基于高密度電阻率法的滲流及溶質(zhì)遷移量測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于高密度電阻率法的滲流及溶質(zhì)迀移量測方法，尤其涉及一種 應用于土工離心模型試驗中的、基于高密度電阻率法的滲流及溶質(zhì)迀移量測方法。
【背景技術】
[0002] 土工離心模型試驗是巖土工程領域非常重要的技術手段，也是滲流及污染物運移 等相關問題研宄的強有力工具之一。在巖土工程中，土的自重應力通常占支配地位，土的力 學特性和水力特性隨應力水平而變化。小比尺離心模型試驗采用與原型相同的材料，在土 工離心機形成的高加速度場中達到與原型相同的應力水平，從而使模型與原型的應力應變 相等、變形相似、破壞機理相同，能夠再現(xiàn)原型特性，這是其它普通試驗手段所無法比擬的。 然而，土工離心機超重力、高速的試驗條件對量測設備的適應性和可靠性提出了更高的要 求，要想實現(xiàn)三維、無損、實時量測更加困難。
[0003] 超重力環(huán)境的土工離心模型試驗中現(xiàn)有的水分及溶質(zhì)迀移過程的量測技術主要 包括傳感器量測法、圖像分析法及取樣分析法三類，但這些典型的方法并不能充分滿足三 維、無損、實時的量測需求。傳感器量測法中，傳感器探頭及傳輸線路可能干擾土體中滲流 及溶質(zhì)迀移等物理過程，在土體中誘發(fā)優(yōu)勢滲流通道。同時，該類方法為單點量測，量測成 本較高，并不適于大范圍、多斷面量測。圖像分析法多適用于一維及二維試驗觀測，不適用 于三維試驗過程量測。同時，圖像分析效果及精度受土料及污染物性質(zhì)、觀測角度及距離 等因素影響顯著。取樣分析法能獲得較為準確的介質(zhì)特性資料，但通常無法進行實時量測 及分析，獲取的試驗過程信息有限，且整體的量測精度會受取樣點位置、取樣個數(shù)等因素影 響。
[0004] 故，現(xiàn)有的量測方法或多或少存在一些典型缺陷及不足，巖土工程測試迫切需要 發(fā)展能夠同時滿足無損、三維、實時的，且能夠適應超重力離心環(huán)境并保證高精度的量測方 法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 綜上所述，有必要提供一種基于高密度電阻率法的滲流及溶質(zhì)迀移量測方法，該 方法能夠?qū)崿F(xiàn)對土工離心模型試驗中模擬滲流及溶質(zhì)迀移過程的三維、無損、實時量測。
[0006] 一種基于高密度電阻率法的滲流及溶質(zhì)迀移量測方法，其包括以下步驟：a.提 供一具有轉動連接在一起的離心旋轉軸及離心旋轉臂的離心機，并提供一離心機載主機， 所述離心旋轉臂圍繞所述離心旋轉軸旋轉；b.提供一土工模型裝置及一高密度電阻率測 定分析系統(tǒng)，所述土工模型裝置包括主體模型箱及儲液箱，所述主體模型箱用于盛裝待測 試驗土料，所述儲液箱用于盛裝試驗所需液體，所述高密度電阻率測定分析系統(tǒng)包括高密 度電阻率測定裝置、電極及測試主控電腦，將所述高密度電阻率測定裝置安置并固定在所 述離心旋轉臂，將所述測試主控電腦放置在試驗者適用的位置并與所述高密度電阻率測定 裝置電連接，所述電極通過導線與所述高密度電阻率測定裝置電連接，所述高密度電阻率 測定裝置通過數(shù)據(jù)傳輸線與所述離心機載主機電連接；C.向所述主體模型箱內(nèi)填充試驗 土料，分層夯實并達到預定高度后埋入所述電極，將所述電極按順時針均勻布設在所述主 體模型箱的邊緣部位，并將與所述電極連接的所述導線從所述主體模型箱的邊緣部位引 出，接入所述高密度電阻率測定裝置，再將所述主體模型箱固定于所述離心旋轉臂的一端； d.