基于套管式探头TDR法的土体质量含水率修正测试方法技术

一种基于套管式探头TDR法的土体质量含水率修正测试方法，包括以下步骤：A、标定：通过前期四个不同土体试样的标定试验，获得了TDR水分传感器测出的各个土体试样体积含水率θi、烘干法测定的各个土体试样的真实质量含水率wi，进而通过函数对上述测试值的拟合，得出未知参数a的值，从而明确了此函数关系式。B、测试：测试出待测土体的干密度为ρd和TDR水分传感器至待测土体边界最小距离L/2；利用套管式探头TDR水分传感器测出待测土体体积含水率测试值θ，即得待测土体质量含水率w，该法消除了套管式探头TDR法中传感器有效测试范围内其他介质对待测土体介电特性的影响，提高了测试土体含水率的准确性，从而为岩土工程的设计与施工提供更加可靠、准确的试验数据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用套管式探头TDR法测试土体含水率的方法。
技术介绍
岩土工程中土体含水率的准确测试对工程的性质评价、稳定性分析以及压实质量控制具有重要作用。烘干法作为目前规范中测定土体质量含水率的标准方法，其测试结果准确，但现场应用时存在取样困难、对结构有损伤且无法长期自动监测等问题。由于土体表观介电常数是土中水(介电常数Kwater＝81)、空气(Kair＝1)和土颗粒(Ksoil＝3～5)的介电常数综合值，土体介电常数主要由土体体积含水率确定。通过测试插入土体中的探头上电磁波的传播速度，即可测出待测土体的表观介电常数，然后利用建立的土体表观介电常数Ka和土体体积含水率θ之间的关系模型(Ka—θ方程)确定土体体积含水率，并可换算得到土体体质量含水率，这种方法称为电磁波时域反射法(Time Domain Reflectometry，TDR)。与烘干法相比，由于不需要取样，对土体结构无损伤，因此TDR法显著提高了土体含水率测试效率，且能实现土体含水率的长期自动化动态监测。TDR法使用的水分传感器一般采用针式探头，在测试土体含水率时，仍为点测方式，在进行土体空间含水率分布测量时需在不同位置土层埋设传感器，导致传感器利用效率低下、工作量较大且对含水率测定结果产生影响。改进的方法是套管式探头TDR法，即通过预先埋设或打入土体的专用套管，探头再插入套管中，测试时探头可在套管内上下移动，从而实现一个探头在不同空间位置土体含水率的连续测试；同时套管的引入可以避免探头与土体直接接触，保护探头不受损坏，可实现TDR水分传感器的长期重复使用。然而，由于套管式探头TDR法的体积含水率测试结果是传感器周围有效测量范围内待测介质综合介电特性的反映，在实际使用套管式探头TDR水分传感器时，若传感器有效测量范围内有除待测介质以外的其他介质干扰，也即待测土体的边界变化会导致传感器周围介质介电特性产生变化，进而会对待测土体的TDR含水率测试结果产生显著影响，降低了测试结果准确性和可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种基于套管式探头TDR法的土体质量含水率修正测试方法，该方法消除了套管式探头TDR水分传感器有效测试范围内其他介质对待测土体介电特性产生的影响，能提高TDR测试土体含水率的准确性，从而为岩土工程的设计与施工提供更加可靠、准确的试验数据。本专利技术实现其专利技术目的所采用的技术方案是：一种基于套管式探头TDR法的土体质量含水率修正测试方法，包括以下步骤：一种基于套管式探头TDR法的土体质量含水率修正测试方法，包括以下步骤：A、标定A1、准备四个高度与TDR水分传感器探头测量段长度相同的长方体试验箱或圆筒试验箱，其中，长方体试验箱的底面为正方形；四个试验箱的边长或直径不同，其中第i个试验箱的边长或直径为Li，i为试验箱的序号，i＝1、2、3、4；A2、在试验箱平面中心竖向放置用于TDR水分传感器探头测试的专用套管，套管底端封闭、顶端开口，套管高度高于试验箱高度50mm；A3、在各试验箱内制备干密度均为ρd0的土体试样，然后将TDR水分传感器探头置于套管中，并使探头高度等于试验箱高度的一半；开启TDR水分传感器，测试出各个试验箱土体试样中部剖面处的体积含水率θi；A4、在各个试验箱紧靠探头位置处取50g土体，按照烘干法测试得到该取样土体的真实质量含水率wi；求出各个试验箱土体试样的比例系数ki，其中，ρw为水的密度；A5、以试验箱边长或直径也即套管式TDR水分传感器至待测土体边界最小距离的2倍为横坐标L,以待测土体的比例系数为纵坐标,构成直角坐标系；在此坐标系中将四个试验箱边长或直径Li及对应的比例系数的四个点绘出，再采用函数对坐标系中的四个点进行拟合，得出参数a的值；B、测试先测试出待测土体的干密度为ρd，测出TDR水分传感器至待测土体边界最小距离L/2；利用套管式探头TDR水分传感器测出待测土体体积含水率θ，代入函数即可得到待测土体质量含水率w，与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：申请人研究发现，土体边界L/2与土体质量含水率w、土体干密度ρd和套管式探头TDR水分传感器测出的土体试样体积含水率θ，存在函数关系：本专利技术进而通过前期不同土体试样的标定试验，获得上述函数关系中的未知参数a，得出待测土体的质量含水率w与套管式探头TDR法测出的土体体积含水率测试值θ、土体试样边界L/2的明确关系式，即因此，本专利技术通过测出待测土体的边界后，再利用上述关系式，即可消除套管式探头TDR法中水分传感器有效测试范围内其他介质对待测土体介电特性产生的影响，提高了土体含水率测试的准确性，从而为岩土工程的设计与施工提供更加可靠、准确的试验数据。