CN108827730A - 一种用于可冻土样未冻水含量及融土样含水量的测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于冻土样未冻水含量及融土样含水量的测定装置，其特征是制样筒为两对半式圆筒，底部带有法兰，与制样机或自动击实仪相连。两对半式圆筒结合缝呈凹槽，凹槽内嵌有密封橡胶条，制样筒壁上薄下厚，外壁不垂直与底板，箍环将两对半式圆筒箍紧，箍环内壁有凹进去的缺口。制样筒内壁有凹槽，采用3M胶将柔性电路板固定于制样筒内壁的凹槽中，两片制样筒内壁的柔性电路板组成一个电容，柔性电路板通过导线接入供电及信号处理模块和数采仪采集。本发明与烘干法相比，使用快捷方便，减少了过长烘干法繁杂操作步骤间水分挥发引发测试数据的不确定性，大大地提高了测量精度。

Description

一种用于可冻土样未冻水含量及融土样含水量的测定装置

技术领域

本发明涉及一种冻土样未冻水含量及融土样含水量的测定装置，该装置可以在制样的同时就测出来土样的体积含水量，根据制样的密度，也可算得土样的质量含水量，还可以即时测得冻土的未冻水含量。

背景技术

土广泛分布在地壳的最上部，是人类工程和经济活动的主要对象。土的工程地质性质很不一样，比如，作为建筑地基，有的可建高楼大厦，有的连平房都承受不起。因此，正确评价和摸清土的工程性质，为建筑地基的设计和施工提供可靠的依据和参数，对于岩土工程来说是至关重要的，也是土工试验的目的所在。土工试验作为土质学和土力学的重要组成部分，是通过设计一系列的测试手段来评价土的物理-水理、物理力学、物理化学特性的。土壤物理性质，如结构性、塑性、压缩性、粘着性、粘结性等，都和土壤水分状况密切相关。土壤水不仅是国内外土壤物理研究的重点，还是水文、气象、水文地质、农田水利、自然地理和植物生理等学科的重要研究内容。冻土中的含水量及水的赋存状态直接影响冻土的物理性质和工程特性，土体含水量与冻土与外界环境的热交换条件和水热运输过程、冻土水热力耦合过程等重要冻土研究课题密切相关，是影响冻土强度、流变、冻胀、融沉等特性时的关键因素。冻土中水的赋存状态变化不仅影响到土水体系热量平衡，而且影响到冻土物理性质的变化。冻土中的未冻水含量不仅是评价水分迁移特征的重要指标，而且也是热流计算中必不可少的参数，因此冻土中总含水量及未冻水含量的测量非常重要。

土壤及冻土研究中往往需要测定土样含水量，目前已有的土壤中水分含量的测量方法很多，目前基本都是采用烘干法测定，烘干法的优点是精度高，但其过程繁杂、耗时长，尤其是野外采集到的原状样初始含水量测定较为困难。水的介电常数约为81，而冰的相对介电常数为3.2，与干土颗粒介电常数（3-5）相当。因此，利用介电特性来测试冻土未冻水含量及融土含水量是非常适合的一种方法。与其他测试技术手段比较，介电特性技术的优势表现在测试精度高，在土壤测试中体积含水量误差在1%-2%之间；时间和空间分辨率高，测试简单快捷，可用于野外测试，通过自动化和多通道模式可实现连续不间断测试，对冻土及土壤学研究及工程应用具有重要意义。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的旨在提供一种用于冻土样未冻水含量及融土样含水量的测定装置。该装置采用介电常数法测含水量的原理，以独特的结构方式，在不破坏土样的完整性，测试冻土未冻水含量及融土含水量简单快捷，并具有性能稳定，测试精度高的特点。在制样过程中就可方便快捷的测得冻土样未冻水含量及融土样的体积含水量。

本发明的目的是这样实现的：

一种用于测定冻土样未冻水含量及融土样含水量的装置，主要是由垫块、制样筒、柔性电路板、箍环、信号处理模块和数据采集模块组成。制样筒为两对半式弓型圆筒，土样置于两对半式弓型圆筒中，制样筒底部带有垫块和法兰，法兰与制样机或自动击实仪相连，两个制样筒弓型筒片结合缝呈凹槽，凹槽内嵌有密封橡胶条；箍环内壁有凹口嵌入橡胶条，制样筒壁上薄下厚，外壁不垂直与底板，箍环套入两对半式弓型圆筒，将两对半式弓型圆筒紧箍，制样筒内壁有柔性电路板固定于凹槽，采用3M胶将柔性电路板固定于制样筒内壁的凹槽中，两片制样筒内壁的柔性电路板组成一个电容，其电容值随筒内土样的含水量变化而变化；柔性电路板通过导线接入供电及信号处理模块，处理过的信号为4~20mA标准直流电流信号，将该信号接入数采仪采集自动采集数据。

