本發(fā)明涉及巖土工程領域，具體而言，涉及一種含水率動態(tài)測試裝置以及含水率測試系統(tǒng)。

背景技術：

在巖土工程領域，土體的固結壓縮問題研究非常廣泛，而土體的固結壓縮均伴隨其中水分的遷移。尤其是對于層狀地基中較薄的軟弱土體，在受到地層擠壓的過程中，其含水率的遷移變化在整個擠壓層面上分布并不均勻，由此造成擠壓層面上不同位置土體的固結度有較大差異，給研究軟弱土體受擠壓時的力學性質帶來較大障礙。對于土體含水率的測定，目前有烘干法、室外酒精燃燒法等常規(guī)土工試驗方法以及中子散射法、張力計法、電磁法、電阻法等間接測試方法。常規(guī)土工試驗方法雖然是直接測試、精度高且成熟和簡便，但測試均需要事先取樣，耗時長；現(xiàn)有的間接測試裝置是利用探頭深入土體內部進行靜態(tài)檢測，無法在土體處于受壓的動態(tài)過程中對擠壓面不同位置含水率進行實時測定。因此。目前仍缺乏在受壓過程中能動態(tài)實時測定土體受壓面上含水率的合適裝置。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種含水率動態(tài)測試裝置，其能夠動態(tài)實時地測定土體在受壓過程中，受壓面上的含水率。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種含水率測試系統(tǒng)，其能夠更加全面和方便地測定土體的含水率。

本發(fā)明的實施例是這樣實現(xiàn)的：

一種含水率動態(tài)測試裝置，其包括第一擠壓盤、第二擠壓盤、加載裝置、電阻測試儀以及控制系統(tǒng)，第一擠壓盤和第二擠壓盤之間平行且相對設置，第一擠壓盤和第二擠壓盤之間形成用于放置測試土體的容置空間，第一擠壓盤連接于加載裝置，第一擠壓盤上設置有多對電極，多對電極均連接于電阻測試儀，電阻測試儀連接于控制系統(tǒng)。

在本發(fā)明較佳的實施例中，第一擠壓盤與第二擠壓盤相對的表面設置有與多對電極數(shù)量相等的多對電極孔，多對電極分別設置于多對電極孔中，每個電極與每個電極孔的孔壁之間均填充有絕緣材料。

在本發(fā)明較佳的實施例中，多對電極孔沿第一擠壓盤的中心軸方向設置，每對電極孔分別設置于第一擠壓盤的中心軸的兩側。

在本發(fā)明較佳的實施例中，第一擠壓盤為圓形，多對電極孔以圓心為中心，且以向四周輻射的方式布置。

在本發(fā)明較佳的實施例中，多對電極孔排列成兩排，每排電極孔等距分布。

在本發(fā)明較佳的實施例中，上述多對電極均通過導線連接于控制系統(tǒng)，第一擠壓盤的側面設置有出線孔，導線從出線孔穿出并連接于所電阻測試儀。

在本發(fā)明較佳的實施例中，控制系統(tǒng)為內設置有基于智能識別的算法的軟件系統(tǒng)。

在本發(fā)明較佳的實施例中，上述含水率動態(tài)測試裝置還包括用于固定第二擠壓盤的反力裝置，反力裝置連接于第二擠壓盤遠離第一擠壓盤的一端。

在本發(fā)明較佳的實施例中，含水率動態(tài)測試裝置還包括用于測試加載裝置傳遞到第二擠壓盤上的反作用力的測力裝置，測力裝置連接于控制系統(tǒng)，測力裝置設置于第二擠壓盤與反力裝置之間，并且一端連接于第二擠壓盤，另一端連接于反力裝置。

一種含水率測試系統(tǒng)，其包括用于測試受壓前土體的平均含水率的水分測定儀以及上述含水率動態(tài)測試裝置。

本發(fā)明實施例的有益效果是：

本發(fā)明提供的含水率動態(tài)測試裝置以及含水率測試系統(tǒng)，其包括第一擠壓盤、第二擠壓盤、加載裝置、電阻測試儀以及控制系統(tǒng)，其通過第一擠壓盤上設置的多對電極，并與電阻測試儀連接，從而能夠實時反饋土體擠壓過程中電阻的變化，據(jù)此得到擠壓面上不同位置處的土體的含水率，實現(xiàn)土體擠壓過程中含水率的實時、連續(xù)反饋?？朔藗鹘y(tǒng)含水率測定裝置無法在土體擠壓過程中動態(tài)實時檢測的弊端。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1為本發(fā)明第一實施例提供的含水率動態(tài)測試裝置的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明第一實施例提供的含水率動態(tài)測試裝置的電極的整體排列的結構示意圖；

