一种不同温度路径下测试土体阻抗的装置及测试方法

摘要

本发明为一种不同温度路径下测试土壤阻抗的装置及其测试方法，该装置包括内设试样承台、顶部设真空接线口和真空泵接口的密闭保温容器，支撑台上从上至下依次设有上木板、上温度控制箱、上铜板、试样块、下铜板、下温度控制箱和下木板。测试时，调节上、下温度控制箱的温度，通过电化学工作站及测温系统记录在温度传导过程中阻抗随时间变化的曲线，以及温度随时间变化的曲线。本发明装置设计科学、结构简单、操作简单、实用性强，通过模拟多种温度环境，测量不同温度路径下土体的阻抗。

说明书

背景技术

本发明涉及土壤阻抗测试技术领域，具体是一种不同温度路径下测试土体阻抗的装置及测试方法。 

背景技术

土体是一种由固体、液体、气体组成的多相不均匀体系，它的性质相当复杂。阻抗是在具有电阻、电感和电容的电路中，用于分析体系的结构和性质。土体的阻抗除了可以很好地反映土体的基本物理力学特性，，如土体的含水量、孔隙比、饱和度、压实度、含盐量，还可以反映土体内部固相-液相-气相三者之间的结构与性质特征，如基质吸力、体积含水量，固-液界面电容、电阻等。 

目前，对于土体阻抗的研究并未涉及温度路径下的测试，大部分研究只限于某一固定温度下，并未真正考虑温度传递过程中阻抗的变化情况。随着地下工程规模的加大，土体结构和性质受所在地区和当地的自然环境条件的影响，如气候变化、季节更迭情况、昼夜交替中气温的变化情况，地温变化情况。由温度变化引起土体结构和性质变化可通过测试土体阻抗来表征。 

发明内容

本发明的目的是为了提供一种不同温度路径下测试土体阻抗的装置及测试方法。本发明利用电化学工作站精确记录土体在不同温度路径下阻抗的变化，通过阻抗电路参数来反映与研究土体的结构和性质特征，供工程设计使用。 

本发明是通过如下技术方案实现的： 

一种不同温度路径下测试土体阻抗的装置，包括呈长方体状的密闭保温容器，密闭保温容器的盖体上开设有真空接线口和真空泵接口；密闭保温容器内的底板上固定有试样承台（试样承台可防止试样直接与密闭保温容器直接接触，发生热传导，散失热量），试样承台上安置有下木板，下木板上安置有下温度控制箱，下温度控制箱上安置有下铜板，下铜板上安置有试样块，试样块上安置有上铜板，上铜板上安置有上温度控制箱，上温度控制箱上安置有上木板；其中，上、下木板上都设有夹紧螺栓，并且上木板、上温度控制箱、上铜板、试样块、下铜板、下温度控制箱和下木板在夹紧螺栓的作用下紧密接触；上、下铜板作为阻抗测试电极，并且在上、下铜板内壁的中心位置都设有热敏电阻，上、下铜板以及热敏电阻都连接有导线并且导线从真空接线口穿出；试样块的四个侧面上设有一圈绝热材料，防止其散失热量；上、下温度控制箱的两侧都设有通气通道，通过通气通道输入冷热气流达到温度控制的目的，上、下两个温度控制箱提供的温度环境为-30℃～50℃，精度为±0.1℃。

一种通过上述装置来测试不同温度路径下土体阻抗的测试方法，包括如下步骤： 

1）用同一土样制备3个试样块，试样块的尺寸为L（长）×B（宽）×H（高）：20cm×20cm×10cm，在每块试样块的四个侧面上都设置一圈绝热材料，防止其散失热量；

2）将第一个块试样块放入测试装置中，令热敏电阻通过导线接通测温系统，上、下铜板通过导线接通电化学工作站，上、下温度控制箱通过各自的通气通道接加温装置，真空泵接口接通真空泵；检测密闭保温容器的气密性，之后开启真空泵使得密闭保温容器内为真空状态，以减少热传递；

