本發(fā)明屬于凍土未凍水含量測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種凍土電阻率和溫度與凍土未凍水含量的關(guān)系模型構(gòu)建方法。

背景技術(shù)：
自1940年N.A.Tsytovich提出凍土未凍水含量這一概念至今，國內(nèi)外眾多學者致力于未凍水含量的研究，研究這一指標在工程物理力學中的作用，影響未凍水含量的具體因素以及未凍水含量的測試方法。其中對于測試方法的研究一直以來都被眾多學者認為是凍土領(lǐng)域科學研究的難點之一。從上世紀中期至今基于電磁學、化學、熱學、光學等學科的發(fā)展，廣大學者提出了一系列測定未凍水含量的方法。核磁共振(NMR)技術(shù)是凍土領(lǐng)域研究者采用較早的且較為成熟的一種未凍水含量測試設(shè)備。此設(shè)備是基于儀器感應(yīng)到土樣空隙水中氫核的不同信號強度來確定液態(tài)水的比例關(guān)系，進而得到凍土未凍水含量。美國陸軍研究所A.R.泰斯(1983)等人利NMR法結(jié)合物理解吸實驗做了有關(guān)凍土未凍水含量測定方面的研究。ZhiWen·WeiMa對青藏線上粉質(zhì)粘土的未凍水含量與土壤基質(zhì)勢進行了分析，其研究所依托的技術(shù)就是NMR技術(shù)。徐學祖等在1990到1994年間基于NMR技術(shù)測定凍土未凍水含量，并對未凍水含量的影響因素做了大量分析。KunioWatanabe從多孔介質(zhì)可溶性離子的角度考慮凍土未凍水中溶解物的自身特性對凍土未凍水含量的影響，同樣基于核磁共振法對不同離子種類、不同離子濃度變化對未凍水含量的影響做了測定。張立新同樣也利用NMR技術(shù)研究了未凍水含量與壓力的關(guān)系。李東陽基于對NMR技術(shù)的理解給出了一種縮短核磁共振測定凍土未凍水含量實驗時間的方法。總結(jié)上述學者基于NMR技術(shù)測定未凍水含量的實驗及理論經(jīng)驗，不難看出NMR技術(shù)對儀器設(shè)備的要求相當精密，有操作復雜、花費昂貴、溫控環(huán)境系統(tǒng)復雜且不穩(wěn)定以及測試時間周期長等不足之處。時域反射儀(TDR)是一種最早用于測定融土土樣含水率的方法，隨著近年凍土領(lǐng)域的研究發(fā)展，TDR測設(shè)設(shè)備得到了改進并被部分學者應(yīng)用于凍土未凍水含量的測定?；谕痢⑺?、冰具有的不同介電常數(shù)，測定土樣中三者的數(shù)值比例關(guān)系來確定土體含水量。D.E.Patterson和M.W.Smith通過測定土體介電常數(shù)采用時域反射儀來獲得凍土未凍水含量的具體數(shù)值。zhouxiaohai采用時域反射儀與伽馬射線的衰減相結(jié)合的理論先給出了未凍水含量以及土體含冰量的計算公式，然后通過實驗得到未凍水含量和土體的含冰量。KenjiYoshikawa分別對5種土樣進行了室內(nèi)和現(xiàn)場的未凍水含量測定實驗，基于土體介電常數(shù)的變化利用TDR技術(shù)得到不同土樣特定的溫度與未凍水含量的特征曲線。KunioWatanabe通過核磁共振共振法和時域反射儀兩種測試設(shè)備對四種土樣的未凍水含量進行了測定，其實驗表數(shù)據(jù)明兩種方法所測結(jié)果基本一致。ShinjiSuzuki同樣基于時域反射儀和核磁共振法兩種方法對比對飽和輕黏土初始含水率于未凍水含量的關(guān)系進行研究。馬巍等利用NMR法驗證TDR法標定曲線的可靠性，基于兩種方法下的實驗數(shù)據(jù)，得出TDR法的標定曲線不適用與凍土未凍水含量的測定。結(jié)合以上研究發(fā)現(xiàn)，TDR技術(shù)測定未凍水含量利用電磁脈沖通過電磁波在土層中的傳播速度測定土體介電常數(shù)這一手段穩(wěn)定性不夠，此外TDR法標定曲線的合理性也有待商榷，需繼續(xù)深入研究方可被成熟應(yīng)用與凍土領(lǐng)域未凍水含量的測定。