处的时间成为所述土壤水分计检测点位置的浸湿时间；
步骤602、多次重复步骤601得到多个所述土壤水分计检测点位置的浸湿时间，得到湿陷性土层浸湿过程；
步骤603、将步骤602中得出的多个所述浸湿时间由大到小的顺序进行排列，采用微处理器模块2确定出所述浸湿时间的最大浸湿时间tmax，则所述最大浸湿时间tmax所在土壤水分计检测点位置距所述浸水试坑内的水平间距为湿陷性土层的径向最大浸湿范围，主控器4控制显示模块5进行同步显示。
本实施例中，步骤101和步骤102中所述h1的取值范围为0.5m～2.5m。
本实施例中，步骤101中所述P的取值范围为1≤P≤3，所述Q的取值范围Q≥3；步骤102中所述M的取值范围为1≤M≤3。
本实施例中，进一步优选，所述Q＝4，满足施工要求，又能降低施工成本；实际施工时，可根据具体需要，调整Q的数量。
实际施工时，可根据具体需要，调整P和M的数量。
本实施例中，步骤203中通过手动操作参数输入模块6，主控器4通过数据采集模块2控制所述土壤水分计1对所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水前体积含水率检测值进行一次采集，得到所述土壤水分计检测点位置在所述第一次原状土样取土时刻的湿陷性土层浸水前体积含水率检测值θv1；步骤403中通过手动操作参数输入模块6，主控器4通过数据采集模块2控制所述土壤水分计1对所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水后体积含水率检测值进行一次采集，得到所述土壤水分计检测点位置在所述第二次原状土样取土时刻的湿陷性土层浸水后体积含水率检测值θv2。
本实施例中，在所述浸水试坑底部下方的水平方向由内至外和竖直方向由上至下间隔设置多个土壤水分计检测点，并在多个所述土壤水分计检测点埋设土壤水分计1，通过土壤水分计1实时检测，获得所述浸水试坑底部下方的水平方向和竖直方向上湿陷性土层11的浸湿情况，能对湿陷性土层进行实时、准确检测。
本实施例中，步骤三中所述采样时间T的取值范围为5min～10min。
本实施例中，步骤二中向所述浸水试坑内浸水时，所述浸水试坑内水面距所述浸水试坑底部的竖直间距为30cm～50cm。
本实施例中，所述浸水试坑的深度为0.5m～0.8m，所述浸水试坑为圆形浸水试坑，且所述浸水试坑的直径不小于10m。
本实施例中，所述h1的取值范围为0.5m～2.5m。
本实施例中，所述钻孔为圆形，所述钻孔的孔直径为130mm～150mm。
实际施工时，可根据具体需要，对所述浸水试坑的深度、所述浸水试坑的直径以及所述浸水试坑内水面距所述浸水试坑底部的竖直间距分别进行相应调整。
本实施例中，可根据具体需要，设置采样时间T，实现所述土壤水分计1自动、实时、连续、定点监测，降低湿陷性土层浸湿过程钻孔检测工作劳动强度，并将湿陷性土层11浸湿过程检测信息同步上传主控器4，便于对湿陷性土层浸湿过程信息分析处理，提高工作效率，且对土壤水分计进行现场标定，提高土壤水分计检测的准确性，测量速度快，精度高，能对湿陷性土层进行实时、准确检测，易于实现在线自动化监测。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (9)
1.一种湿陷性土层浸湿过程的测试方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一、土壤水分计检测点布置：在湿陷性土层研究场地中，预先开挖浸水试坑，再在所述浸水试坑底部下方的水平方向由内至外和竖直方向由上至下间隔设置多个土壤水分计检测点，其中靠近所述浸水试坑底部下方的土壤水分计检测点称为最上部土壤水分计测点，所述最上部土壤水分计测点距所述浸水试坑底部的竖直间距为h1，远离所述浸水试坑底部且位于所述浸水试坑底部下方湿陷性土层(11)与非湿陷性土层(12)分界处的土壤水分计检测点称为最下部土壤水分计测点，所述浸水试坑底部下方包括位于所述浸水试坑底部正下方的正检测区和位于所述浸水试坑底部且位于所述正检测区外侧的侧检测区，过程如下：
