CN114397337B - 土壤粘附力测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种土壤粘附力测试装置及方法。测试装置包括土壤容器、电渗装置、运动机构和力检测装置。测试方法包括：设置试验参数；提供土壤试样，将正电极的第一端和负电极的第一端埋设于土壤试样中；使正电极与负电极均断电，使负电极的第一端向第一方向移动第一距离，获取除与正电极与负电极通电相关的参数外的试验参数下，负电极移动的过程中土壤试样对负电极的阻力的第一变化曲线，根据第一变化曲线获取通电前的土壤粘附力；使正电极和负电极通电，使负电极的第一端向第一方向移动第一距离，获取试验参数下，负电极移动的过程中土壤试样对负电极的阻力的第二变化曲线，根据第二变化曲线获取通电后的土壤粘附力。
Description
技术领域
本公开涉及土壤粘附力测试技术领域，特别涉及一种土壤粘附力测试装置及方法。
背景技术
桩工机械、路面机械、农业机械等装备的作业机具在针对土壤施工的过程中，会有大量的土壤粘附在作业机具表面，导致作业质量差、工作阻力大、施工效率低等问题。因此，降低土壤对作业机具表面的粘附力，是提升施工效率与施工质量的关键。
电渗法作为一种减粘脱附手段，无需对触土部件表面进行处理，通过外接电源并匹配合适的电极材料，在一定条件下可快速降低土壤对触土部件的土壤粘附力。在发明人已知的相关技术中，可以采用通过测定一定通电时间内的排水量的方式，或采用具有配重的牵引装置牵引测试件的方式评价电渗法减粘脱附的效果。上述评价方法适用范围较窄，且测试周期长、测量分辨率较低、数据误差较大，不利于高效、精确地评价电渗法减粘脱附的效果，制约了电渗法减粘脱附技术的发展。
发明内容
本公开的目的在于提供一种土壤粘附力测试装置及方法，以高效、精确地评价电渗法减粘脱附的效果。
本公开的第一方面提供一种土壤粘附力测试装置，包括：
土壤容器，被配置为盛放土壤试样；
电渗装置，包括电源、正电极和负电极，所述电源与所述正电极和所述负电极电连接，所述正电极的第一端和所述负电极的第一端用于埋设于所述土壤试样中，以使所述土壤试样在所述正电极和所述负电极均通电的状态下产生电渗现象；
运动机构，包括第一进给部和相对于所述第一进给部的位置可调且用于连接所述负电极的第二端的连接部，所述第一进给部被配置为驱动所述连接部沿第一方向远离所述土壤容器，并在所述连接部连接于所述负电极的第二端的状态，使所述负电极的第一端沿所述第一方向移动以部分或完全脱离所述土壤试样；和
力检测装置，被配置为检测所述负电极的第一端沿所述第一方向移动的过程中所述土壤试样对所述负电极的阻力，以根据所述阻力获取所述土壤试样的土壤粘附力。
根据本公开的一些实施例，所述运动机构还包括位置调节部，所述位置调节部被配置为调节所述连接部在垂直于所述第一方向的平面内的位置，以使所述连接部到达连接所述负电极的第二端所需的位置。
根据本公开的一些实施例，所述位置调节部包括第二进给部，所述第二进给部被配置为驱动所述连接部靠近或远离所述第一进给部。
根据本公开的一些实施例，所述第二进给部的进给轴线相对于所述第一进给部的进给轴线可转动。
根据本公开的一些实施例，所述位置调节部还包括调节件，所述第一进给部包括进给轴线沿所述第一方向延伸的第一丝杠，所述第二进给部包括进给轴线沿第二方向延伸的第二丝杠，所述第一丝杠与所述第二丝杠通过所述调节件连接，所述调节件被配置为驱动所述第二丝杠相对于所述第一丝杠转动。
根据本公开的一些实施例，所述力检测装置包括设置于所述连接部上的拉力计，所述拉力计用于连接所述负电极的第二端。
根据本公开的一些实施例，所述土壤粘附力测试装置包括控制装置，所述控制装置与所述第一进给部信号连接，所述控制装置被配置为根据预设的试验参数调节所述第一进给部的进给速度，以调节所述负电极的第一端沿所述第一方向移动的过程中的移动速度。