將所述儲液箱固定于所述主體模型箱內(nèi)待測試驗土料的上部，于所述儲液箱中盛滿溶 液并調(diào)節(jié)入滲水頭，還通過一氣壓入滲控制裝置將所述儲液箱與待測試驗土料連接，所述 儲液箱內(nèi)的液體通過所述氣壓入滲控制裝置控制是否入滲至所述待測試驗土料；e.檢查 裝置氣密性和連通性，打開所述高密度電阻率測定裝置開關，利用測試主控電腦發(fā)送測試 開始\終止命令至所述高密度電阻率測定裝置，所述高密度電阻率測定裝置根據(jù)命令進行 測試動作或終止測試動作。
[0007] 本發(fā)明提供的基于高密度電阻率法的滲流及溶質(zhì)迀移率量測方法在離心機高速 運轉環(huán)境下能夠?qū)崿F(xiàn)巖土的滲流及溶質(zhì)迀移過程的三維、無損、實時量測。
【附圖說明】
[0008] 圖1為本發(fā)明實施例基于高密度電阻率法的滲流及溶質(zhì)迀移量測方法的工藝流 程圖。
[0009] 圖2為本發(fā)明實施例提供的土工離心模型試驗中滲流及溶質(zhì)迀移量測裝置的示 意圖。
[0010] 圖3為圖2所示土工離心模型試驗中滲流及溶質(zhì)迀移量測裝置的部分裝置的放大 示意圖。
[0011] 圖4為圖3所示土工模型裝置的俯視圖。
[0012] 主要元件符號說明
【主權項】
1. 一種基于電阻率法的滲流及溶質(zhì)遷移率量測方法，其包括w下步驟： a.提供一具有轉動連接在一起的罔心旋轉軸及罔心旋轉臂的罔心機，并提供一罔心 機載主機，所述離屯、旋轉臂圍繞所述離屯、旋轉軸旋轉；b.提供一 ±工模型裝置及一高密 度電阻率測定分析系統(tǒng)，所述上工模型裝置包括主體模型箱及儲液箱，所述主體模型箱用 于盛裝待測試驗±料，所述儲液箱用于盛裝試驗所需液體，所述高密度電阻率測定分析系 統(tǒng)包括高密度電阻率測定裝置、電極及測試主控電腦，將所述高密度電阻率測定裝置安置 并固定在所述離屯、旋轉臂，將所述測試主控電腦放置在試驗者適用的位置并與所述高密度 電阻率測定裝置電連接，所述電極通過導線與所述高密度電阻率測定裝置電連接，所述高 密度電阻率測定裝置通過數(shù)據(jù)傳輸線與所述離屯、機載主機電連接； C.向所述主體模型箱內(nèi)填充試驗±料，分層巧實并達到預定高度后埋入所述電極，將 所述電極按順時針均勻布設在所述主體模型箱的邊緣部位，并將與所述電極連接的所述導 線從所述主體模型箱的邊緣部位引出，接入所述高密度電阻率測定裝置，再將所述主體模 型箱固定于所述離屯、旋轉臂的一端； d. 將所述儲液箱固定于所述主體模型箱內(nèi)待測試驗±料的上部，于所述儲液箱中盛 滿溶液并調(diào)節(jié)入滲水頭，還通過一氣壓入滲控制裝置將所述儲液箱與待測試驗±料連接， 所述儲液箱內(nèi)的液體通過所述氣壓入滲控制裝置控制是否入滲至所述待測試驗±料； e. 檢查裝置氣密性和連通性，打開所述高密度電阻率測定裝置開關，利用測試主控電 腦發(fā)送測試開始\終止命令至所述高密度電阻率測定裝置，所述高密度電阻率測定裝置根 據(jù)命令進行測試動作或終止測試動作。
2. 如權利要求1所述的基于高密度電阻率法的滲流及溶質(zhì)遷移量測方法，其特征在 于，所述離屯、旋轉臂為具有一操作臺面的長方形體，端部具有吊籃，且長方形體的所述離屯、 旋轉臂的中間部位與所述離屯、旋轉軸旋轉連接，所述離屯、旋轉軸頂部設有離屯、軸向滑環(huán)。