圖3為圖2的Ⅲ-Ⅲ截面剖視圖；

圖4為圖2的Ⅳ-Ⅳ截面剖視圖；

圖5為圖3的Ⅴ部位的局部放大圖；

圖6為圖4的Ⅵ部位的局部放大圖；

圖7為本發(fā)明第二實施例提供的含水率動態(tài)測試裝置的電極的整體排列的結構示意圖。

圖標：100-含水率動態(tài)測試裝置；110-第一擠壓盤；120-第二擠壓盤；130-加載裝置；140-電阻測試儀；150-控制系統(tǒng)；121-反力裝置；122-測力裝置；111-電極。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。

因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，或者是該發(fā)明產品使用時慣常擺放的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

此外，術語“水平”、“豎直”、“懸垂”等術語并不表示要求部件絕對水平或懸垂，而是可以稍微傾斜。如“水平”僅僅是指其方向相對“豎直”而言更加水平，并不是表示該結構一定要完全水平，而是可以稍微傾斜。

在本發(fā)明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“設置”、“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。

第一實施例

請參照圖1，本發(fā)明的實施例提供一種含水率動態(tài)測試裝置100，其包括第一擠壓盤110、第二擠壓盤120、加載裝置130、電阻測試儀140以及控制系統(tǒng)150。

第一擠壓盤110為整個裝置的工作面，土體試樣放置于第一擠壓盤110上，第一擠壓盤110的底部連接有加載裝置130，從而可以將第一擠壓盤110升起并向第二擠壓盤120靠近，從而實現(xiàn)對土體試樣的擠壓。在本實施例中，第一擠壓盤110用來放置土體試樣的表面具有一定的粗糙度，第二擠壓盤120用來擠壓土體試樣的工作面也具有一定的粗糙度。這樣就可以保證在擠壓土體的過程中，土體試樣發(fā)生固結現(xiàn)象，使得土體試樣的含水率分布不均，被擠壓土體不同位置處的含水率值發(fā)生變化，進而使得后續(xù)操作，對受壓土體實時動態(tài)含水率變化的測量順利進行。一般來說，理想的兩個光滑面擠壓土體，土體試樣是不會發(fā)生固結現(xiàn)象的。而且，光滑的平面在擠壓的過程中也容易滑動，而影響測試的可操作性及準確性。因此，第一擠壓盤110的工作面和第二擠壓盤120均設置有一定的粗糙度。優(yōu)選地，二者具有相同的粗糙度。當二者具有相同的粗糙度時，不僅能夠保證土體試樣在擠壓過程中發(fā)生固結，而且能夠保證與土體試樣接觸的兩個工作面，作用于土體試樣的摩擦力相同，從而有效地避免了實驗誤差，能夠保證加載過程的準確性。

需要說明的是，在本實施例中，加載裝置130可以是液壓裝置、也可以是氣動裝置、或者電動裝置。上述給第一擠壓盤110加載并使其上升的裝置是本領域技術人員所熟知的技術。上述第一擠壓盤110的底部通過螺栓固定連接于加載裝置130，或者第一擠壓盤110與加載裝置130一體成型。上述加載裝置130可以與控制系統(tǒng)150連接，也可以單獨控制。

第二擠壓盤120與第一擠壓盤110相對設置，并且平行于第一擠壓盤110，優(yōu)選地，第二擠壓盤120與第一擠壓盤110的邊緣齊平。第一擠壓盤110和第二擠壓盤120可以設置為圓形，也可以根據(jù)實際需要加工成其他不規(guī)則形狀，優(yōu)選地，第一擠壓盤110和第二擠壓盤120均設置為圓形。第一擠壓盤110和第二擠壓盤120可以采用鋼板材料制成，也可以根據(jù)實際需要選用其他的材料，如鋁合金或者其他合金材料。

第二擠壓盤120連接于反力裝置121上，用來固定第二擠壓盤120，以使得第二擠壓盤120能夠相對于第一擠壓盤110靜止不動。在本實施例中，反力裝置121可以是鋼制的板材，通過螺栓固定連接于第二擠壓盤120，或者是其他的固定裝置。第二擠壓盤120與反力裝置121之間還設置有測力裝置122，測力裝置122與控制系統(tǒng)150連接，從而可以測試加載裝置130所加載到土體試樣上的反作用力，進而可以監(jiān)控加載裝置130的加載力。