根据本公开的一些实施例，所述土壤粘附力测试装置包括控制装置，所述控制装置与所述电渗装置和所述力检测装置信号连接，所述控制装置被配置为根据所述负电极的第一端沿所述第一方向移动的过程中所述土壤试样对所述负电极的阻力的变化曲线获取预设的试验参数下的土壤粘附力。
本公开的第二方面提供一种基于本公开的第一方面所述的土壤粘附力测试装置的土壤粘附力测试方法，包括：
设置试验参数；
提供土壤试样，将所述正电极的第一端和所述负电极的第一端埋设于所述土壤试样中；
使所述正电极与所述负电极均断电，使所述负电极的第一端向所述第一方向移动第一距离，获取除与所述正电极与所述负电极通电相关的参数外的所述试验参数下，所述负电极的第一端沿所述第一方向移动的过程中所述土壤试样对所述负电极的阻力的第一变化曲线，根据所述第一变化曲线获取通电前的土壤粘附力；
使所述正电极和所述负电极通电，使所述负电极的第一端向所述第一方向移动所述第一距离，获取所述试验参数下，所述负电极的第一端沿所述第一方向移动的过程中所述土壤试样对所述负电极的阻力的第二变化曲线，根据所述第二变化曲线获取通电后的土壤粘附力。
根据本公开的一些实施例，
根据所述阻力的第一变化曲线获取通电前的土壤粘附力包括将所述第一变化曲线的峰值作为所述通电前的土壤粘附力；
根据所述阻力的第二变化曲线获取通电后的土壤粘附力包括：获取一次所述第二变化曲线，将所述第二变化曲线的峰值作为所述通电后的土壤粘附力，或，在除所述负电极的埋设位置外的同样的所述试验参数下，获取多次所述第二变化曲线，每次获取所述第二变化曲线时，使所述负电极在所述土壤试样中埋设的位置不同且所述正电极与所述负电极的间距保持一致，将各个所述第二变化曲线的峰值的平均值作为所述通电后的土壤粘附力。
根据本公开的一些实施例，所述土壤粘附力测试方法还包括：根据所述通电前的土壤粘附力和所述通电后的土壤粘附力获取电渗现象对土壤粘附力的影响的评价指标。
根据本公开的一些实施例，获取所述评价指标包括：获取所述通电后的土壤粘附力与所述通电前的土壤粘附力的比值η，将所述比值η作为所述评价指标。
根据本公开的一些实施例，改变所述试验参数，以获取不同的所述试验参数下所述土壤试样的土壤粘附力。
根据本公开的一些实施例，提供土壤试样，将所述正电极的第一端和所述负电极的第一端埋设于所述土壤试样中包括：
提供试样基体和土壤试验块；
将所述正电极的第一端埋设于所述试样基体中，将所述土壤试验块的至少一部分埋设于所述试样基体中，将所述负电极的第一端埋设于所述土壤试验块中；
其中，每次以不同的所述试验参数获取所述土壤粘附力之前，更换所述土壤试验块。
根据本公开的一些实施例，所述试验参数包括以下至少之一：所述电源的输出电压、所述正电极与所述负电极的通电时间、所述正电极的材料、所述负电极的材料、所述正电极的形状、所述负电极的形状、所述正电极与所述负电极均埋设于所述土壤试样时所述正电极与所述负电极的间距、所述正电极与所述土壤试样的接触面积和所述负电极与所述土壤试样的接触面积的比值、所述负电极的第一端沿所述第一方向移动的过程中的移动速度、所述第一距离、所述土壤试样的含水率。
本公开实施例提供的土壤粘附力测试装置中，通过将正电极的第一端和负电极的第一端埋设于土壤试样中，并使连接部与负电极的第二端连接，在第一进给部驱动下，通过检测土壤试样对负电极的阻力，即可获取土壤试样对负电极的土壤粘附力，并由此模拟工程机械施工时土壤对触土部件的粘附情况。通过获取通电前的土壤粘附力和通电后的土壤粘附力，根据土壤试样对负电极的粘附力下降的程度，即可评价电渗法减粘脱附的效果。通过改变电源的输出电压、正电极和负电极的通电时间、正电极和负电极的材料、第一进给部的进给速度等试验参数，可以定量地评价不同试验参数下电渗法减粘脱附的效果。