量熱法是凍土研究大國前蘇聯(lián)測定未凍水含量的常用方法，1980年馬祖羅夫在編寫的凍土物理力學性質(zhì)一書寫到由O.C.孔諾娃研究出的量熱法是基于土樣完全融化時所吸收的熱量來計算未凍水含量。冷毅飛做了量熱法在測試凍土未凍水含量方面的實驗研究，從起研究成果中可以看出整個測試設(shè)備精確程度較低，基于傳熱學的熱量運算公式算法復雜繁瑣。同樣的，Liubo對基于牛頓第一冷卻定律中的理論，對三類土體在自然對流的情況下的熱物理學參數(shù)進行了研究，通過室內(nèi)試驗數(shù)據(jù)獲得了未凍水含量特征曲線，其研究的基礎(chǔ)同樣是量熱法。另外，部分學者也給出了幾種基于不同原理的測試未凍水含量的方法：SpaansandBaker(1995)采用自制的氣體-膨脹計法對非飽和土樣未凍水含量進行了測定。中國礦業(yè)大學李東陽等通過分析CT圖像灰度值的變化來確定凍土未凍水含量的變化。李明寶等基于近紅外光譜技術(shù)對未凍水含量進行了測定?？偟膩碚f對于凍土未凍水含量的測定，凍土領(lǐng)域已有了較為豐富的測試手段，學者們針對具體測試方法的優(yōu)缺點眾說紛紜，但具體來談每一種測試手段都有其不足之處，這一點毋庸置疑。從土體電阻率的基本理論探尋，早在1942年Archie.G.E就對土體電阻率進行了研究，提出了飽和無粘性土的電阻率模型。Waxman在1968年又提出了針對粘性土給出了考慮土顆粒表面自身導電性的電阻率模型。以上兩種模型作為土體電阻了研究的基礎(chǔ)一直被應(yīng)用至今。龔曉楠通過理論分析和實驗數(shù)據(jù)驗證了其提出的針對粘土的電阻率模型。土的電阻率受到諸多因素的影響，如孔隙率、孔隙水電阻率、組成、顆粒形狀與排列方向、飽和度、溫度、導水性、土體結(jié)構(gòu)特征等，但是對同種土體進行研究土顆粒的組成，土顆粒表面的粘結(jié)了以及排列方向可近似認為是大致相同的，對于實驗研究，所配土樣孔隙水電阻率可以控制近似一樣。因此在之后的研究中眾多學者開始就影響土體電阻率的具體因素做了大量實驗分析McCarter(1984)、Kalinski(1994)、Abu-Hassanein(1996)對實驗室配置的擊實土樣做了研究，給出了土樣電阻率隨擊實含水量、飽和度、擊實功、滲透性、溫度等改變的變化規(guī)律。查甫生和劉玉松等人也對土體電阻率做了大量研究，從電阻率的原位以及室內(nèi)方法測試的研究到將電阻率應(yīng)用與巖土工程行業(yè)的探討都給出了不少優(yōu)秀的成果。查甫生以膨脹土、黃土及摻灰改良膨脹土為研究對象，研究了土顆粒的不同對土體電阻率的影響。潘琳娜(2006)研究了凍土電阻率與溫度的關(guān)系，研究表明在控制溫度、含水率、干密度的情況下，土體電阻率還與土體種類有關(guān)，相同條件下沙土電阻率明顯大于黏土。肖繼濤對三種典型凍土的特性進行了比較，得出了凍土的電阻率隨土體干密度、含水率以及溫度之間的關(guān)系。馬慶華對電阻率的模型也進行了研究，在對室內(nèi)測定電阻率的方法上也進行了研究，給出了四項電極法電極間距的最優(yōu)距離，提出了對于近似土體可通過測定一點數(shù)量的電阻率值來換算出批量土樣的電阻率值。儲旭研究了電滲法中含水率和電勢梯度對土體電阻率的影響，研究結(jié)果表明含水率對土體電阻率有很大的影響，以液限值位分界點，當含水率超過液限是土體電阻率較小且變化不大，當含水率小于液限時電阻率較大且隨著含水量的減少電阻率迅速增加。馬新巖等通過電阻率法測定土體不同深度連續(xù)時段的視電阻率，經(jīng)過統(tǒng)計分析得到土體含水量變化深度的范圍。付偉研究了飽和粉質(zhì)黏土在反復凍融情況下電阻率及變形的問題，考慮低溫環(huán)境對土體電阻率的影響進而影響到的土體各項物理力學性質(zhì)的變，在土體反復凍脹融沉的過程中，電阻率與凍融變形是實時的、完全同步的，利用土體電阻率變化研究土體凍融狀態(tài)下結(jié)構(gòu)變化的可行的。