CN109781808A - 电化学阻抗谱技术测量岩土材料水盐含量的装置及方法 - Google Patents

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彭述权
王凡
樊玲
祁彬溪
陈捷翎
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Abstract

本发明公开了一种电化学阻抗谱技术测量岩土材料水盐含量的装置及方法，该装置，包括电化学工作站、夹紧结构、阳极导电片和阴极导电片；所述夹紧结构包括下夹板和上夹板，所述下夹板的两侧均设置有螺杆，所述上夹板的两侧分别与对应的螺杆滑动套接，上夹板两侧的顶部和底部均设置有与对应的螺杆螺纹连接的螺母；所述阳极导电片和阴极导电片分别与电化学工作站电连接，阳极导电片和阴极导电片分别贴于试件的两端且通过夹紧结构夹持固定，该测试方法，包括试件准备、试件测试以及试件的电化学评价这三步。采用本申请的装置和方法，既能确保监测的可靠性、精确性和便利性，又可以满足原位无损监测的要求，同时能适应试验室的试验环境。

Description

电化学阻抗谱技术测量岩土材料水盐含量的装置及方法
技术领域
本发明涉及岩土工程电化学检测技术领域，具体涉及一种电化学阻抗谱技术测量岩土材料水盐含量的装置及方法。
背景技术
岩土材料水、盐含量的无损检测一直是一个亟待解决的问题，电化学阻抗谱(EIS)技术凭借其快速便捷、及时反馈、无损检测等优异特点能很好地解决此类问题。
随着EIS技术的不断发展，在岩土工程的应用越来越广泛；给岩土材料的监测工作带来了有利的影响。目前，虽然岩土工程上对EIS技术的应用需求非常广泛，但对EIS测量技术的应用上仍然存在局限性，没有充分有效使用，多数使用EIS技术测试多孔介质内部结构、高温高压深部岩体以及颗粒级配等相关参数的监测，对于岩土材料水、盐含量的测量相对较少，仅有的测量也只涉及预测分析。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种电化学阻抗谱技术测量岩土材料水盐含量的装置及方法，既能确保监测的可靠性、精确性和便利性，又可以满足原位无损监测的要求，同时能适应试验室的试验环境。
本发明通过以下技术手段解决上述问题：
一种电化学阻抗谱技术测量岩土材料水盐含量的装置，包括电化学工作站、夹紧结构、阳极导电片和阴极导电片；所述夹紧结构包括下夹板和上夹板，所述下夹板的两侧均设置有竖直布置的螺杆，所述上夹板的两侧分别与对应的螺杆滑动套接，上夹板两侧的顶部和底部均设置有与对应的螺杆螺纹连接的螺母；所述阳极导电片和阴极导电片分别与电化学工作站电连接，阳极导电片和阴极导电片分别贴于试件的两端且通过夹紧结构夹持固定。
进一步，所述阳极导电片通过上夹板夹持，阳极导电片与上夹板之间设置有机玻璃板，所述阴极导电片通过下夹板支撑，阴极导电片与下夹板之间也设置有机玻璃板。
进一步，所述阳极导电片与试件接触一侧设置有导电粘胶层，所述阴极导电片与试件接触一侧也设置有导电粘胶层。
进一步，所述阳极导电片和阴极导电片均由导电金属材料制成。
一种采用上述装置测量岩土材料水盐含量的方法，包括如下步骤：
1)将试件制备为相同尺寸，在试件的两端分别通过导电粘胶层粘贴阳极导电片和阴极导电片，并利用夹紧结构使试件夹紧在两块导电片之间，电化学工作站、阳极导电片和阴极导电片构成通电回路；
2)测试：对电化学工作站调零并检测初始电位，采用相同变化的频率范围为0.1Hz-105Hz的10mv交流扰动电压测试试件的电化学阻抗谱，并采集试件的电阻抗参数值；
3)岩土材料测试试件的电化学评价：比较相同测试条件下的岩土试件的奈奎斯特图与伯德图的变化规律，利用非线性拟合数值方法得出不同水含量的电阻抗模值模型。
进一步，利用夹紧结构使试件夹紧在两块导电片之间的具体过程为：阴极导电片通过下夹板支撑，上下调整上夹板的位置，待上夹板夹紧阳极导电片和试件后，通过上夹板上下两侧的螺母对上夹板进行夹持定位。
本发明的有益效果：本发明的电化学阻抗谱技术测量岩土材料水盐含量的装置及方法，该装置，包括电化学工作站、夹紧结构、阳极导电片和阴极导电片；所述夹紧结构包括下夹板和上夹板，所述下夹板的两侧均设置有螺杆，所述上夹板的两侧分别与对应的螺杆滑动套接，上夹板两侧的顶部和底部均设置有与对应的螺杆螺纹连接的螺母；所述阳极导电片和阴极导电片分别与电化学工作站电连接，阳极导电片和阴极导电片分别贴于试件的两端且通过夹紧结构夹持固定，该测试方法，包括试件准备、试件测试以及试件的电化学评价这三步。采用本申请的装置和方法，既能确保监测的可靠性、精确性和便利性，又可以满足原位无损监测的要求，同时能适应试验室的试验环境。此外，本申请的优点还体现在如下方面：
(1)岩石、土体材料的原位无损监测较为困难，然电化学工作站阻抗谱监测不会产生扰动，能很好的解决这个问题；
(2)运用导电膏等导电粘结材料能很好的解决因电解质溶液扩散导致数据误差等缺陷，提高了监测的准确性；
(3)运用螺纹杆使试样与铜片紧密连接，减小接触空隙对导电性的影响；