本公开实施例提供的土壤粘附力测试装置中，被检测量为土壤试样对负电极的阻力，相比于测定一定通电时间内的排水量等间接测量的方式，测试结果更加直观，测量误差较小，测试效率更高。本公开实施例提供的土壤粘附力测试装置通过第一进给部以一定的进给速度向负电极施加使负电极部分或完全脱离土壤试样的载荷，施加载荷的过程相比于采用具有配重的牵引装置牵引测试件的方式更加平稳、连续，利于负电极和土壤试样的粘附界面保持平衡的状态，减少无关的载荷的干扰，并且施加载荷的过程更接近工程机械施工过程中触土部件与土壤的接触形式，利于提升土壤粘附力的测试精度。
本公开实施例的土壤粘附力测试方法基于本公开实施例的土壤粘附力测试装置进行，因此具有本公开实施例的土壤粘附力测试方法所具有的优点。
通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本申请的一部分，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
图1为本公开一些实施例的土壤粘附力测试装置的结构示意图。
图2为本公开一些实施例中的土壤容器的剖视结构示意图，其中示出了试样基体和土壤试验块的布置方式。
图3为图2所示的土壤容器的俯视结构示意图，其中示出了试样基体和土壤试验块的布置方式。
图4为不同试验参数下的通电后的土壤粘附力与通电前的土壤粘附力的比值的折线图。
图1至图4中，各附图标记分别代表：
1、土壤试样；11、试样基体；12、土壤试验块；2、土壤容器；31、电源；32、正电极；33、负电极；40、安装座；41、第一进给部；42、第二进给部；43、调节件；44、连接部；5、力检测装置；6、计算机；7、伺服装置；8、底座。
具体实施方式
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，这些技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本公开的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。
在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
如图1至图3所示，本公开的一些实施例提供一种土壤粘附力测试装置，包括土壤容器2、电渗装置、运动机构和力检测装置5。
土壤容器2被配置为盛放土壤试样1。根据不同的测试要求，可以采用不同的土壤试样1。
电渗装置包括电源31、正电极32和负电极33。电源31与正电极32和负电极33电连接，正电极32的第一端和负电极33的第一端用于埋设于土壤试样1中，以使土壤试样1在正电极32和负电极33均通电的状态下产生电渗现象。电源31可以采用连续直流或脉冲直流的形式向两个电极输出电压，电源31的输出电压可以是可调的。根据不同的测试要求，可以采用不同的形状和材料的正电极32和负电极33。
电渗装置使土壤试样产生电渗现象之后，土壤试样1中的部分水分由负电极33移向正电极32，从而使负电极33处的土壤试样1的水分减少，粘度降低，土壤试样1对负电极33的粘附力下降。
运动机构包括第一进给部41和相对于第一进给部41的位置可调且用于连接负电极33的第二端的连接部44。第一进给部41被配置为驱动连接部44沿第一方向远离土壤容器2，并在连接部44连接于负电极33的第二端的状态，使负电极33的第一端沿第一方向移动以部分或完全脱离土壤试样1。第一进给部41带动连接部44做进给运动时，根据进给运动的方向，连接部44向负电极33施加的载荷可以是拉力，也可以是推力。
力检测装置5被配置为检测负电极33的第一端沿第一方向移动的过程中土壤试样1对负电极33的阻力，以根据阻力获取土壤试样1的土壤粘附力。
本公开实施例提供的土壤粘附力测试装置中，通过将正电极的第一端和负电极的第一端埋设于土壤试样中，并使连接部与负电极的第二端连接，在第一进给部驱动下，通过检测土壤试样对负电极的阻力，即可获取土壤试样对负电极的土壤粘附力，并由此模拟工程机械施工时土壤对触土部件的粘附情况。通过获取通电前的土壤粘附力和通电后的土壤粘附力，根据土壤试样对负电极的粘附力下降的程度，即可评价电渗法减粘脱附的效果。通过改变电源的输出电压、正电极和负电极的通电时间、正电极和负电极的材料、第一进给部的进给速度等试验参数，可以定量地评价不同试验参数下电渗法减粘脱附的效果。