但是，現(xiàn)有技術(shù)中還是缺乏實用性強、測量結(jié)果精確的凍土電阻率和溫度與凍土未凍水含量的關(guān)系模型。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種凍土電阻率和溫度與凍土未凍水含量的關(guān)系模型構(gòu)建方法，其方法步驟簡單，實現(xiàn)方便，能夠?qū)鐾廖磧鏊繖z測的復雜問題簡單化，且測量結(jié)果精確，實用性強，使用效果好，便于推廣使用。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種凍土電阻率和溫度與凍土未凍水含量的關(guān)系模型構(gòu)建方法，其特征在于,該方法包括以下步驟：步驟一、準備實驗設(shè)備，所述實驗設(shè)備包括土樣盒、交流調(diào)壓電源、電流表、電壓表、真空干燥箱、電子天平、冷凍箱和溫度測量儀，所述溫度測量儀上連接有溫度測量探頭，所述土樣盒的左右兩側(cè)側(cè)壁上均設(shè)置有能夠與土樣盒內(nèi)的土樣兩端接觸的導電片，所述土樣盒的前壁和/或后壁上設(shè)置有供溫度測量探頭插入的溫度測量探頭孔；步驟二、進行烘干條件實驗，測得正溫段土樣電阻率與瞬時含水率的關(guān)系，具體過程為：步驟201、連接實驗設(shè)備：將電流表的正極與交流調(diào)壓電源的正極輸出端連接，在電流表的負極上通過導線連接導電片，在交流調(diào)壓電源的負極輸出端通過導線連接導電片；并將電壓表的正極與與電流表的負極連接的導電片連接，將電壓表的負極與與交流調(diào)壓電源的負極連接的導電片連接；步驟202、將電子天平放入溫度不超過40℃的真空干燥箱內(nèi)，并在電子天平上放上土樣支架，將此時電子天平的讀數(shù)記錄為土樣支架的質(zhì)量，再分別將多個不同初始含水率的土樣放在土樣盒中，待土樣穩(wěn)定成型后去除土樣盒，通過皮筋將與電流表的負極連接的導電片和與交流調(diào)壓電源的負極連接的導電片分別固定在土樣左右兩側(cè)，然后將土樣置入真空干燥箱內(nèi)并放在土樣支架上；每次置入土樣，都將置入土樣時電子天平的讀數(shù)記錄為土樣初始質(zhì)量，并以電子天平讀數(shù)每減少m質(zhì)量為一個記錄點記錄瞬時質(zhì)量、電壓表的示數(shù)U和電流表的示數(shù)I；再根據(jù)公式計算得到土樣含水率θ；并根據(jù)公式計算得到每次記錄的土樣含水率θ對應(yīng)的土樣電阻率ρ；其中，C為干土的質(zhì)量且A為土樣初始質(zhì)量，B為土樣支架的質(zhì)量，D為記錄點記錄的瞬時質(zhì)量，w為土樣的初始含水率；L為土樣盒的長度，S為土樣盒左側(cè)面或右側(cè)面的面積；步驟203、將步驟202中計算得到的土樣含水率θ和土樣電阻率ρ與土樣的初始含水率相對應(yīng)輸入計算機的EXCEL軟件中，形成正溫段不同初始含水率下土樣電阻率與土樣含水率的對應(yīng)關(guān)系表；步驟204、在計算機的EXCEL軟件中，以土樣含水率為橫坐標，土樣電阻率為縱坐標，對步驟203中正溫段不同初始含水率下土樣電阻率與土樣含水率的對應(yīng)關(guān)系表的數(shù)據(jù)進行描點畫圖，繪制出正溫段不同初始含水率下土樣電阻率與土樣含水率關(guān)系曲線圖；步驟205、在計算機的EXCEL軟件中，對步驟204中繪制的正溫段不同初始含水率下土樣電阻率與土樣含水率關(guān)系曲線進行線性函數(shù)、冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)和對數(shù)函數(shù)的曲線擬合，得到多個擬合方程，并將擬合度最接近1的擬合方程確定為正溫段不同初始含水率下土樣電阻率與土樣含水率關(guān)系曲線的擬合方程；步驟三、進行冷凍條件實驗，測得負溫段土樣電阻率與溫度的關(guān)系，具體過程為：步驟301、連接實驗設(shè)備：將電流表的