需要說明的是，測力裝置122可以是實時監(jiān)控裝置，例如壓力傳感器等。需要在控制系統(tǒng)150內預先設定閾值，從而防止加載力過大，進而將設備損壞。

進一步地，請參照圖2，第一擠壓盤110的工作面上設置有多對電極孔，每對電極孔中對應的設置有電極111，電極111與電極孔的孔壁之間填充有絕緣材料且不留間隙，從而可以使得第一擠壓盤110的板面不與電極111相互之間導電，使得能夠準確的測出土體試樣中的含水率。在本實施例中，絕緣材料可以選擇塑料或者樹脂材料。

需要說明的是，電極111頂部平面平整且與第一擠壓盤110之間完全吻合，從而更好地利于土體試樣放置于第一擠壓盤110的工作面，并且在加載裝置130加載時，能夠保證受力的均勻。

請結合圖2、圖4和圖6，進一步地，電極孔沿第一擠壓盤110的工作面的軸向分布為兩排，請結合圖3、圖5并且每一排的電極孔都是等距離分布的，從而可以同時測出多個電阻值，來反映土體樣品在受壓過程中從中心向兩側分布的電阻值的變化率，以此來表征土體試樣中的含水率的變化，從而實現(xiàn)了對受壓土體實時動態(tài)含水率變化的測量。具體地，其原理是基于一定尺度的土體在恒定溫度下，其含水率與電阻成反比，利用土體受壓過程中受壓面上不同位置處的電阻值反映其含水率的變化。

需要說明的是，每一排的電極孔分布距離不是固定的，可以根據(jù)具體的需要設定，優(yōu)選地，每一排的電極孔的分布距離越小，所獲得的電阻值越連續(xù)，對含水率的測試也越準確。

進一步地，在第一擠壓盤110的側面設置有出線孔，每一對電極111的兩根導線均從出線孔穿出，并且連接于電阻測試儀140，從而可以測得每一對電極111的電阻值。

需要說明的是，上述每一對電極111的兩根導線可以匯總成一股粗的導線，最終連接于電阻測試儀140，從而使得整個裝置的結構更加緊湊，上述導線的連接關系是本領域技術人員所熟知的技術，此處不再贅述。

電阻測試儀140可以選用市場上常見的測量電阻的儀器。電阻測試儀140連接于控制系統(tǒng)150，從而能夠將其所測得的多組電阻值傳遞到控制系統(tǒng)150內，從而反應出土體試樣在受壓過程中從中心向兩側分布的電阻值的變化率，以此來表征土體試樣中的含水率的變化，從而實現(xiàn)了對受壓土體實時動態(tài)含水率變化的測量。

控制系統(tǒng)150內設置有基于智能識別的算法的軟件系統(tǒng)，從而能夠將電阻測試儀140測量出來的多組電阻值，轉換成所對應的受壓土體試樣的含水率值。每一電阻值對應一個含水率值，從而能夠判斷出土體試樣在受壓的情況下，含水率變化的分布值，進而實現(xiàn)對擠壓土體不同位置處含水率的實時動態(tài)測定。

具體地，首先通過測量，得到多組已知含水率的土體試樣的在未受壓狀態(tài)下的電阻值，然后對所得到的電阻值與含水率的關系在控制系統(tǒng)150中，利用基于智能識別的算法的軟件系統(tǒng)進行擬合，從而得到土體試樣的含水率與電阻的函數(shù)關系式，即就是完成了控制系統(tǒng)150內含水率-電阻關系的標定。

然后，在對待定的土體試樣利用加載裝置130進行擠壓，由于土體試樣在受到擠壓的時候，會發(fā)生固結現(xiàn)象，從而使得土體試樣的含水率分布發(fā)生變化，此時，電阻測試儀140測得的電阻值，帶入到前述控制系統(tǒng)150中標定的函數(shù)關系式，即可計算出對應的含水率，每一對電極111都會測出一個電阻值，進而就可以得出土體試樣的不同位置的含水率的實時動態(tài)值。

需要說明的時，基于智能識別的算法的軟件系統(tǒng)可以選擇專家系統(tǒng)、模糊系統(tǒng)或者神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)。

