土体参数测量方法与流程

本发明涉及工程地质领域，具体地，涉及一种考虑土体非均匀性的的土体参数测量方法。

背景技术：

岩土体的电阻率是表征其导电性的基本参数，是岩土体的固有物理性质指标之一。电阻率对岩土体等多孔隙介质内部结构探测的功能被广泛应用在原位测试中。土壤电阻率和大地导电率测试，一般采用直流电阻率法，常用的装置形式有施伦贝尔和温纳对称四极等。激发极化法在直流电法中研究较为成熟，也是一种多金属矿产和水资源勘探比较有效的地球物理勘探手段。

现有技术，中国发明专利《一种原位土壤取样电阻率测量装置》(公开号：107765091a)适用于石油、石化、电力、建筑等领域中土壤原位电阻率分析。该装置包括：上盖、绝缘筒体、测量电极、下盖，具体结构如下：上盖与下盖上下相对设置，上盖与下盖之间设置绝缘筒体，绝缘筒体内壁对置镶嵌不锈钢测量电极。使用时，绝缘筒体顶部设置辅助取样器，辅助取样器包括下压杆、支撑杆、压环，下压杆与压环之间通过支撑杆连接，辅助取样器通过压环对绝缘筒体施加压力。本发明可以实现对土壤待测土层电阻率非扰动状态下的准确测量，用于原状土壤取样，并真实反映取样位置土壤电阻率。

但是，现有技术在土体非均匀情况下，土体极化率的测量精确度不高。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种解决上述技术问题的土体参数测量方法。

为了解决上述技术问题，本发明土体参数测量方法，包括如下步骤：

步骤1，获取土样试验管内土样的压实度；

步骤2，使水分渗入土样中，使土样的达到预设含水率；

步骤3，用中梯四极法获取土样试验管中土样的电参数；

步骤4，获取土样试验管中土样的物理参数。

优选地，步骤1包括：

步骤1.1，获取土样的最大干密度；

步骤1.2，获取土样的干密度；

步骤1.3，获取土样试验管内土样的压实度；其中

压实度为干密度与最大干密度之比。

优选地，还包括步骤1.0，土样烘干并碾碎至均匀。

优选地，步骤1包括：

步骤2.1，向土样试验管内加水；

步骤2.2，将达到预设含水率的土样试验管静置。

优选地，步骤2.1中，在达到预设含水率前，土样试验管每次隔2小时分批次加水。

优选地，步骤2.2中，将达到预设含水率的土样试验管静置48小时～60小时。

优选地，步骤2.2中，将达到预设含水率的土样试验管静置48小时～60小时，转动180度。

优选地，步骤2.2中，将达到预设含水率的土样试验管静置48小时～60小时，期间每12小时将管转动180度。

优选地，步骤3中包括：

步骤3.1，将两组ab电极组分别从土样试验管的两端插入土样内并与电法仪电连接；

步骤3.2，将多组mn电极组分别从土样试验管管壁上的通孔插入土样内并与电法仪电连接；

步骤3.3，用中梯四极法测量并获取土样试验管中土样的电参数。

优选地，步骤4中，按管内土样所在位置向管内取土，测试土样的物理参数。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明可以快速获得土体非均匀情况下土体物理参数与电参数的定性定量关系，提高土体极化率的测量精确度，并检测土体的非均匀程度。

2、本发明通过依靠在透明打孔的雅克力管周插针布置电极，建立基于电测量法对土体物理参数与电参数的快速检测装置，通过达到预设含水率等步骤，确保管中水分均匀分布于土体中，并通过中梯四极法对土样试验管1进行排列组合来测量所有电参数信息，提高检测准确程度，再按管内土的位置取土烘干进行含水率测试，确定不同含水率、压实度的土体与电参数的关系，达到检测的目的。

3、本发明利用数理统计方法和滤波方法，对实测数据进行随机变量的概率分布并建立单因素分析的统计模型，得到修正后的物理参数与电参数的关系。

4、本发明建立路基路面长期服役性能与无损检测指标的关联性，有效应对复杂气候变化及快速交通荷载作用下路基的稳定性与耐久性问题，对促进我国高速交通建设与运营具有十分重要的意义。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1为本发明土体物理参数与电参数测试装置结构示意图；