正極與交流調(diào)壓電源的正極輸出端連接，將電流表的負極與土樣盒左右兩側(cè)一側(cè)側(cè)壁上的導電片連接，將交流調(diào)壓電源的負極輸出端與土樣盒左右兩側(cè)另一側(cè)側(cè)壁上的導電片連接；并將電壓表的正極與土樣盒左右兩側(cè)一側(cè)側(cè)壁上的導電片連接，將電壓表的負極與土樣盒左右兩側(cè)另一側(cè)側(cè)壁上的導電片連接；將溫度測量儀上連接的溫度測量探頭插入溫度測量探頭孔內(nèi)；步驟302、分別將多個不同初始含水率，溫度處于20℃～40℃之間的土樣放在土樣盒中，用保鮮膜嚴密包裹后置入冷凍溫度為-35℃的冷凍箱內(nèi)；每次置入土樣，都以溫度測量儀檢測到的溫度到達0℃后每降低ΔT2溫度記錄一次溫度測量儀檢測到的溫度T、電壓表的示數(shù)U和電流表的示數(shù)I；再根據(jù)公式計算得到每次記錄的溫度T對應(yīng)的土樣電阻率ρ；其中，ΔT2的取值為1℃～7℃；步驟303、將步驟302中記錄的溫度T和計算得到的土樣電阻率ρ與土樣的初始含水率相對應(yīng)輸入計算機的EXCEL軟件中，形成負溫段不同初始含水率下土樣電阻率與溫度的對應(yīng)關(guān)系表；步驟304、在計算機的EXCEL軟件中，以溫度為橫坐標，土樣電阻率為縱坐標，對步驟303中負溫段不同初始含水率下土樣電阻率與溫度的對應(yīng)關(guān)系表的數(shù)據(jù)進行描點畫圖，繪制出負溫段不同初始含水率下土樣電阻率與溫度關(guān)系曲線圖；步驟305、在計算機的EXCEL軟件中，對步驟304中繪制的負溫段不同初始含水率下土樣電阻率與溫度關(guān)系曲線進行線性函數(shù)、冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)和對數(shù)函數(shù)的曲線擬合，得到多個擬合方程，并將擬合度最接近1的擬合方程確定為負溫段不同初始含水率下土樣電阻率與溫度關(guān)系曲線的擬合方程；步驟四、進行負溫段不同初始含水率下凍土未凍水含量與溫度的關(guān)系推導：將步驟205中確定出的正溫段不同初始含水率下土樣電阻率與土樣含水率關(guān)系曲線的擬合方程與步驟305中確定出的負溫段不同初始含水率下土樣電阻率與溫度關(guān)系曲線的擬合方程進行聯(lián)立，求解出負溫段不同初始含水率下土樣含水率與溫度關(guān)系方程，由于負溫段土樣含水率即為凍土未凍水含量，因此即求解出了負溫段不同初始含水率下凍土未凍水含量與溫度關(guān)系方程；步驟五、建立凍土電阻率和溫度與凍土未凍水含量的關(guān)系模型，具體過程為：步驟501、將步驟303中負溫段不同初始含水率下土樣電阻率與溫度的對應(yīng)關(guān)系表中的溫度數(shù)據(jù)代入步驟四中求解出的負溫段不同初始含水率下凍土未凍水含量與溫度關(guān)系方程中，求解出負溫段不同初始含水率下各個溫度數(shù)據(jù)對應(yīng)的凍土未凍水含量，并將溫度T、土樣電阻率ρ和凍土未凍水含量與土樣的初始含水率相對應(yīng)輸入計算機的EXCEL軟件中，形成負溫段不同初始含水率下土樣電阻率和溫度與凍土未凍水含量的對應(yīng)關(guān)系表；步驟502、根據(jù)步驟501中負溫段不同初始含水率下土樣電阻率和溫度與凍土未凍水含量的對應(yīng)關(guān)系表中的數(shù)據(jù)，在計算機的MATLAB軟件中，繪制出土樣電阻率和溫度與凍土未凍水含量的三維曲面圖，并將繪制出的土樣電阻率和溫度與凍土未凍水含量的三維曲面圖定義為凍土電阻率和溫度與凍土未凍水含量的關(guān)系模型。