用于土石混合体水土特征-电阻率的协同测试装置及方法与流程

本发明涉及一种土石水土特性测试装置，具体涉及一种用于土石混合体水土特征-电阻率的协同测试装置及方法。

背景技术：

非饱和土是一种三相土，与饱和土不同，非饱和土中不仅有固相和液相，而且还有气相存在。气相的存在使土的性质大为复杂化，它的基本特性与饱和土有所不同，尤其是土水特征不同，土水特征是非饱和土土体含水率与其基质吸力之间的关系，一般实验用的土体试件的含水率可以通过试件的总质量测算，基质吸力通过测量贴附于试件上的滤纸在封闭环境下吸水平衡后的质量来换算，现有技术中，成熟的土水特征滤纸法测量都是手动把滤纸拿出来放天平上测量，造成试件的电阻率和滤纸吸水平衡后不能及时测量，影响实验效率，或者过早称量滤纸，导致密封环境遭到破坏，并且，暴露于大气下称量滤纸和试件电阻率，容易导致试件和滤纸水分挥发，降低实验精度。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供用于土石混合体水土特征-电阻率的协同测试装置及方法，能够在封闭的环境下对试件电阻率和实验滤纸重量变化进行检测，提高测试效率，同时，保证测试精度高。

本发明的用于土石混合体水土特征-电阻率的协同测试装置，包括用于称量被测滤纸的分析天平、位于分析天平上方用于放置土石混合体试件的样品台、位于分析天平与样品台之间的升降板、用于驱动升降板的升降驱动装置和用于密封整个装置的密封罩，所述样品台开设有滤纸过孔，所述升降板中间固定设置有滤纸固定台，所述升降驱动装置通过升降升降板使固定于滤纸固定台的滤纸紧贴于土石混合体试件底面或使升降板放置于分析天平上；

还包括用于测试土石混合体试件电阻率的电阻率测试仪和测试电极，所述测试电极电连接固定于测试土石混合体试件侧壁且连接于电阻率测试仪与测试电极之间的导线密封穿过密封罩。

进一步，所述升降板为横置的长方形板，所述升降驱动装置为四个分布支撑于升降板四个边角下方的直线电机。

进一步，所述升降板和滤纸固定台均由泡沫材料制备而成；所述滤纸过孔为圆孔，所述滤纸固定台为圆柱台。

进一步，所述样品台包括中间设置滤纸过孔的平台板和支撑于平台板下方的立柱，所述立柱与平台板之间设置有用于监测平台板对立柱压力的压力传感器；所述升降板由泡沫材料制备而成，所述滤纸固定台有具有弹性的海绵制备而成。

进一步，所述密封罩为透明pvc材料制备而成。

进一步，所述密封罩侧壁开设有线孔，所述线孔处设置有密封圈。

进一步，还包括滤纸固定圈，所述滤纸固定圈用于将滤纸包裹固定于滤纸固定台。

进一步，所述测试电极为四块适形贴附于测试土石混合体试件侧壁的弧形金属片，所述测试电极通过一电极固定带固定于测试土石混合体试件侧壁。

本发明还公开了一种利用上述的用于土石混合体水土特征-电阻率的协同测试装置的测试方法，包括下列步骤：

步骤a，采样：通过环刀获得土石混合体试件并转运至实验室；

步骤b，测试准备：样品台上放置覆盖滤纸过孔的隔离滤纸，将土石混合体试件放置在隔离滤纸上，在土石混合体试件侧壁固定测试电极，在滤纸固定台上固定滤纸，盖上密封罩。

步骤c，测试：

(1)分析天平承载升降台，读取分析天平读书并记录；

(2)控制升降驱动装置上升，使位于滤纸固定台上的滤纸向上顶压于紧贴于土石混合体试件底部的隔离滤纸，让土石混合体试件内的水分渗透至滤纸固定台上的滤纸，经过设置周期时间后，控制升降驱动装置下降，分析天平承载升降台，读取分析天平读书并记录；通过电阻率测试仪测试电阻率并记录；

(3)重复步骤(1)和(2)，当分析天平读书稳定后结束实验，并通过现有方法结合实验数据获得基质吸力。

本发明的有益效果是：本发明公开的一种用于土石混合体水土特征-电阻率的协同测试装置及方法，通过控制升降驱动装置，可在封闭的环境下检测试件电阻率和滤纸的重量变化，便于提高测试效率，同时，保证测试精度高，并且结构简单，操作方便。

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为本发明的结构示意图；

图2为本发明的内部结构示意图；

图3为本发明的仰视视角结构示意图；

图4为本发明的轴侧视角结构示意图。

具体实施方式

如图所示，本实施例中的用于土石混合体水土特征-电阻率的协同测试装置，包括用于称量被测滤纸的分析天平1、位于分析天平1上方用于放置土石混合体试件10的样品台2、位于分析天平1与样品台2之间的升降板3、用于驱动升降板3的升降驱动装置和用于密封整个装置的密封罩4，所述样品台2开设有滤纸过孔5，所述升降板3中间固定设置有滤纸固定台，所述升降驱动装置通过升降升降板3使固定于滤纸固定台6的滤纸紧贴于土石混合体试件底面或使升降板3放置于分析天平1上；

