基于高密度电阻率法的渗流及溶质迁移量测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于高密度电阻率法的渗流及溶质迀移量测方法，尤其涉及一种 应用于土工离心模型试验中的、基于高密度电阻率法的渗流及溶质迀移量测方法。
【背景技术】
[0002] 土工离心模型试验是岩土工程领域非常重要的技术手段，也是渗流及污染物运移 等相关问题研宄的强有力工具之一。在岩土工程中，土的自重应力通常占支配地位，土的力 学特性和水力特性随应力水平而变化。小比尺离心模型试验采用与原型相同的材料，在土 工离心机形成的高加速度场中达到与原型相同的应力水平，从而使模型与原型的应力应变 相等、变形相似、破坏机理相同，能够再现原型特性，这是其它普通试验手段所无法比拟的。 然而，土工离心机超重力、高速的试验条件对量测设备的适应性和可靠性提出了更高的要 求，要想实现三维、无损、实时量测更加困难。
[0003] 超重力环境的土工离心模型试验中现有的水分及溶质迀移过程的量测技术主要 包括传感器量测法、图像分析法及取样分析法三类，但这些典型的方法并不能充分满足三 维、无损、实时的量测需求。传感器量测法中，传感器探头及传输线路可能干扰土体中渗流 及溶质迀移等物理过程，在土体中诱发优势渗流通道。同时，该类方法为单点量测，量测成 本较高，并不适于大范围、多断面量测。图像分析法多适用于一维及二维试验观测，不适用 于三维试验过程量测。同时，图像分析效果及精度受土料及污染物性质、观测角度及距离 等因素影响显著。取样分析法能获得较为准确的介质特性资料，但通常无法进行实时量测 及分析，获取的试验过程信息有限，且整体的量测精度会受取样点位置、取样个数等因素影 响。
[0004] 故，现有的量测方法或多或少存在一些典型缺陷及不足，岩土工程测试迫切需要 发展能够同时满足无损、三维、实时的，且能够适应超重力离心环境并保证高精度的量测方 法。
【发明内容】
[0005] 综上所述，有必要提供一种基于高密度电阻率法的渗流及溶质迀移量测方法，该 方法能够实现对土工离心模型试验中模拟渗流及溶质迀移过程的三维、无损、实时量测。
[0006] 一种基于高密度电阻率法的渗流及溶质迀移量测方法，其包括以下步骤：a.提 供一具有转动连接在一起的离心旋转轴及离心旋转臂的离心机，并提供一离心机载主机， 所述离心旋转臂围绕所述离心旋转轴旋转；b.提供一土工模型装置及一高密度电阻率测 定分析系统，所述土工模型装置包括主体模型箱及储液箱，所述主体模型箱用于盛装待测 试验土料，所述储液箱用于盛装试验所需液体，所述高密度电阻率测定分析系统包括高密 度电阻率测定装置、电极及测试主控电脑，将所述高密度电阻率测定装置安置并固定在所 述离心旋转臂，将所述测试主控电脑放置在试验者适用的位置并与所述高密度电阻率测定 装置电连接，所述电极通过导线与所述高密度电阻率测定装置电连接，所述高密度电阻率 测定装置通过数据传输线与所述离心机载主机电连接；C.向所述主体模型箱内填充试验 土料，分层夯实并达到预定高度后埋入所述电极，将所述电极按顺时针均匀布设在所述主 体模型箱的边缘部位，并将与所述电极连接的所述导线从所述主体模型箱的边缘部位引 出，接入所述高密度电阻率测定装置，再将所述主体模型箱固定于所述离心旋转臂的一端； d.将所述储液箱固定于所述主体模型箱内待测试验土料的上部，于所述储液箱中盛满溶 液并调节入渗水头，还通过一气压入渗控制装置将所述储液箱与待测试验土料连接，所述 储液箱内的液体通过所述气压入渗控制装置控制是否入渗至所述待测试验土料；e.检查 装置气密性和连通性，打开所述高密度电阻率测定装置开关，利用测试主控电脑发送测试 开始\终止命令至所述高密度电阻率测定装置，所述高密度电阻率测定装置根据命令进行 测试动作或终止测试动作。
[0007] 本发明提供的基于高密度电阻率法的渗流及溶质迀移率量测方法在离心机高速 运转环境下能够实现岩土的渗流及溶质迀移过程的三维、无损、实时量测。
【附图说明】
[0008] 图1为本发明实施例基于高密度电阻率法的渗流及溶质迀移量测方法的工艺流 程图。
[0009] 图2为本发明实施例提供的土工离心模型试验中渗流及溶质迀移量测装置的示 意图。
[0010] 图3为图2所示土工离心模型试验中渗流及溶质迀移量测装置的部分装置的放大 示意图。
[0011] 图4为图3所示土工模型装置的俯视图。
[0012] 主要元件符号说明
【主权项】