本公开实施例提供的土壤粘附力测试装置中，被检测量为土壤试样对负电极的阻力，相比于测定一定通电时间内的排水量等间接测量的方式，测试结果更加直观，测量误差较小，测试效率更高。本公开实施例提供的土壤粘附力测试装置通过第一进给部以一定的进给速度向负电极施加使负电极部分或完全脱离土壤试样的载荷，施加载荷的过程相比于采用具有配重的牵引装置牵引测试件的方式更加平稳、连续，利于负电极和土壤试样的粘附界面保持平衡的状态，减少无关的载荷的干扰，并且施加载荷的过程更接近工程机械施工过程中触土部件与土壤的接触形式，利于提升土壤粘附力的测试精度。
在一些实施例中，运动机构还包括位置调节部，位置调节部被配置为调节连接部44在垂直于第一方向的平面内的位置，以使连接部44到达连接负电极33的第二端所需的位置。
对于埋设于土壤试样的不同位置的负电极，在第一进给部和位置调节部的共同调节下，连接部均可以到达相应的连接负电极的第二端所需的位置，以实现土壤粘附力的检测。
在一些实施例中，位置调节部包括第二进给部42，第二进给部42被配置为驱动连接部44靠近或远离第一进给部41。
在一些实施例中，第二进给部42的进给轴线相对于第一进给部41的进给轴线可转动。在垂直于第一方向的平面内，连接部相对于第一进给部具有一个平动自由度和一个转动自由度。
在一些实施例中，位置调节部还包括调节件43，第一进给部41包括进给轴线沿第一方向延伸的第一丝杠，第二进给部42包括进给轴线沿第二方向延伸的第二丝杠，第一丝杠与第二丝杠通过调节件43连接，调节件43被配置为驱动第二丝杠相对于第一丝杠转动。图1所示的实施例中，第一丝杠沿竖直方向延伸，第二丝杠沿水平方向延伸，调节件可以是万向节。
在一些实施例中，力检测装置5包括设置于连接部44上的拉力计，拉力计用于连接负电极33的第二端。在第一进给部41驱动连接部44沿第一方向远离土壤容器2并使负电极33的第一端沿第一方向移动的过程中，拉力计的示数即为土壤试样1对负电极33的阻力。
在一些实施例中，土壤粘附力测试装置包括控制装置，控制装置与第一进给部41信号连接。控制装置被配置为根据预设的试验参数调节第一进给部41的进给速度，以调节负电极33的第一端沿第一方向移动的过程中的移动速度。控制装置通过精确地调节第一进给部的进给速度，可以精确地调节负电极的第一端沿第一方向移动的过程中的移动速度，利于使测试结果具有更高的精度。
在一些实施例中，土壤粘附力测试装置包括控制装置，控制装置与电渗装置和力检测装置5信号连接。控制装置被配置为根据负电极33的第一端沿第一方向移动的过程中土壤试样1对负电极33的阻力的变化曲线获取预设的试验参数下的土壤粘附力。控制装置可以对力检测装置采集的阻力的变化曲线进行数据处理得到土壤粘附力，利于使测试结果具有更高的精度。
在一些实施例中，在上面所描述的控制装置可以实现为用于执行本公开所描述功能的通用处理器、可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称：PLC)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称：DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，简称：ASIC)、现场可编程门阵列(Field-ProgrammableGate Array，简称：FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。