總的來說，含水率動態(tài)測試裝置100的實驗操作過程是這樣的：在測試受壓土體擠壓面上的含水率時，首先需要對該類土體的含水率-電阻關系進行標定，將相同土質、已知不同含水率的土體置于第一擠壓盤110居中位置，依次測得不同含水率下的電極111的電阻，得到該類土體的含水率-電阻擬合關系。測試過程中，將待測土體置于第一擠壓盤110居中位置，第二擠壓盤120的工作面與土體試樣上表面接觸，測讀電阻測試儀140的初始讀數(shù)。打開加載系統(tǒng)，隨著加載裝置130的工作，推動第一擠壓盤110上升，第二擠壓盤120由于受到反力裝置121的限制不能移動，第一擠壓盤110的工作面上的土體試樣不斷被擠壓并發(fā)生不均勻的固結現(xiàn)象，擠壓面上的含水率分布開始變得不均勻，但不同位置處含水率可以通過第一擠壓盤110上的電極111間的電阻實時連續(xù)地反映出來。在此過程中，測力裝置122同時進行實時監(jiān)控加載裝置130的加載力，并測出擠壓力，擠壓位移由加載系統(tǒng)測出。隨著擠壓過程的進行，土體試樣不斷變薄，擠壓面上土體含水率因為各位置固結程度的不同而出現(xiàn)顯著差異。此時第一擠壓盤110工作面上的土體試樣的電阻值會同步發(fā)生變化，利用控制系統(tǒng)150內設置的基于智能識別的算法的軟件系統(tǒng)對擠壓過程的電阻值實時、動態(tài)監(jiān)測，再由之前標定的電阻值與含水率之間的擬合關系便能實時反映土體受壓過程中的含水率變化，從而實現(xiàn)對擠壓土體試樣不同位置處含水率的實時動態(tài)測定。

第二實施例

請參照圖7，本實施例與第一實施例的不同之處在于，第一擠壓盤110與第二擠壓盤120均為圓形，第一擠壓盤110上的多對電極孔是以第一擠壓盤110的圓心為中心，并且以向第一擠壓盤110的四周輻射的方式布置的。電極111設置于電極孔中。這種呈輻射狀的布置能夠更全面和準確地測試被擠壓土體試樣的含水率分布情況。

測試過程是這樣的：電阻測試儀140測得多排電極對的電阻值，控制系統(tǒng)150對數(shù)據(jù)進行采集，軟件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行處理擬合。具體地，測試過程中，控制系統(tǒng)150按距離中心的遠近對相同距離處的多處電阻測值取平均值，數(shù)據(jù)處理時，控制系統(tǒng)150會自動判斷并剔除奇異數(shù)據(jù)點。

需要說明的是，這種呈輻射狀布置的一排電極對的排數(shù)是不限定的，排數(shù)越多，所獲得的電阻值樣本越多，對含水率的測試也越準確。每相鄰的兩排的電極對間的距離是不固定的，優(yōu)選地，每相鄰的兩排的電極對間的距離相等。

同樣地，每一排的電極孔分布距離不是固定的，可以根據(jù)具體的需要設定，優(yōu)選地，每一排的電極孔的分布距離越小，所獲得的電阻值越連續(xù)，對含水率的測試也越準確。

第三實施例

本發(fā)明的實施例還提供了一種含水率測試系統(tǒng)，包括用于測試受壓前土體的平均含水率的水分測定儀以及第一實施例或者第二實施例中的含水率動態(tài)測試裝置。其能夠更加全面地測量土體的含水率。

需要說明的是，上述水分測定儀可以選用現(xiàn)有技術中的化學水分測定儀等其他測量含水率的裝置。

使用時，利用水分測定儀先對多組待測土體試樣受壓前的的平均水分值進行測量，得到多組已知含水率的土體試樣，然后使用第一實施例或第二實施例中的含水率動態(tài)測試裝置測試這些已知含水率的土體試樣的電阻值，從而對第一實施例或第二實施例中的含水率動態(tài)測試裝置的控制系統(tǒng)進行標定，得到土體試樣的含水率-電阻的函數(shù)關系式，然后再使用第一實施例或第二實施例中的含水率動態(tài)測試裝置對待測土體試樣進行擠壓，并測量其受擠壓后的含水率分布。

綜上所述，本發(fā)明提供的含水率動態(tài)測試裝置以及含水率測試系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)含水率測定裝置無法在土體擠壓過程中動態(tài)實時檢測的弊端，通過等間距分布在第一擠壓盤上的電極實時反饋土體擠壓過程中電阻變化，據(jù)此得到擠壓面上不同位置處的含水率，實現(xiàn)土體擠壓過程中含水率的實時、連續(xù)反饋。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。