上述的凍土電阻率和溫度與凍土未凍水含量的關(guān)系模型構(gòu)建方法，其特征在于：步驟二之前還進行烘干條件實驗，測得正溫段土樣電阻率與溫度的關(guān)系，具體過程為：步驟A、連接實驗設(shè)備：將電流表的正極與交流調(diào)壓電源的正極輸出端連接，將電流表的負極與土樣盒左右兩側(cè)一側(cè)側(cè)壁上的導電片連接，將交流調(diào)壓電源的負極輸出端與土樣盒左右兩側(cè)另一側(cè)側(cè)壁上的導電片連接；并將電壓表的正極與土樣盒左右兩側(cè)一側(cè)側(cè)壁上的導電片連接，將電壓表的負極與土樣盒左右兩側(cè)另一側(cè)側(cè)壁上的導電片連接；將溫度測量儀上連接的溫度測量探頭插入溫度測量探頭孔內(nèi)；步驟B、分別將多個不同初始含水率的土樣放在土樣盒中，用保鮮膜嚴密包裹后置入真空干燥箱內(nèi)；每次置入土樣，都操作真空干燥箱的控制面板，使真空干燥箱的溫度從20℃上升到40℃，升溫過程中，每隔ΔT1溫度記錄一次溫度測量儀檢測到的溫度T、電壓表的示數(shù)U和電流表的示數(shù)I；再根據(jù)公式計算得到每次記錄的溫度T對應(yīng)的土樣電阻率ρ；其中，ΔT1的取值為1℃～7℃；步驟C、將步驟B中記錄的溫度T和計算得到的土樣電阻率ρ與土樣的初始含水率相對應(yīng)輸入計算機的EXCEL軟件中，形成正溫段不同初始含水率下土樣電阻率與溫度的對應(yīng)關(guān)系表；步驟D、在計算機的EXCEL軟件中，以溫度為橫坐標，土樣電阻率為縱坐標，對步驟C中正溫段不同初始含水率下土樣電阻率與溫度的對應(yīng)關(guān)系表的數(shù)據(jù)進行描點畫圖，繪制出正溫段不同初始含水率下土樣電阻率與溫度關(guān)系曲線圖。上述的凍土電阻率和溫度與凍土未凍水含量的關(guān)系模型構(gòu)建方法，其特征在于：步驟501所述將步驟303中負溫段不同初始含水率下土樣電阻率與溫度的對應(yīng)關(guān)系表中的溫度數(shù)據(jù)代入步驟四中求解出的負溫段不同初始含水率下凍土未凍水含量與溫度關(guān)系方程中，求解出負溫段不同初始含水率下各個溫度數(shù)據(jù)對應(yīng)的凍土未凍水含量之后，還將溫度T和凍土未凍水含量與土樣的初始含水率相對應(yīng)輸入計算機的EXCEL軟件中，形成負溫段不同初始含水率下溫度和凍土未凍水含量的對應(yīng)關(guān)系表；并在計算機的EXCEL軟件中，以溫度為橫坐標，凍土未凍水含量為縱坐標，對負溫段不同初始含水率下溫度和凍土未凍水含量的對應(yīng)關(guān)系表的數(shù)據(jù)進行描點畫圖，繪制出負溫段不同初始含水率下溫度和凍土未凍水含量關(guān)系曲線圖。上述的凍土電阻率和溫度與凍土未凍水含量的關(guān)系模型構(gòu)建方法，其特征在于：所述導電片為銅片。上述的凍土電阻率和溫度與凍土未凍水含量的關(guān)系模型構(gòu)建方法，其特征在于：所述電子天平的量程為1千克。上述的凍土電阻率和溫度與凍土未凍水含量的關(guān)系模型構(gòu)建方法，其特征在于：步驟202中m的取值為0.5克。上述的凍土電阻率和溫度與凍土未凍水含量的關(guān)系模型構(gòu)建方法，其特征在于：步驟B中所述ΔT1的取值為4℃。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：1、本發(fā)明的方法步驟簡單，實現(xiàn)方便。2、本發(fā)明采用多個初始含水率梯度，進行室內(nèi)試驗和其相互關(guān)系擬合公式的推演，構(gòu)建起了凍土電阻率和溫度與凍土未凍水含量的關(guān)系模型，能夠用于基于凍土電阻率和溫度的凍土未凍水含量測量，能夠?qū)鐾廖磧鏊繖z測的復雜問題簡單化，且測量結(jié)果精確。3、本發(fā)明采用了核磁共振分析與成像系統(tǒng)對同條件下的土樣進行了對比實驗，數(shù)據(jù)表明與本發(fā)明的結(jié)果基本吻合，驗證了本發(fā)明結(jié)果的精確性。4、本發(fā)明的實用性強，使用效果好，便于推廣使用。綜上所述，本發(fā)明的方法步驟簡單，實現(xiàn)方便，能夠?qū)鐾廖磧鏊繖z測的復雜問題簡單化，且測量結(jié)果精確，實用性強，使用效果好，便于推廣使用。