本公开的一些实施例还提供一种基于前述土壤粘附力测试装置的土壤粘附力测试方法，包括：设置试验参数；提供土壤试样1，将正电极32的第一端和负电极33的第一端埋设于土壤试样1中；使正电极32与负电极33均断电，使负电极33的第一端向第一方向移动第一距离，获取除与正电极32与负电极33通电相关的参数外的试验参数下，负电极33的第一端沿第一方向移动的过程中土壤试样1对负电极33的阻力的第一变化曲线，根据第一变化曲线获取通电前的土壤粘附力；使正电极32和负电极33通电，使负电极33的第一端向第一方向移动第一距离，获取试验参数下，负电极33的第一端沿第一方向移动的过程中土壤试样1对负电极33的阻力的第二变化曲线，根据第二变化曲线获取通电后的土壤粘附力。
在一些实施例中，试验参数包括以下至少之一：电源31的输出电压、正电极32与负电极33的通电时间、正电极32的材料、负电极33的材料、正电极32的形状、负电极33的形状、正电极32与负电极33均埋设于土壤试样1时正电极32与负电极33的间距、正电极32与土壤试样1的接触面积和负电极33与土壤试样1的接触面积的比值、负电极33的第一端沿第一方向移动的过程中的移动速度、第一距离、土壤试样1的含水率。其中，电源31的输出电压、正电极32与负电极33的通电时间为与正电极32与负电极33通电相关的参数。
为了对比不同试验参数条件下电渗法减粘脱附的效果，在一些实施例中，改变试验参数，以获取不同的试验参数下土壤试样1的土壤粘附力。
本公开实施例的土壤粘附力测试方法基于本公开实施例的土壤粘附力测试装置进行，因此具有本公开实施例的土壤粘附力测试方法所具有的优点。
在一些实施例中，根据阻力的第一变化曲线获取通电前的土壤粘附力包括将第一变化曲线的峰值作为通电前的土壤粘附力；根据阻力的第二变化曲线获取通电后的土壤粘附力包括：获取一次第二变化曲线，将第二变化曲线的峰值作为通电后的土壤粘附力，或，在除负电极33的埋设位置外的同样的试验参数下，获取多次第二变化曲线，每次获取第二变化曲线时，使负电极33在土壤试样1中埋设的位置不同且正电极32与负电极33的间距保持一致，将各个第二变化曲线的峰值的平均值作为通电后的土壤粘附力，以减小测试过程中偶然误差的影响。
图3示出了使负电极33在土壤试样1中埋设位置不同且正电极32与负电极33的间距保持一致的一种示例性的情形，在其中一个埋设位置，获取第一变化曲线并由此获取通电前的土壤粘附力，在其余埋设位置，获取多次第二变化曲线并由此获取通电后的土壤粘附力。
在一些实施例中，土壤粘附力测试方法还包括：根据通电前的土壤粘附力和通电后的土壤粘附力获取电渗现象对土壤粘附力的影响的评价指标。
由于土壤试样的初始状态对测量结果的影响较大，在一些实施例中，为了科学地反映出每组试验参数对应的减粘脱附的效果，便于对比不同的试验参数对应的减粘脱附的效果，减少试验误差，获取评价指标包括：获取通电后的土壤粘附力与通电前的土壤粘附力的比值η，将比值η作为评价指标。
例如，在第i组试验参数下，将第一变化曲线的峰值记为Fi1，每次获取的第二变化曲线的峰值分别记为Fi2、Fi3、Fi4、…、Fin，则比值η可表示如下：
其中，表示Fi2、Fi3、Fi4、…、Fin的平均值，/>
在一些实施例中，如图2和图3所示，提供土壤试样1，将正电极32的第一端和负电极33的第一端埋设于土壤试样1中包括：提供试样基体11和土壤试验块12；将正电极32的第一端埋设于试样基体11中，将土壤试验块12的至少一部分埋设于试样基体11中，将负电极33的第一端埋设于土壤试验块12中；其中，每次以不同的试验参数获取土壤粘附力之前，为了尽可能减小上一次测试后土壤试验块12的含水量变化对下一次的测量结果的干扰，更换土壤试验块12。
下面结合图1至图4对本公开的一些实施例的土壤粘附力测试装置和土壤粘附力测试方法作进一步说明。
土壤粘附力测试装置包括土壤容器2、电渗装置、运动机构、力检测装置5、控制装置、伺服装置和底座8。
土壤容器2设置于底座8上。土壤容器2盛放有预先配置的土壤试样1，土壤试样1包括试样基体11和土壤试验块12。