还包括用于测试土石混合体试件电阻率的电阻率测试仪和测试电极，所述测试电极电连接固定于测试土石混合体试件侧壁且连接于电阻率测试仪与测试电极之间的导线密封穿过密封罩；所述测试电极为四块适形贴附于测试土石混合体试件侧壁的弧形金属片8，所述测试电极通过一电极固定带固定于测试土石混合体试件侧壁，所述电机固定带可为胶带9，所述弧形金属片8横断面为弧形，利于电极与试件充分接触，通过设置测试电极，方便在水土特性检测时，同时测量试件电阻率，提高实验效率；电阻率测试仪为现有技术，在此不再赘述。

土石混合体试件形状为圆柱形并放置于滤纸过孔5上方，所述滤纸过孔5的尺寸大于滤纸固定台6的尺寸并小于土石混合体试件的底面尺寸，便于滤纸固定台6穿过滤纸过孔5，使位于滤纸固定台6顶面的滤纸贴附于土石混合体试件底面，保证滤纸充分吸水，当然，滤纸固定台6上升到最高时，滤纸固定台6的顶面刚好贴附于土石混合体试件底面，而升降板3在下降后放置于分析天平1上，实现滤纸、升降板3和滤纸固定台6整体测量，滤纸固定台6为不吸水材料制备而成，通过控制升降驱动装置，可在封闭的环境下检测滤纸的重量变化，便于提高测试效率，同时，保证测试精度高，并且结构简单，操作方便。

本实施例中，所述升降板3为横置的长方形板，所述升降驱动装置为四个分布支撑于升降板3四个边角下方的直线电机7；如图所示，通过直线电机7推动升降板3，结构简单，易于实现，直线电机7可采用狮子王舵机的shensuo-x直流直线电机7或现有的电动推杆，通过同步控制四个直线电机7的升降，进而实现升降板3的升降，横向表示实验者操作时的左右方向。所述滤纸过孔5为圆孔，所述滤纸固定台6为圆柱台；所述升降板3和滤纸固定台6均由泡沫材料制备而成；泡沫材料制备的滤纸固定台6具有一定弹性，利于滤纸紧贴于试件底面，当然，滤纸固定台6与滤纸之间可设置塑料隔离膜，避免滤纸中水分渗透至滤纸固定台6，并且泡沫重量轻，利于减小测试误差。

本实施例中，所述样品台包括中间设置滤纸过孔的平台板和支撑于平台板下方的立柱，所述立柱与平台板之间设置有用于监测平台板对立柱压力的压力传感器；所述升降板由泡沫材料制备而成，所述滤纸固定台有具有弹性的海绵制备而成；如图所示，所示平台板为矩形板，立柱为四根，压力传感器固定于立柱顶端并支撑于平台板，通调节所述直线电机的上升高度实现滤纸压力的精确控制(试件与平台板的重力-4*压力传感器的读数＝滤纸对试件的支撑力)，避免滤纸压力过小造成渗透不畅通，或压力过大造成滤纸破损，更重要的是在试件由于挥发变轻后，能够保证每次滤纸的压紧力恒定，避免压紧力变化造成渗透速率误差，进而保证数据精确。

本实施例中，所述密封罩4为透明pvc材料制备而成；所述密封罩4为圆形罩，密封罩4放置于实验台上后可通过密封胶密封，或者密封罩4和实验台之间放置橡胶密封垫圈，均能实现有效密封。

本实施例中，所述密封罩4侧壁开设有线孔，所述线孔处设置有密封圈；所述密封圈为o型圈并通过密封胶同心粘贴于线孔处，密封圈内环面紧压于线缆外侧壁，方便线缆密封的同时，便于线缆移动。

本实施例中，还包括滤纸固定圈，所述滤纸固定圈用于将滤纸包裹固定于滤纸固定台6；所述滤纸固定圈可为橡皮筋，外套于滤纸固定台6并压紧滤纸边缘，利于固定稳定。

本发明还公开了一种利用上述的用于土石混合体水土特征-电阻率的协同测试装置的测试方法，包括下列步骤：

步骤a，采样：通过环刀获得土石混合体试件并转运至实验室；

步骤b，测试准备：样品台上放置覆盖滤纸过孔的隔离滤纸，将土石混合体试件放置在隔离滤纸上，在土石混合体试件侧壁固定测试电极，在滤纸固定台上固定滤纸，盖上密封罩。

步骤c，测试：

(1)分析天平承载升降台，读取分析天平读书并记录；

(2)控制升降驱动装置上升，使位于滤纸固定台上的滤纸向上顶压于紧贴于土石混合体试件底部的隔离滤纸，让土石混合体试件内的水分渗透至滤纸固定台上的滤纸，经过设置周期时间后，控制升降驱动装置下降，分析天平承载升降台，读取分析天平读书并记录；通过电阻率测试仪测试电阻率并记录；

(3)重复步骤(1)和(2)，当分析天平读书稳定后结束实验，并通过现有方法结合实验数据获得基质吸力。

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。