3. 如權利要求2所述的基于高密度電阻率法的滲流及溶質(zhì)遷移量測方法，其特征在 于，所述步驟C中，將所述主體模型箱放置于所述離屯、旋轉臂的吊籃中，所述步驟e中，通過 所述離屯、軸向滑環(huán)實現(xiàn)與外部通訊。
4. 如權利要求2所述的基于高密度電阻率法的滲流及溶質(zhì)遷移量測方法，其特征在 于，所述離屯、機載主機在所述離屯、旋轉臂的所述操作臺面，靠近所述離屯、旋轉軸固定，所述 高密度電阻率測定裝置與所述離屯、機載主機電連接，所述離屯、機載主機與所述測試主控電 腦無線連接。
5. 如權利要求1所述的基于高密度電阻率法的滲流及溶質(zhì)遷移量測方法，其特征在 于，所述高密度電阻率測定裝置為具有六個側面的矩形體，在其一側面設置有USB接口、導 線接口及電源接口。
6. 如權利要求5所述的基于高密度電阻率法的滲流及溶質(zhì)遷移量測方法，其特征在 于，所述步驟b中將高密度電阻率測定裝置的具有USB接口、導線接口及電源接口的側面垂 直于所述離屯、旋轉臂的所述操作臺面，并且平行于所述離屯、旋轉臂的延伸方向放置。
7. 如權利要求5所述的基于高密度電阻率法的滲流及溶質(zhì)遷移量測方法，其特征在 于，所述步驟b中將高密度電阻率測定裝置，在所述離屯、旋轉臂的所述操作臺面上，靠近所 述離屯、旋轉軸固定。
8. 如權利要求1所述的基于高密度電阻率法的滲流及溶質(zhì)遷移量測方法，其特征在 于，所述主體模型箱為一端開口的中空圓柱形體，采用絕緣的有機玻璃制成，其包括呈矩形 的底座及與所述底座連接的側壁，所述步驟C中靠近所述主體模型箱的所述側壁均勻布設 所述電極，并將與所述電極連接的所述導線從所述主體模型箱的所述側壁引出，接入所述 高密度電阻率測定裝置。
9. 如權利要求1所述的基于高密度電阻率法的滲流及溶質(zhì)遷移量測方法，其特征在 于，所述儲液箱由透明有機玻璃制成的中空圓柱形體，所述側壁設置有刻度，所述儲液箱的 頂部設置有進氣管，通過上下調(diào)節(jié)進氣管的高度W實現(xiàn)超重力離屯、環(huán)境下不同高度的恒定 入滲水頭控制。
10. 如權利要求1所述的基于高密度電阻率法的滲流及溶質(zhì)遷移量測方法，其特征在 于，所述氣壓入滲控制裝置的一端通過所述軟管與所述儲液箱連接，另一端通過另一軟管 與所述主體模型箱內(nèi)的所述試驗±料連接。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于高密度電阻率法的滲流及溶質(zhì)遷移量測方法，其包括以下步驟:將測試主控電腦放置在試驗者適用的位置并與離心機載主機通過無線連接，將高密度電阻率測定裝置與離心機載主機通過數(shù)據(jù)線連接，電極通過導線與所述高密度電阻率測定裝置電連接；將主體模型箱固定于離心旋轉臂的一端，將電極按順時針均勻布設在所述主體模型箱的邊緣部位；將儲液箱固定于所述主體模型箱內(nèi)待測試驗土料的上部；測試主控電腦發(fā)送測試開始\終止命令至高密度電阻率測定裝置，高密度電阻率測定裝置根據(jù)命令進行測試動作或終止測試動作?；诟呙芏入娮杪史ǖ臐B流及溶質(zhì)遷移量測方法能夠滿足三維、無損、實時的量測需求。
【IPC分類】G01N13-04, G01N15-08
【公開號】CN104535474
【申請?zhí)枴緾N201510004414
【發(fā)明人】胡黎明, 聶艷俠, 劉庭發(fā), 溫慶博, 潘書磊
【申請人】清華大學
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2015年1月6日