电渗装置包括电源31、正电极32和负电极33。电源31设置于底座8上，正电极32与负电极33以一定距离和深度分别垂直插入试样基体11和土壤试验块12中，通过导线分别与电源31的正极输出端和负极输出端连接。
运动机构包括安装座40、第一进给部41、第二进给部42、调节件43和连接部44。安装座40设置于底座8上。第一进给部41包括安装于安装座40上且沿竖直方向延伸的第一丝杠，以驱动连接部44沿竖直方向运动，第二进给部42包括沿水平方向延伸的第二丝杠，以驱动连接部44沿水平方向运动，第一丝杠与第二丝杠通过调节件43连接且第二丝杠可绕第一丝杠水平转动。伺服装置7设置于底座8上，包括用于驱动第一丝杠与第二丝杠的伺服电机和与伺服电机适配的编码器。其中，第一丝杠的运动行程：0～300mm，第一丝杠的进给速度的调节范围：0.01～500mm/min。
力检测装置5包括设置于连接部44上的拉力计，拉力计用于连接负电极33的第二端。拉力计的挂钩通过刚性绳与负电极连接，拉力计的技术参数如下：量程：0～50N，分辨率：±1/500。
控制装置采用计算机6，在计算机6的操作界面中可以设置不同的试验参数。计算机6根据预设的第一进给部41的进给方向和进给速度，调节负电极33的第一端移动的过程中的移动方向和移动速度。
基于上述土壤粘附力测试装置的土壤粘附力测试方法如下：
1、提供土壤试样1。预先配置试样基体11和土壤试验块12。试样基体11的土壤粒径小于1mm。为了提高土壤试验块12的密实度，测试前可将土壤试验块12压紧压实，其中，给定载荷值范围为1～10kg，保压时间0～100s。例如，给定载荷值2kg，保压时间100s。
2、在计算机6的管理与数据分析处理软件界面，根据试验需求设置第一进给部41的进给速度(即负电极33沿竖直方向的移动速度)和负电极33沿竖直方向移动的第一距离。其中，负电极33沿竖直方向移动的第一距离需满足拉力计检测的阻力的第一变化曲线和第二变化曲线可以出现峰值。例如，设置进给速度50mm/min、第一距离300mm。
3、为了探究不同的电源31的输出电压以及正电极32与负电极33的通电时间对土壤试样1的土壤粘附力的影响，分别设置电源31的输出电压分别为10V、20V、30V，设置正电极32与负电极33的通电时间分别为10s、20s、30s、40s、50s，测试通电前的土壤粘附力和通电后的土壤粘附力。测试时，其它试验参数如下：负电极33的材料为碳素钢，正电极32与负电极33的间距为200mm，正电极32与土壤试样1的接触面积和负电极33与土壤试样1的接触面积的比值为1：1。
4、根据预设的正电极32与负电极33的间距，将正电极32的第一端以预设的深度埋设于试样基体11中，将负电极33的第一端以预设的深度埋设于土壤试验块12中。其中，如图3所示，以正电极32的埋设点为圆心，在土壤试验块12上选取5个负电极33的埋设点。然后通过导线将两个电极与电源31的两个输出端连接。
5、设置电源31输出电压为10V、正电极32和负电极33的通电时间为10s，其余试验参数采用上面提到的参数。将负电极33埋设于图3所示的其中一个埋设点，使正电极32和负电极33均断电，第一进给部41驱动负电极33的第一端竖直向上移动第一距离，通过拉力计获取土壤试样1对负电极33的阻力的第一变化曲线，将第一变化曲线的峰值作为通电前的土壤粘附力。开启电源31，使正电极32和负电极33均按上述输出电压和通电时间通电，将负电极33依次埋设于其余各个埋设点，第一进给部41驱动负电极33的第一端竖直向上移动第一距离，通过拉力计获取多次土壤试样1对负电极33的阻力的第二变化曲线，将每次获取的第二变化曲线的峰值F12、F13、F14、F15的平均值作为通电后的土壤粘附力。获取电源31输出电压为10V、正电极32和负电极33的通电时间为10s时，通电后的土壤粘附力与通电前的土壤粘附力的比值η。