步骤101、正检测区土壤水分计测点的设置：在所述正检测区以所述正检测区中心为圆心设置P条不同直径的内圆周测线(8)，相邻两个所述内圆周测线(8)的水平间距相同，且相邻两个所述内圆周测线(8)的水平间距为△S1，且所述△S1的取值范围为2m～4m，其中远离所述浸水试坑中心的最大直径的内圆周测线(8)距所述浸水试坑内侧壁的水平间距为L1，且所述L1的取值范围为1m～2m，每个所述内圆周测线(8)上均设置有Q个等间距的土壤水分计检测点，Q个所述土壤水分计检测点中由上至下相邻两个土壤水分计检测点的高程差均为h2，其中，位于所述正检测区的最上部土壤水分计测点距所述浸水试坑底部的竖直间距均为h1，位于所述正检测区的最下部土壤水分计测点均位于湿陷性土层(11)与非湿陷性土层(12)分界处，所述正检测区中心和所述浸水试坑中心重合；
步骤102、侧检测区土壤水分计测点的设置：
首先，设置外圆周测线：在所述侧检测区以所述侧检测区中心为圆心设置多条不同直径的外圆周测线(9)，相邻两个所述外圆周测线(9)的水平间距相同，且相邻两个所述外圆周测线(9)的水平间距为△S2，且所述△S2的取值范围为1m～2m，其中靠近所述浸水试坑中心的最小直径的外圆周测线(9)距所述浸水试坑外侧壁的水平间距为L2，且所述L2的取值范围为1m～2m；
然后，设置外横向测线：以所述侧检测区中心为射线端点，沿所述浸水试坑圆周方向设置M条射线，其中相邻两条射线的夹角为360°/M，再以每条所述射线作为起始线分别向所述射线的一侧平行设置多条外横向测线(10)，相邻两条所述外横向测线(10)的间距均相同，且相邻两条所述外横向测线(10)的间距为1m～2m；
最后，所述外圆周测线(9)和所述外横向测线(10)的交汇处为所述侧检测区的土壤水分计测点位置，其中，每条所述外横向测线(10)上的多个所述土壤水分计测点的高程相同，相邻两条所述外横向测线(10)上的土壤水分计测点的高程差均为h2；且位于所述侧检测区的最上部土壤水分计测点距所述浸水试坑底部的竖直间距均为h1，位于所述侧检测区的最下部土壤水分计测点均位于湿陷性土层(11)与非湿陷性土层(12)分界处；
步骤二、湿陷性土层浸水前检测数据的获取：步骤一中多个所述土壤水分计检测点位置设置完成后，对多个所述土壤水分计检测点位置分别采用烘干法测定湿陷性土层浸水前实际质量含水率，同时，分别在多个所述土壤水分计检测点位置埋设土壤水分计(1)，采用所述土壤水分计(1)得到湿陷性土层浸水前体积含水率检测值，对多个所述土壤水分计检测点位置中任一个所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水前实际质量含水率和湿陷性土层浸水前体积含水率检测值的获取方法均相同，其中，对任一个所述土壤水分计检测点位置得到湿陷性土层浸水前实际质量含水率和湿陷性土层浸水前体积含水率检测值的过程如下：
步骤201、一次钻孔：采用钻孔设备分别在所述土壤水分计检测点位置由上至下钻孔直至钻进至所述土壤水分计检测点位置上方15cm～20cm处，完成一次钻孔过程；
步骤202、湿陷性土层浸水前实际质量含水率获取：采用取土器向下取土至所述土壤水分计检测点位置完成第一次原状土样取土过程，对所述第一次原状土样采用烘干法测定所述第一次原状土样的质量含水率，则得到所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水前实际质量含水率w1；
步骤203、湿陷性土层浸水前体积含水率检测值获取：将所述土壤水分计(1)底部探针插入所述土壤水分计检测点位置，完成土壤水分计(1)的埋设；同时，采用所述土壤水分计(1)得到所述土壤水分计检测点位置在所述第一次原状土样取土时刻的湿陷性土层浸水前体积含水率检测值θv1；