下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。附圖說明圖1為本發(fā)明采用的實驗設(shè)備的連接關(guān)系示意圖。圖2為本發(fā)明的方法流程框圖。圖3為本發(fā)明正溫段不同初始含水率下土樣電阻率與溫度關(guān)系曲線圖。圖4為本發(fā)明正溫段不同初始含水率下土樣電阻率與土樣含水率關(guān)系曲線圖。圖5為本發(fā)明負溫段不同初始含水率下土樣電阻率與溫度關(guān)系曲線圖。圖6為本發(fā)明負溫段不同初始含水率下溫度和凍土未凍水含量關(guān)系曲線圖。圖7為本發(fā)明土樣電阻率和溫度與凍土未凍水含量的三維曲面圖。圖8為本發(fā)明NMR法不同初始含水率下土樣氫元素的強度隨溫度變化的關(guān)系曲線圖。圖9為本發(fā)明NMR法負溫段不同初始含水率下溫度和凍土未凍水含量關(guān)系曲線圖。附圖標記說明:1—土樣盒；2—交流調(diào)壓電源；3—電流表；4—電壓表；5—導電片。具體實施方式如圖1所示，本發(fā)明的凍土電阻率和溫度與凍土未凍水含量的關(guān)系模型構(gòu)建方法，包括以下步驟：步驟一、準備實驗設(shè)備，所述實驗設(shè)備包括土樣盒1、交流調(diào)壓電源2、電流表3、電壓表4、真空干燥箱、電子天平、冷凍箱和溫度測量儀，所述溫度測量儀上連接有溫度測量探頭，所述土樣盒1的左右兩側(cè)側(cè)壁上均設(shè)置有能夠與土樣盒1內(nèi)的土樣兩端接觸的導電片5，所述土樣盒1的前壁和/或后壁上設(shè)置有供溫度測量探頭插入的溫度測量探頭孔；步驟二、進行烘干條件實驗，測得正溫段土樣電阻率與瞬時含水率的關(guān)系，具體過程為：步驟201、連接實驗設(shè)備：如圖2所示，將電流表3的正極與交流調(diào)壓電源2的正極輸出端連接，在電流表3的負極上通過導線連接導電片5，在交流調(diào)壓電源2的負極輸出端通過導線連接導電片5；并將電壓表4的正極與與電流表3的負極連接的導電片5連接，將電壓表4的負極與與交流調(diào)壓電源2的負極連接的導電片5連接；具體實施時，導電片5與導線通過錫焊的方式連接；步驟202、將電子天平放入溫度不超過40℃的真空干燥箱內(nèi)，并在電子天平上放上土樣支架，將此時電子天平的讀數(shù)記錄為土樣支架的質(zhì)量，再分別將多個不同初始含水率的土樣放在土樣盒1中，待土樣穩(wěn)定成型后去除土樣盒1，通過皮筋將與電流表3的負極連接的導電片5和與交流調(diào)壓電源2的負極連接的導電片5分別固定在土樣左右兩側(cè)，然后將土樣置入真空干燥箱內(nèi)并放在土樣支架上；每次置入土樣，都將置入土樣時電子天平的讀數(shù)記錄為土樣初始質(zhì)量，并以電子天平讀數(shù)每減少m質(zhì)量為一個記錄點記錄瞬時質(zhì)量、電壓表4的示數(shù)U和電流表3的示數(shù)I；再根據(jù)公式計算得到土樣含水率θ；并根據(jù)公式計算得到每次記錄的土樣含水率θ對應(yīng)的土樣電阻率ρ；其中，C為干土的質(zhì)量且A為土樣初始質(zhì)量，B為土樣支架的質(zhì)量，D為記錄點記錄的瞬時質(zhì)量，w為土樣的初始含水率；L為土樣盒6的長度，S為土樣盒6左側(cè)面或右側(cè)面的面積；具體實施時，所述土樣支架為玻璃支架，通過設(shè)置玻璃支架，并待土樣穩(wěn)定成型后去除土樣盒1，避免了土樣只有上表面裸露在真空干燥箱內(nèi)烘干不均勻的問題，使得土樣能夠均勻烘干，從而能夠測得較為準確科學的土樣含水率；步驟203、將步驟202中計算得到的土樣含水率θ和土樣電阻率ρ與土樣的初始含水率相對應(yīng)輸入計算機的EXCEL軟件中，形成正溫段不同初始含水率下土樣電阻率與土樣含水率的對應(yīng)關(guān)系表；步驟204、在計算機的EXCEL軟件中，以土樣含水率為橫坐標，土樣電阻率為縱坐標，對步驟203中正溫段不同初始含水率下土樣電阻率與土樣含水率的對應(yīng)關