6、保持电源31的输出电压不变，依次将通电时间调整为20s、30s、40s、50s，其余试验参数采用上面提到的参数，获取通电前的土壤粘附力、通电后的土壤粘附力和比值η。每次改变试验参数之前，重复上述测试步骤。每次以不同的试验参数获取土壤粘附力之前，更换土壤试验块12。
7、依次将电源31的输出电压调整为20V、30V，其余试验参数采用上面提到的参数，重复上述测试步骤，获取通电前的土壤粘附力、通电后的土壤粘附力和比值η。每次以不同的试验参数获取土壤粘附力之前，更换土壤试验块12。
8、将每组试验参数对应的比值η绘制成如图4所示的折线图，从而评价不同的输出电压和不同的通电时间对减粘脱附效果的影响。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本公开的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本公开进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本公开的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，其均应涵盖在本公开请求保护的技术方案范围当中。
Claims (12)
1.一种土壤粘附力测试装置，其特征在于，包括：
土壤容器(2)，被配置为盛放土壤试样(1)；
电渗装置，包括电源(31)、正电极(32)和负电极(33)，所述电源(31)与所述正电极(32)和所述负电极(33)电连接，所述正电极(32)的第一端和所述负电极(33)的第一端用于埋设于所述土壤试样(1)中，以使所述土壤试样(1)在所述正电极(32)和所述负电极(33)均通电的状态下产生电渗现象；
运动机构，包括第一进给部(41)和相对于所述第一进给部(41)的位置可调且用于连接所述负电极(33)的第二端的连接部(44)，所述第一进给部(41)被配置为驱动所述连接部(44)沿第一方向远离所述土壤容器(2)，并在所述连接部(44)连接于所述负电极(33)的第二端的状态，以一定的进给速度向所述负电极(33)施加使所述负电极(33)部分或完全脱离所述土壤试样(1)的载荷，使所述负电极(33)的第一端沿所述第一方向移动以部分或完全脱离所述土壤试样(1)，所述运动机构还包括位置调节部，所述位置调节部被配置为调节所述连接部(44)在垂直于所述第一方向的平面内的位置，以使所述连接部(44)到达连接所述负电极(33)的第二端所需的位置，所述位置调节部包括第二进给部(42)，所述第二进给部(42)被配置为驱动所述连接部(44)靠近或远离所述第一进给部(41)，所述第二进给部(42)的进给轴线相对于所述第一进给部(41)的进给轴线可转动；和
力检测装置(5)，被配置为检测所述负电极(33)的第一端沿所述第一方向移动的过程中所述土壤试样(1)对所述负电极(33)的阻力，以根据所述阻力获取所述土壤试样(1)的土壤粘附力。
2.根据权利要求1所述的土壤粘附力测试装置，其特征在于，所述位置调节部还包括调节件(43)，所述第一进给部(41)包括进给轴线沿所述第一方向延伸的第一丝杠，所述第二进给部(42)包括进给轴线沿第二方向延伸的第二丝杠，所述第一丝杠与所述第二丝杠通过所述调节件(43)连接，所述调节件(43)被配置为驱动所述第二丝杠相对于所述第一丝杠转动。
3.根据权利要求1或2所述的土壤粘附力测试装置，其特征在于，所述力检测装置(5)包括设置于所述连接部(44)上的拉力计，所述拉力计用于连接所述负电极(33)的第二端。
4.根据权利要求1或2所述的土壤粘附力测试装置，其特征在于，包括控制装置，所述控制装置与所述第一进给部(41)信号连接，所述控制装置被配置为根据预设的试验参数调节所述第一进给部(41)的进给速度，以调节所述负电极(33)的第一端沿所述第一方向移动的过程中的移动速度。