步骤204、湿陷性土层浸水前检测数据的获取：通过与主控器(4)相接的参数输入模块(6)输入步骤202中所述湿陷性土层浸水前实际质量含水率w1和步骤203中所述湿陷性土层浸水前体积含水率检测值θv1，主控器(4)将所述湿陷性土层浸水前实际质量含水率w1和所述湿陷性土层浸水前体积含水率检测值θv1存储至与主控器(4)相接的存储器(7)中，获取所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水前检测数据，并记作[w1,θv1]；
步骤205、多次重复步骤201至步骤204，直至得到多个所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水前检测数据；
步骤三、湿陷性土层浸水过程中检测数据的获取：步骤203中所述土壤水分计(1)埋设完成后，将多个所述土壤水分计(1)均与数据采集模块(2)连接后，再向所述浸水试坑内浸水直至所述浸水试坑内无水的过程中，多个所述土壤水分计(1)分别对多个所述土壤水分计检测点位置的体积含水率进行实时检测，得到体积含水率检测值，通过数据采集模块(2)按照预先设定的采样时间T对所述体积含水率检测值进行采集，且将所述体积含水率检测值通过数据发送模块(3)同步传送至主控器(4)；
步骤四、湿陷性土层浸水后检测数据的获取：所述浸水试坑内无水时，再对多个所述土壤水分计检测点位置分别采用烘干法测定湿陷性土层浸水后实际质量含水率，同时，再分别通过多个所述土壤水分计(1)，检测到湿陷性土层浸水后体积含水率检测值，对多个所述土壤水分计检测点位置中任一个所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水后实际质量含水率和湿陷性土层浸水后体积含水率检测值的获取方法均相同，其中，对任一个所述土壤水分计检测点位置得到湿陷性土层浸水后实际质量含水率和湿陷性土层浸水后体积含水率检测值的过程如下：
步骤401、二次钻孔：采用钻孔设备在距所述土壤水分计(1)水平间距为0.5m～1.0m处，由上至下钻孔直至钻进至所述土壤水分计检测点位置上方15cm～20cm处，完成二次钻孔过程；其中，所述二次钻孔位于所述内圆周测线(8)和外圆周测线(9)上；
步骤402、湿陷性土层浸水后实际质量含水率获取：采用取土器向下取土至所述土壤水分计检测点位置所处水平面完成第二次原状土样取土过程；对所述第二次原状土样采用烘干法测定所述第二次原状土样的质量含水率，则得到所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水后实际质量含水率w2；
步骤403、采用所述土壤水分得到所述土壤水分计检测点位置在所述第二次原状土样取土时刻的湿陷性土层浸水后体积含水率检测值θv2；
步骤404、湿陷性土层浸水后检测数据的获取：通过与主控器(4)相接的参数输入模块(6)输入步骤402中所述湿陷性土层浸水后实际质量含水率w2和步骤403中所述湿陷性土层浸水后体积含水率检测值θv2，主控器(4)将所述湿陷性土层浸水后实际质量含水率w2和所述湿陷性土层浸水后体积含水率检测值θv2存储至与主控器(4)相接的存储器(7)中，获取所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水后检测数据，并记作[w2,θv2]；
步骤405、多次重复步骤401至步骤404，直至得到多个所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水后检测数据；
步骤五、土壤水分计检测值的标定校正：根据步骤205中多个所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水前检测数据和步骤405中多个所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水后检测数据，建立多个所述土壤水分计(1)的标定模型，并将步骤三中多个所述土壤水分计(1)实时检测到的所述体积含水率检测值进行校正，多个所述土壤水分计(1)现场标定模型的建立方法均相同，其中，对任一所述土壤水分计(1)建立现场标定模型的过程如下：