3）启动上、下温度控制箱，使上、下温度控制箱分别加温到T2、T1，其中T2>T1，通过电化学工作站及测温系统记录在温度传导过程中阻抗随时间变化的曲线，以及温度随时间变化的曲线；

4）取出第一块试样块，换第二块试样块放入测试装置中，使上、下温度控制箱同时加温到T2，通过电化学工作站及测温系统记录在温度传导过程中阻抗随时间变化的曲线，以及温度随时间变化的曲线；

5）取出第二块试样块，换第三块试样块放入测试装置中，先使上、下温度控制箱同时加温到T2，再使上温度控制箱降温至T1，其中T2>T1，通过电化学工作站及测温系统记录在温度传导过程中阻抗随时间变化的曲线，以及温度随时间变化的曲线。

本发明装置设计科学、结构简单、操作简单、实用性强，可以测量不同温度路径下土体的阻抗，可以模拟多种温度环境，特别适用于温度变化地区土体的阻抗测量，并通过阻抗电路参数来表征不同温度路径下土体的物理、力学及电学特性。 

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。 

图中：1-密闭保温容器、2-真空接线口、3-真空泵接口、4-试样承台、5-下木板、6-下温度控制箱、7-下铜板、8-试样块、9-上铜板、10-上温度控制箱、11-上木板、12-夹紧螺栓、13-热敏电阻、14-通气通道。 

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的描述： 

如图1所示，一种不同温度路径下测试土体阻抗的装置，包括呈长方体状的密闭保温容器1，密闭保温容器1的盖体上开设有真空接线口2和真空泵接口3；密闭保温容器1内的底板上固定有试样承台4，试样承台4上安置有下木板5，下木板5上安置有下温度控制箱6，下温度控制箱6上安置有下铜板7，下铜板7上安置有试样块8，试样块8上安置有上铜板9，上铜板9上安置有上温度控制箱10，上温度控制箱10上安置有上木板11；其中，上、下木板11、5上都设有夹紧螺栓12，并且上木板11、上温度控制箱10、上铜板9、试样块8、下铜板7、下温度控制箱6和下木板5在夹紧螺栓12的作用下紧密接触；上、下铜板9、7作为阻抗测试电极，并且在上、下铜板9、7内壁的中心位置都设有热敏电阻13，上、下铜板9、7以及热敏电阻13都连接有导线并且导线从真空接线口穿出；试样块8的四个侧面上设有一圈绝热材料；上、下温度控制箱10、6的两侧都设有通气通道14；其中，上、下温度控制箱10、6提供的温度环境为-30℃～50℃，精度为±0.1℃。

通过上述装置来测试不同温度路径下土体阻抗的测试方法，包括如下步骤： 

1）用同一土样制备3个试样块8，试样块8的尺寸为L×B×H(cm):20×20×10，在每块试样块8的四个侧面上都设置一圈绝热材料；

2）将第一个块试样块8放入测试装置中，令热敏电阻13通过导线接通测温系统，上、下铜板9、7通过导线接通电化学工作站，上、下温度控制箱10、6通过各自的通气通道15接加温装置，真空泵接口3接通真空泵；检测密闭保温容器1的气密性，之后开启真空泵使得密闭保温容器1内为真空状态，以减少热传递；

3）启动上、下温度控制箱10、6，使上、下温度控制箱10、6分别加温到T2、T1，其中T2>T1，通过电化学工作站及测温系统记录在温度传导过程中阻抗随时间变化的曲线，以及温度随时间变化的曲线；

4）取出第一块试样块8，换第二块试样块8放入测试装置中，使上、下温度控制箱10、6同时加温到T2，通过电化学工作站及测温系统记录在温度传导过程中阻抗随时间变化的曲线，以及温度随时间变化的曲线；

5）取出第二块试样块8，换第三块试样块8放入测试装置中，先使上、下温度控制箱10、6同时加温到T2，再使上温度控制箱10降温至T1，其中T2>T1，通过电化学工作站及测温系统记录在温度传导过程中阻抗随时间变化的曲线，以及温度随时间变化的曲线。