5.根据权利要求1或2所述的土壤粘附力测试装置，其特征在于，包括控制装置，所述控制装置与所述电渗装置和所述力检测装置(5)信号连接，所述控制装置被配置为根据所述负电极(33)的第一端沿所述第一方向移动的过程中所述土壤试样(1)对所述负电极(33)的阻力的变化曲线获取预设的试验参数下的土壤粘附力。
6.一种基于权利要求1至5中任一项所述的土壤粘附力测试装置的土壤粘附力测试方法，其特征在于，包括：
设置试验参数；
提供土壤试样(1)，将所述正电极(32)的第一端和所述负电极(33)的第一端埋设于所述土壤试样(1)中；
使所述正电极(32)与所述负电极(33)均断电，使所述负电极(33)的第一端向所述第一方向移动第一距离，获取除与所述正电极(32)与所述负电极(33)通电相关的参数外的所述试验参数下，所述负电极(33)的第一端沿所述第一方向移动的过程中所述土壤试样(1)对所述负电极(33)的阻力的第一变化曲线，根据所述第一变化曲线获取通电前的土壤粘附力；
使所述正电极(32)和所述负电极(33)通电，使所述负电极(33)的第一端向所述第一方向移动所述第一距离，获取所述试验参数下，所述负电极(33)的第一端沿所述第一方向移动的过程中所述土壤试样(1)对所述负电极(33)的阻力的第二变化曲线，根据所述第二变化曲线获取通电后的土壤粘附力。
7.根据权利要求6所述的土壤粘附力测试方法，其特征在于，
根据所述阻力的第一变化曲线获取通电前的土壤粘附力包括将所述第一变化曲线的峰值作为所述通电前的土壤粘附力；
根据所述阻力的第二变化曲线获取通电后的土壤粘附力包括：获取一次所述第二变化曲线，将所述第二变化曲线的峰值作为所述通电后的土壤粘附力，或，在除所述负电极(33)的埋设位置外的同样的所述试验参数下，获取多次所述第二变化曲线，每次获取所述第二变化曲线时，使所述负电极(33)在所述土壤试样(1)中埋设的位置不同且所述正电极(32)与所述负电极(33)的间距保持一致，将各个所述第二变化曲线的峰值的平均值作为所述通电后的土壤粘附力。
8.根据权利要求7所述的土壤粘附力测试方法，其特征在于，所述土壤粘附力测试方法还包括：根据所述通电前的土壤粘附力和所述通电后的土壤粘附力获取电渗现象对土壤粘附力的影响的评价指标。
9.根据权利要求8所述的土壤粘附力测试方法，其特征在于，获取所述评价指标包括：获取所述通电后的土壤粘附力与所述通电前的土壤粘附力的比值η，将所述比值η作为所述评价指标。
10.根据权利要求6所述的土壤粘附力测试方法，其特征在于，改变所述试验参数，以获取不同的所述试验参数下所述土壤试样(1)的土壤粘附力。
11.根据权利要求10所述的土壤粘附力测试方法，其特征在于，提供土壤试样(1)，将所述正电极(32)的第一端和所述负电极(33)的第一端埋设于所述土壤试样(1)中包括：
提供试样基体(11)和土壤试验块(12)；
将所述正电极(32)的第一端埋设于所述试样基体(11)中，将所述土壤试验块(12)的至少一部分埋设于所述试样基体(11)中，将所述负电极(33)的第一端埋设于所述土壤试验块(12)中；
其中，每次以不同的所述试验参数获取所述土壤粘附力之前，更换所述土壤试验块(12)。
12.根据权利要求6至11中任一项所述的土壤粘附力测试方法，其特征在于，所述试验参数包括以下至少之一：所述电源(31)的输出电压、所述正电极(32)与所述负电极(33)的通电时间、所述正电极(32)的材料、所述负电极(33)的材料、所述正电极(32)的形状、所述负电极(33)的形状、所述正电极(32)与所述负电极(33)均埋设于所述土壤试样(1)时所述正电极(32)与所述负电极(33)的间距、所述正电极(32)与所述土壤试样(1)的接触面积和所述负电极(33)与所述土壤试样(1)的接触面积的比值、所述负电极(33)的第一端沿所述第一方向移动的过程中的移动速度、所述第一距离、所述土壤试样(1)的含水率。
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