步骤501、土壤水分计现场标定模型的建立：将步骤204中所述湿陷性土层浸水前检测数据[w1,θv1]和步骤404中所述湿陷性土层浸水后检测数据[w2,θv2]进行线性回归，得到实际质量含水率wi与体积含水率检测值θvi之间的线性标定公式，如下式：
wi＝(w2-w1)/(θv2-θv1)×(θvi-θv1)+w1 (1)
步骤502、土壤水分计检测值的校正：根据公式(1)，将步骤三中所述土壤水分计(1)所检测到的多个所述体积含水率检测值进行校正，得到所述土壤水分计检测点位置的多个与多个所述体积含水率检测值一一对应的实际质量含水率；
步骤503、多次重复步骤501和502，直至完成对步骤三中多个所述土壤水分计(1)所检测到的多个所述体积含水率检测值进行校正，得到多个所述土壤水分计检测点位置的多个实际质量含水率；
步骤六、湿陷性土层浸湿过程信息分析处理：所述主控器(4)调用绘制软件分别对步骤503中多个所述土壤水分计检测点位置的多个所述实际质量含水率进行绘制，得到所述实际质量含水率随时间变化的实际质量含水率曲线图，对所述实际质量含水率曲线图进行分析并根据分析结果相应对所述土壤水分计检测点位置的浸湿时间进行识别，得到湿陷性土层浸湿过程和湿陷性土层浸湿范围，其分析判别过程如下：
步骤601、获取土壤水分计检测点位置的浸湿时间：在所述实际质量含水率曲线图中斜率最大点处画出一条竖直线，则所述竖直线与时间轴相交处的时间成为所述土壤水分计检测点位置的浸湿时间；
步骤602、多次重复步骤601得到多个所述土壤水分计检测点位置的浸湿时间，得到湿陷性土层浸湿过程；
步骤603、将步骤602中得出的多个所述浸湿时间由大到小的顺序进行排列，采用微处理器模块(2)确定出所述浸湿时间的最大浸湿时间tmax，则所述最大浸湿时间tmax所在土壤水分计检测点位置距所述浸水试坑内的水平间距为湿陷性土层的径向最大浸湿范围，主控器(4)控制显示模块(5)进行同步显示。
2.按照权利要求1所述的一种湿陷性土层浸湿过程的测试方法，其特征在于：步骤101和步骤102中所述h1的取值范围为0.5m～2.5m。
3.按照权利要求1或2所述的一种湿陷性土层浸湿过程的测试方法，其特征在于：步骤101中所述P的取值范围为1≤P≤3，所述Q的取值范围Q≥3；步骤102中所述M的取值范围为1≤M≤3。
4.按照权利要求1或2所述的一种湿陷性土层浸湿过程的测试方法，其特征在于：步骤203中通过手动操作参数输入模块(6)，主控器(4)通过数据采集模块(2)控制所述土壤水分计(1)对所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水前体积含水率检测值进行一次采集，得到所述土壤水分计检测点位置在所述第一次原状土样取土时刻的湿陷性土层浸水前体积含水率检测值θv1；步骤403中通过手动操作参数输入模块(6)，主控器(4)通过数据采集模块(2)控制所述土壤水分计(1)对所述土壤水分计检测点位置的湿陷性土层浸水后体积含水率检测值进行一次采集，得到所述土壤水分计检测点位置在所述第二次原状土样取土时刻的湿陷性土层浸水后体积含水率检测值θv2。
5.按照权利要求1或2所述的一种湿陷性土层浸湿过程的测试方法，其特征在于：步骤三中所述采样时间T的取值范围为5min～10min。
6.按照权利要求1或2所述的一种湿陷性土层浸湿过程的测试方法，其特征在于：步骤二中向所述浸水试坑内浸水时，所述浸水试坑内水面距所述浸水试坑底部的竖直间距为30cm～50cm。
7.按照权利要求1或2所述的一种湿陷性土层浸湿过程的测试方法，其特征在于：所述浸水试坑的深度为0.5m～0.8m，所述浸水试坑为圆形浸水试坑，且所述浸水试坑的直径不小于10m。
8.按照权利要求1或2所述的一种湿陷性土层浸湿过程的测试方法，其特征在于：步骤101和步骤102中所述h2的取值范围为0.5m～2.5m。
9.按照权利要求1或2所述的一种湿陷性土层浸湿过程的测试方法，其特征在于：所述钻孔为圆形，所述钻孔的孔直径为130mm～150mm。
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