(guān)系表的數(shù)據(jù)進行描點畫圖，繪制出正溫段不同初始含水率下土樣電阻率與土樣含水率關(guān)系曲線圖；步驟205、在計算機的EXCEL軟件中，對步驟204中繪制的正溫段不同初始含水率下土樣電阻率與土樣含水率關(guān)系曲線進行線性函數(shù)、冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)和對數(shù)函數(shù)的曲線擬合，得到多個擬合方程，并將擬合度最接近1的擬合方程確定為正溫段不同初始含水率下土樣電阻率與土樣含水率關(guān)系曲線的擬合方程；步驟三、進行冷凍條件實驗，測得負溫段土樣電阻率與溫度的關(guān)系，具體過程為：步驟301、連接實驗設(shè)備：如圖2所示，將電流表3的正極與交流調(diào)壓電源2的正極輸出端連接，將電流表3的負極與土樣盒1左右兩側(cè)一側(cè)側(cè)壁上的導電片5連接，將交流調(diào)壓電源2的負極輸出端與土樣盒1左右兩側(cè)另一側(cè)側(cè)壁上的導電片5連接；并將電壓表4的正極與土樣盒1左右兩側(cè)一側(cè)側(cè)壁上的導電片5連接，將電壓表4的負極與土樣盒1左右兩側(cè)另一側(cè)側(cè)壁上的導電片5連接；將溫度測量儀上連接的溫度測量探頭插入溫度測量探頭孔內(nèi)；步驟302、分別將多個不同初始含水率，溫度處于20℃～40℃之間的土樣放在土樣盒1中，用保鮮膜嚴密包裹后置入冷凍溫度為-35℃的冷凍箱內(nèi)；每次置入土樣，都以溫度測量儀檢測到的溫度到達0℃后每降低ΔT2溫度記錄一次溫度測量儀檢測到的溫度T、電壓表4的示數(shù)U和電流表3的示數(shù)I；再根據(jù)公式計算得到每次記錄的溫度T對應(yīng)的土樣電阻率ρ；其中，ΔT2的取值為1℃～7℃；步驟303、將步驟302中記錄的溫度T和計算得到的土樣電阻率ρ與土樣的初始含水率相對應(yīng)輸入計算機的EXCEL軟件中，形成負溫段不同初始含水率下土樣電阻率與溫度的對應(yīng)關(guān)系表；步驟304、在計算機的EXCEL軟件中，以溫度為橫坐標，土樣電阻率為縱坐標，對步驟303中負溫段不同初始含水率下土樣電阻率與溫度的對應(yīng)關(guān)系表的數(shù)據(jù)進行描點畫圖，繪制出負溫段不同初始含水率下土樣電阻率與溫度關(guān)系曲線圖；步驟305、在計算機的EXCEL軟件中，對步驟304中繪制的負溫段不同初始含水率下土樣電阻率與溫度關(guān)系曲線進行線性函數(shù)、冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)和對數(shù)函數(shù)的曲線擬合，得到多個擬合方程，并將擬合度最接近1的擬合方程確定為負溫段不同初始含水率下土樣電阻率與溫度關(guān)系曲線的擬合方程；步驟四、進行負溫段不同初始含水率下凍土未凍水含量與溫度的關(guān)系推導：將步驟205中確定出的正溫段不同初始含水率下土樣電阻率與土樣含水率關(guān)系曲線的擬合方程與步驟305中確定出的負溫段不同初始含水率下土樣電阻率與溫度關(guān)系曲線的擬合方程進行聯(lián)立，求解出負溫段不同初始含水率下土樣含水率與溫度關(guān)系方程，由于負溫段土樣含水率即為凍土未凍水含量，因此即求解出了負溫段不同初始含水率下凍土未凍水含量與溫度關(guān)系方程；步驟五、建立凍土電阻率和溫度與凍土未凍水含量的關(guān)系模型，具體過程為：步驟501、將步驟303中負溫段不同初始含水率下土樣電阻率與溫度的對應(yīng)關(guān)系表中的溫度數(shù)據(jù)代入步驟四中求解出的負溫段不同初始含水率下凍土未凍水含量與溫度關(guān)系方程中，求解出負溫段不同初始含水率下各個溫度數(shù)據(jù)對應(yīng)的凍土未凍水含量，并將溫度T、土樣電阻率ρ和凍土未凍水含量與土樣的初始含水率相對應(yīng)輸入計算機的EXCEL軟件中，形成負溫段不同初始含水率下土樣電阻率和溫度與凍土未凍水含量的對應(yīng)關(guān)系表；步驟502、根據(jù)步驟501中負溫段不同初始含水率下土樣電阻率和溫度與凍土未凍水含量的對應(yīng)關(guān)系表中的數(shù)據(jù)，在計算機的MATLAB軟件中，繪制出土樣電阻率和溫度與凍土未凍水含量的三維曲面圖，并將繪制出的土樣電阻率和溫度與凍土未凍水含量的三維曲面圖定義為凍土電阻率和溫度與凍土未凍水含量的關(guān)系模型。