本发明的优点和有益效果是：

1、当测定融土样的体积含水量，可直接融土未冻制样筒制样。利用装置可以在制样的同时测出土样的含水量，极大地提高工作效率；

2、本装置可用于野外原状样的含水量及冻土原状样的未冻水含量测量，提高野外测量原状样的含水量的准确度及工作效率，降低野外测量的繁杂程度。

3、本装置既可以制样同时测定土样的含水量，也可将恒温好的冻土样放入制样桶内，测量冻土的未冻水含量，在土工试验中应用广泛；加载方式可自选，通用性好；

4、本装置可自动采集数据，减少烘干法多步骤人工测量及记录误差，使用快捷方便，并减少了过长烘干法繁杂操作步骤间水分挥发，引发测试数据的不确定性，大大的提高了测量精度。

5、本发明所采用的柔性电路板是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的一种具有高度可靠性，绝佳的可挠性印刷电路板，具有配线密度高、重量轻、厚度薄的特点。

附图说明

图1是本发明制样筒示意图；

图2 是本发明结构示意图；

图3是电容值的变化与土样含水量变化示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案再作进一步说明：

如图1-2所示，一种用于冻土样未冻水含量及融土样含水量的测定装置，主要是由垫块1、制样筒2、柔性电路板3、箍环5信号处理模块8和数据采集模块9组成。制样筒2为两对半式弓型圆筒，用于制作土样7。两对半式弓型圆筒底部装有垫块1和法兰，法兰在制样过程中可以方便的采用螺栓6与制样机或自动击实仪相连。两对半式弓型圆筒片结合缝呈凹槽，内嵌有密封橡胶条10，箍环5内壁有凹口嵌入橡胶条10。制样筒2筒壁上薄下厚，外壁不垂直与底板，这样箍环5就可以轻易的将两对半式弓型圆筒片紧紧组装在一起，且容易卸开。制样筒2内壁有凹槽，采用固定专用3M胶将柔性电路板3固定于制样筒2内壁凹槽中，两片制样筒2内壁的柔性电路板3组成一个电容。介电常数又称电容率或相对电容率，是表征电介质或绝缘材料电性能的一个重要数据，常用ε表示。它是指在同一电容器中用同一物质为电介质和真空时的电容的比值，表示电介质在电场中贮存静电能的相对能力。由于制样筒2内径一定（为标准土样直径61.8mm），故柔性电路板3所组成的电容在真空中的电容值是一定的，因此，柔性电路板3间的介电常数取决于土样7。土样7充当电介质，其介电常数随柔性电路板3之间土样7的电容变化而变化，土样7含水量变化可以转换为电容量的变化。而电容量的大小取决于土样7内部液态水的多少。电容值的变化与土样含水量变化如图3所示。将制样桶2上的柔性电路板3用导线与信号处理模块8、数据采集模块9相连接。信号处理模块8的功能是将电容信号转换成4-20mA 标准电流信号，以方便数据采集仪9采集数据。当要测定融土未冻水含量，可直接将融土样放置制样筒2内。数据采集仪9将标准电流信号转换成含水量数字信号，数据采集仪9带有小液晶屏，可实时显示所测制样筒2内融土样7的体积含水量。当测定冻土样的未冻水含量时，直接将冻土样7放入制样桶2，既可以测得冻土样7未冻水含量。

Claims (1)

1.一种用于冻土样未冻水含量及融土样含水量的测定装置，主要是由垫块（1）、制样筒（2）、柔性电路板（3）、箍环（5）、信号处理模块（8）和数据采集模块（9）组成，制样筒（2）为两对半式弓型圆筒，土样（7）置于两对半式弓型圆筒中，制样筒（2）底部带有垫块（1）和法兰，法兰与制样机或自动击实仪相连，两个制样筒（2）弓型筒片结合缝呈凹槽，凹槽内嵌有密封橡胶条（10）；箍环（5）内壁有凹口嵌入橡胶条（10），制样筒（2）壁上薄下厚，外壁不垂直与底板，箍环（5）套入两对半式弓型圆筒，将两对半式弓型圆筒紧箍，制样筒（2）内壁有柔性电路板固定凹槽，采用3M胶将柔性电路板（3）固定于制样筒（2）内壁的凹槽中，两片制样筒（2）内壁的柔性电路板（3）组成一个电容，其电容值随筒内土样（7）的含水量变化而变化；柔性电路板（3）通过导线（4）接入供电及信号处理模块（8），处理过的信号为4~20mA标准直流电流信号，将该信号接入数采仪采集（9）自动采集数据。