1. 一种基于电阻率法的渗流及溶质迁移率量测方法，其包括w下步骤： a.提供一具有转动连接在一起的罔心旋转轴及罔心旋转臂的罔心机，并提供一罔心 机载主机，所述离屯、旋转臂围绕所述离屯、旋转轴旋转；b.提供一 ±工模型装置及一高密 度电阻率测定分析系统，所述上工模型装置包括主体模型箱及储液箱，所述主体模型箱用 于盛装待测试验±料，所述储液箱用于盛装试验所需液体，所述高密度电阻率测定分析系 统包括高密度电阻率测定装置、电极及测试主控电脑，将所述高密度电阻率测定装置安置 并固定在所述离屯、旋转臂，将所述测试主控电脑放置在试验者适用的位置并与所述高密度 电阻率测定装置电连接，所述电极通过导线与所述高密度电阻率测定装置电连接，所述高 密度电阻率测定装置通过数据传输线与所述离屯、机载主机电连接； C.向所述主体模型箱内填充试验±料，分层巧实并达到预定高度后埋入所述电极，将 所述电极按顺时针均匀布设在所述主体模型箱的边缘部位，并将与所述电极连接的所述导 线从所述主体模型箱的边缘部位引出，接入所述高密度电阻率测定装置，再将所述主体模 型箱固定于所述离屯、旋转臂的一端； d. 将所述储液箱固定于所述主体模型箱内待测试验±料的上部，于所述储液箱中盛 满溶液并调节入渗水头，还通过一气压入渗控制装置将所述储液箱与待测试验±料连接， 所述储液箱内的液体通过所述气压入渗控制装置控制是否入渗至所述待测试验±料； e. 检查装置气密性和连通性，打开所述高密度电阻率测定装置开关，利用测试主控电 脑发送测试开始\终止命令至所述高密度电阻率测定装置，所述高密度电阻率测定装置根 据命令进行测试动作或终止测试动作。
2. 如权利要求1所述的基于高密度电阻率法的渗流及溶质迁移量测方法，其特征在 于，所述离屯、旋转臂为具有一操作台面的长方形体，端部具有吊篮，且长方形体的所述离屯、 旋转臂的中间部位与所述离屯、旋转轴旋转连接，所述离屯、旋转轴顶部设有离屯、轴向滑环。
3. 如权利要求2所述的基于高密度电阻率法的渗流及溶质迁移量测方法，其特征在 于，所述步骤C中，将所述主体模型箱放置于所述离屯、旋转臂的吊篮中，所述步骤e中，通过 所述离屯、轴向滑环实现与外部通讯。
4. 如权利要求2所述的基于高密度电阻率法的渗流及溶质迁移量测方法，其特征在 于，所述离屯、机载主机在所述离屯、旋转臂的所述操作台面，靠近所述离屯、旋转轴固定，所述 高密度电阻率测定装置与所述离屯、机载主机电连接，所述离屯、机载主机与所述测试主控电 脑无线连接。
5. 如权利要求1所述的基于高密度电阻率法的渗流及溶质迁移量测方法，其特征在 于，所述高密度电阻率测定装置为具有六个侧面的矩形体，在其一侧面设置有USB接口、导 线接口及电源接口。
6. 如权利要求5所述的基于高密度电阻率法的渗流及溶质迁移量测方法，其特征在 于，所述步骤b中将高密度电阻率测定装置的具有USB接口、导线接口及电源接口的侧面垂 直于所述离屯、旋转臂的所述操作台面，并且平行于所述离屯、旋转臂的延伸方向放置。
7. 如权利要求5所述的基于高密度电阻率法的渗流及溶质迁移量测方法，其特征在 于，所述步骤b中将高密度电阻率测定装置，在所述离屯、旋转臂的所述操作台面上，靠近所 述离屯、旋转轴固定。
8. 如权利要求1所述的基于高密度电阻率法的渗流及溶质迁移量测方法，其特征在 于，所述主体模型箱为一端开口的中空圆柱形体，采用绝缘的有机玻璃制成，其包括呈矩形 的底座及与所述底座连接的侧壁，所述步骤C中靠近所述主体模型箱的所述侧壁均匀布设 所述电极，并将与所述电极连接的所述导线从所述主体模型箱的所述侧壁引出，接入所述 高密度电阻率测定装置。
9. 如权利要求1所述的基于高密度电阻率法的渗流及溶质迁移量测方法，其特征在 于，所述储液箱由透明有机玻璃制成的中空圆柱形体，所述侧壁设置有刻度，所述储液箱的 顶部设置有进气管，通过上下调节进气管的高度W实现超重力离屯、环境下不同高度的恒定 入渗水头控制。
10. 如权利要求1所述的基于高密度电阻率法的渗流及溶质迁移量测方法，其特征在 于，所述气压入渗控制装置的一端通过所述软管与所述储液箱连接，另一端通过另一软管 与所述主体模型箱内的所述试验±料连接。
【专利摘要】本发明提供一种基于高密度电阻率法的渗流及溶质迁移量测方法，其包括以下步骤:将测试主控电脑放置在试验者适用的位置并与离心机载主机通过无线连接，将高密度电阻率测定装置与离心机载主机通过数据线连接，电极通过导线与所述高密度电阻率测定装置电连接；将主体模型箱固定于离心旋转臂的一端，将电极按顺时针均匀布设在所述主体模型箱的边缘部位；将储液箱固定于所述主体模型箱内待测试验土料的上部；测试主控电脑发送测试开始\终止命令至高密度电阻率测定装置，高密度电阻率测定装置根据命令进行测试动作或终止测试动作。基于高密度电阻率法的渗流及溶质迁移量测方法能够满足三维、无损、实时的量测需求。
【IPC分类】G01N13-04, G01N15-08
【公开号】CN104535474
【申请号】CN201510004414
【发明人】胡黎明, 聂艳侠, 刘庭发, 温庆博, 潘书磊
【申请人】清华大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2015年1月6日