试验结果表明，本专利技术对试验土体测出的质量含水率与烘干法得到的质量含水率的绝对误差为0.07％，而现有的套管式探头TDR水分传感器测试得到的换算质量含水率与烘干法得到的质量含水率绝对误差为0.81％。与套管式探头TDR水分传感器测试相比，本专利技术的测试绝对误差低于其测试绝对误差的1/10。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步说明。附图说明图1试验箱边长或直径Li与比例系数ki的关系曲线。具体实施方式实施例本专利技术的一种具体实施方式为：一种基于套管式探头TDR法的土体质量含水率修正测试方法，包括以下步骤：一种基于套管式探头TDR法的土体质量含水率修正测试方法，包括以下步骤：A、标定A1、准备四个高度与TDR水分传感器探头测量段长度相同的长方体试验箱或圆筒试验箱，其中，长方体试验箱的底面为正方形；四个试验箱的边长或直径不同，其中第i个试验箱的边长或直径为Li，i为试验箱的序号，i＝1、2、3、4；A2、在试验箱平面中心竖向放置用于TDR水分传感器探头测试的专用套管，套管底端封闭、顶端开口，套管高度高于试验箱高度50mm；A3、在各试验箱内制备干密度均为ρd0的土体试样，然后将TDR水分传感器探头置于套管中，并使探头高度等于试验箱高度的一半；开启TDR水分传感器，测试出各个试验箱土体试样中部剖面处的体积含水率θi；A4、在各个试验箱紧靠探头位置处取50g土体，按照烘干法测试得到该取样土体的真实质量含水率wi；求出各个试验箱土体试样的比例系数ki，其中，ρw为水的密度；A5、以试验箱边长或直径也即套管式TDR水分传感器至待测土体边界最小距离的2倍为横坐标L,以待测土体的比例系数为纵坐标,构成直角坐标系；在此坐标系中将四个试验箱边长或直径Li及对应的比例系数的四个点绘出，再采用函数对坐标系中的四个点进行拟合，得出参数a的值；B、测试先测试出待测土体的干密度为ρd，测出TDR水分传感器至待测土体边界最小距离L/2；利用套管式探头TDR水分传感器测出待测土体体积含水率θ，代入函数即可得到待测土体质量含水率w，试验验证采用TRIME-PICO-IPH系列TDR智能水分传感器进行标定试验，传感器由TRIME-HD手持式读数表、TRIME-T3圆柱型套管式探头以及高频电缆传输线组成，其中TRIME-HD手持式读数表可以直接显示土体体积含水率测试值，TRIME-T3圆柱型套管式探头直径37mm，探头测量段长度220mm，探头测试套管由专用TECANAT(聚碳酸酯)材质制成，外径44mm，内径42mm，长度27本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于套管式探头TDR法的土体质量含水率修正测试方法，包括以下步骤：A、标定A1、准备四个高度与TDR水分传感器探头测量段长度相同的长方体试验箱或圆筒试验箱，其中，长方体试验箱的底面为正方形；四个试验箱的边长或直径不同，其中第i个试验箱的边长或直径为Li，i为试验箱的序号，i＝1、2、3、4；A2、在试验箱平面中心竖向放置用于TDR水分传感器探头测试的专用套管，套管底端封闭、顶端开口，套管高度高于试验箱高度50mm；A3、在各试验箱内制备干密度均为ρd0的土体试样，然后将TDR水分传感器探头置于套管中，并使探头高度等于试验箱高度的一半；开启TDR水分传感器，测试出各个试验箱土体试样中部剖面处的体积含水率θi；A4、在各个试验箱紧靠探头位置处取50g土体，按照烘干法测试得到该取样土体的真实质量含水率wi；求出各个试验箱土体试样的比例系数ki，其中，ρw为水的密度；A5、以试验箱边长或直径也即套管式TDR水分传感器至待测土体边界最小距离的2倍为横坐标L,以待测土体的比例系数为纵坐标,构成直角坐标系；在此坐标系中将四个试验箱边长或直径Li及对应的比例系数的四个点绘出，再采用函数对坐标系中的四个点进行拟合，得出参数a的值；B、测试先测试出待测土体的干密度为ρd，测出TDR水分传感器至待测土体边界最小距离L/2；利用套管式探头TDR水分传感器测出待测土体体积含水率θ，代入函数即可得到待测土体质量含水率w，...

【技术特征摘要】
1.一种基于套管式探头TDR法的土体质量含水率修正测试方法，包括以下步骤：A、标定A1、准备四个高度与TDR水分传感器探头测量段长度相同的长方体试验箱或圆筒试验箱，其中，长方体试验箱的底面为正方形；四个试验箱的边长或直径不同，其中第i个试验箱的边长或直径为Li，i为试验箱的序号，i＝1、2、3、4；A2、在试验箱平面中心竖向放置用于TDR水分传感器探头测试的专用套管，套管底端封闭、顶端开口，套管高度高于试验箱高度50mm；A3、在各试验箱内制备干密度均为ρd0的土体试样，然后将TDR水分传感器探头置于套管中，并使探头高度等于试验箱高度的一半；开启TDR水分传感器，测试出各个试验箱土体试样中部剖面处的体积...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗强，张瑞国，刘钢，连继峰，蒋良潍，谢涛，于曰明，谢宏伟，朱江江，张文生，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51