图2为本发明土样试验管1内土样电阻率、极化率、含水率的管内分布图；

图3为本发明土样测试所得电阻率、极化率与含水率的关系图；

图4为本发明利用分析方法所得修正后的电阻率、极化率与含水率的关系图。

图中：

1-土样试验管2-ab电极组3-mn电极组

4-电流测线5-电压测线6-通孔

7-电极针8-电法仪9-电源

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1～图4所示，本发明包含土样试验管1、测线连接装置以及电法仪8、电源9。土样试验管1为透明且管壁打孔的雅克力土样试验管1；测线连接装置包含ab电极组2和mn电极组3，ab电极组2和mn电极组3的电极针7插入土样的长度应既保证能与土样充分接触，可以测量到土样电参数，又不会破坏土样结构，保证测量准确；雅克力土样试验管1管壁处理通孔6(打加水孔兼电极插孔)，通孔6(打加水孔兼电极插孔)的孔径应既保证土样不会从管中漏出，又能使水可以从通孔6(打加水孔兼电极插孔)中渗入；ab电极组2和mn电极组3分别通过电流测线4和电压测线5连接，电法仪8使用中梯四极法连接。

ab电极组2的电极均从土样试验管1的两端插入；mn电极组3的电极均从土样试验管1管壁上的加水孔兼电极插孔6插入。

实际操作过程中，在将土样烘干并完全碾碎均匀后，应先取部分土样用振动击实器测出最大干密度。土样装管前称量雅克力土样试验管1的重量，装管后测出管与土样总重作差得到土重，通过雅克力管内径与管长得到管的体积，计算得到管重土样干密度，干密度与最大干密度之比即为压实度。电极一般选为具有一定强度且导电性良好的铜针，且保证每根铜针插入土样试验管1的长度一致。使管中烘干土样达到预设含水率可采用包裹湿毛巾等方式，例如滚动湿毛巾，使水分渗入管壁加水孔6中。优选地，试验所用水为纯净水。加水后擦拭管壁称量渗入水重，得到土样含水率。沿管轴线方向水平放置试验管，将达到预设含水率的土样试验管1静置48小时～60小时，期间每隔12小时将管沿纵轴转动180度。优选地，为防止水分蒸发影响土样含水率，在加水后用薄膜包裹土样试验管1，一般选用保鲜膜即可。

优选实施方式

电法仪8与测量装置采用中间梯度四极法连接测量土样电参数，布置方式如图1所示，雅克力土样试验管1横截面内径约为总长的十分之一，本例中管横截面内径50毫米，总长500毫米，为保证击实土样而不使雅克力土样试验管1破碎，管壁应具有一定厚度，但为使得管壁易于打孔不应太厚，本例中管壁厚5毫米。本例中ab电极组2和mn电极组3采用铜针，铜针具有一定强度，易于插入孔中且导电性良好，本例采用直径为2毫米，长度为7毫米铜针，铜针尾部连接导线，形成小电极。实验加入水采用纯净水，排除导电离子影响。为使水分能完全分布于土样中，沿管轴线方向水平放置雅克力管，用浸透纯净水的湿毛巾包裹管搓擀一定圈数。本例所用电法仪8为多功能电法仪8，电压测量范围±6v，电压测量精度±0.1％，电流测量范围0a～5a，电流测量精度±0.1％，极化率测量精度±1％。

具体地：将电法仪8与测量装置采用中梯四极法连接测量土样电参数，布置方式如图1所示，测量时将雅克力土样成型管1水平放置在绝缘平面上。依照《土工手册》方法将完全烘干土放入击实器中，计算得到该土样最大干密度。装管前首先称量管质量，在将完全烘干土样装管后称量管与土样质量，计算得到管重土样质量，通过雅克力土样成型管1直径与总长计算得到土样体积，以此计算土样密度，此密度与最大干密度之比即为压实度。为得到管中确切含水量变化值，每次用湿毛巾搓擀后称量管质量，得到含水量变化值。待加水到预设含水率，用保鲜膜包裹防止水分蒸发，静置48小时～60小时后用中梯四极法测量电参数。测量完毕后按照测量部位取管内土进行室内含水率测试。

在采集数据后，依照含水率及压实度对应的电参数值，建立土样物理参数与电参数关系图，管内各参数分布如图2所示，土样试验管1内土样电阻率、极化率、含水率的管内分布如图3所示，修正后得到电阻率、极化率与含水率的关系如图4所示。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。