(4)利用数据拟合得到电阻抗模值模型，实现对检测结果数据的反演推算。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明的测量岩土材料水盐含量的装置的结构示意图；
图2为试件1的奈奎斯特图；
图3为试件1的伯德图；
图4为试件2的奈奎斯特图；
图5为试件2的伯德图；
图6为试件3的奈奎斯特图；
图7为试件3的伯德图；
图8为试件4的奈奎斯特图；
图9为试件4的伯德图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明进行详细说明，如图1所示：本发明提供了一种电化学阻抗谱技术测量岩土材料水盐含量的装置，包括电化学工作站1、夹紧结构、阳极导电片3和阴极导电片4；所述夹紧结构包括下夹板202和上夹板201，所述下夹板的两侧均设置有竖直布置的螺杆203，所述上夹板的两侧分别与对应的螺杆滑动套接，上夹板两侧的顶部和底部均设置有与对应的螺杆螺纹连接的螺母204；所述阳极导电片和阴极导电片分别与电化学工作站电连接，阳极导电片和阴极导电片分别贴于试件的两端且通过夹紧结构夹持固定。具体来说，所述阳极导电片通过上夹板夹持，阳极导电片与上夹板之间设置有机玻璃板5，所述阴极导电片通过下夹板支撑，阴极导电片与下夹板之间也设置有机玻璃板5，有机玻璃板具有绝缘作用，阳极导电片与试件接触一侧设置有导电粘胶层，阴极导电片与试件接触一侧也设置有导电粘胶层，阳极导电片和阴极导电片均由导电金属材料制成。
本发明还提供了一种采用上述装置测量岩土材料水盐含量的方法，包括如下步骤：
1)将试件制备为相同尺寸，在试件的两端分别通过导电粘胶层粘贴阳极导电片和阴极导电片，并利用夹紧结构使试件夹紧在两块导电片之间，电化学工作站、阳极导电片和阴极导电片构成通电回路；利用夹紧结构使试件夹紧在两块导电片之间的具体过程为：阴极导电片通过下夹板支撑，上下调整上夹板的位置，待上夹板夹紧阳极导电片和试件后，通过上夹板上下两侧的螺母对上夹板进行夹持定位；
2)测试：对电化学工作站调零并检测初始电位，采用相同变化的频率范围为0.1Hz-105Hz的10mv交流扰动电压测试试件的电化学阻抗谱，并采集试件的电阻抗参数值；
3)岩土材料测试试件的电化学评价：比较相同测试条件下的岩土试件的奈奎斯特图与伯德图的变化规律，利用非线性拟合数值方法得出不同水含量的电阻抗模值模型。
下面为几种试件的试样结果：
试件1：红砂岩，制成50×100mm的圆柱试样，得到的奈奎斯特图和伯德图分别如图2和图3所示。
试件2：花岗岩，制成50×100mm的圆柱试样，得到的奈奎斯特图和伯德图分别如图4和图5所示。
试件3：砂土试样，制成50×100mm的圆柱试样，得到的奈奎斯特图和伯德图分别如图6和图7所示。
试件4：取盐渍土，制成50×100mm的圆柱试样，得到的奈奎斯特图和伯德图分别如图8和图9所示。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种电化学阻抗谱技术测量岩土材料水盐含量的装置，其特征在于：包括电化学工作站、夹紧结构、阳极导电片和阴极导电片；所述夹紧结构包括下夹板和上夹板，所述下夹板的两侧均设置有竖直布置的螺杆，所述上夹板的两侧分别与对应的螺杆滑动套接，上夹板两侧的顶部和底部均设置有与对应的螺杆螺纹连接的螺母；所述阳极导电片和阴极导电片分别与电化学工作站电连接，阳极导电片和阴极导电片分别贴于试件的两端且通过夹紧结构夹持固定。
2.根据权利要求1所述的电化学阻抗谱技术测量岩土材料水盐含量的装置，其特征在于：所述阳极导电片通过上夹板夹持，阳极导电片与上夹板之间设置有机玻璃板，所述阴极导电片通过下夹板支撑，阴极导电片与下夹板之间也设置有机玻璃板。
3.根据权利要求2所述的电化学阻抗谱技术测量岩土材料水盐含量的装置，其特征在于：所述阳极导电片与试件接触一侧设置有导电粘胶层，所述阴极导电片与试件接触一侧也设置有导电粘胶层。
4.根据权利要求3所述的电化学阻抗谱技术测量岩土材料水盐含量的装置，其特征在于：所述阳极导电片和阴极导电片均由导电金属材料制成。
5.一种采用如权利要求1所述的装置测量岩土材料水盐含量的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将试件制备为相同尺寸，在试件的两端分别通过导电粘胶层粘贴阳极导电片和阴极导电片，并利用夹紧结构使试件夹紧在两块导电片之间，电化学工作站、阳极导电片和阴极导电片构成通电回路；
2)测试：对电化学工作站调零并检测初始电位，采用相同变化的频率范围为0.1Hz-105Hz的10mv交流扰动电压测试试件的电化学阻抗谱，并采集试件的电阻抗参数值；
3)岩土材料测试试件的电化学评价：比较相同测试条件下的岩土试件的奈奎斯特图与伯德图的变化规律，利用非线性拟合数值方法得出不同水含量的电阻抗模值模型。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：利用夹紧结构使试件夹紧在两块导电片之间的具体过程为：阴极导电片通过下夹板支撑，上下调整上夹板的位置，待上夹板夹紧阳极导电片和试件后，通过上夹板上下两侧的螺母对上夹板进行夹持定位。
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