本實施例中，步驟二之前還進行烘干條件實驗，測得正溫段土樣電阻率與溫度的關(guān)系，具體過程為：步驟A、連接實驗設(shè)備：如圖2所示，將電流表3的正極與交流調(diào)壓電源2的正極輸出端連接，將電流表3的負極與土樣盒1左右兩側(cè)一側(cè)側(cè)壁上的導電片5連接，將交流調(diào)壓電源2的負極輸出端與土樣盒1左右兩側(cè)另一側(cè)側(cè)壁上的導電片5連接；并將電壓表4的正極與土樣盒1左右兩側(cè)一側(cè)側(cè)壁上的導電片5連接，將電壓表4的負極與土樣盒1左右兩側(cè)另一側(cè)側(cè)壁上的導電片5連接；將溫度測量儀上連接的溫度測量探頭插入溫度測量探頭孔內(nèi)；步驟B、分別將多個不同初始含水率的土樣放在土樣盒1中，用保鮮膜嚴密包裹后置入真空干燥箱內(nèi)；每次置入土樣，都操作真空干燥箱的控制面板，使真空干燥箱的溫度從20℃上升到40℃，升溫過程中，每隔ΔT1溫度記錄一次溫度測量儀檢測到的溫度T、電壓表4的示數(shù)U和電流表3的示數(shù)I；再根據(jù)公式計算得到每次記錄的溫度T對應(yīng)的土樣電阻率ρ；其中，ΔT1的取值為1℃～7℃；采用保鮮膜嚴密包裹能夠防止土樣水分揮發(fā)，提高測量精度；步驟C、將步驟B中記錄的溫度T和計算得到的土樣電阻率ρ與土樣的初始含水率相對應(yīng)輸入計算機的EXCEL軟件中，形成正溫段不同初始含水率下土樣電阻率與溫度的對應(yīng)關(guān)系表；步驟D、在計算機的EXCEL軟件中，以溫度為橫坐標，土樣電阻率為縱坐標，對步驟C中正溫段不同初始含水率下土樣電阻率與溫度的對應(yīng)關(guān)系表的數(shù)據(jù)進行描點畫圖，繪制出正溫段不同初始含水率下土樣電阻率與溫度關(guān)系曲線圖。通過測得正溫段土樣電阻率與溫度的關(guān)系，能夠得出結(jié)論：正溫段溫度對土樣電阻率影響不大，因此在后續(xù)步驟中，通過正溫段不同初始含水率下土樣電阻率與土樣含水率關(guān)系曲線的擬合方程與負溫段不同初始含水率下土樣電阻率與溫度關(guān)系曲線的擬合方程聯(lián)立，就能夠確定出較為精確的負溫段不同初始含水率下凍土未凍水含量與溫度關(guān)系方程。本實施例中，步驟501所述將步驟303中負溫段不同初始含水率下土樣電阻率與溫度的對應(yīng)關(guān)系表中的溫度數(shù)據(jù)代入步驟四中求解出的負溫段不同初始含水率下凍土未凍水含量與溫度關(guān)系方程中，求解出負溫段不同初始含水率下各個溫度數(shù)據(jù)對應(yīng)的凍土未凍水含量之后，還將溫度T和凍土未凍水含量與土樣的初始含水率相對應(yīng)輸入計算機的EXCEL軟件中，形成負溫段不同初始含水率下溫度和凍土未凍水含量的對應(yīng)關(guān)系表；并在計算機的EXCEL軟件中，以溫度為橫坐標，凍土未凍水含量為縱坐標，對負溫段不同初始含水率下溫度和凍土未凍水含量的對應(yīng)關(guān)系表的數(shù)據(jù)進行描點畫圖，繪制出負溫段不同初始含水率下溫度和凍土未凍水含量關(guān)系曲線圖。本實施例中，所述導電片5為銅片。本實施例中，所述電子天平的量程為1千克。本實施例中，步驟202中m的取值為0.5克。本實施例中，步驟B中所述ΔT1的取值為4℃。為了驗證本發(fā)明能夠產(chǎn)生的效果，依據(jù)本發(fā)明的方法步驟進行了實驗，實驗時，選取同一種土控制土樣礦物成分一樣，采用相同成分的自來水進行土樣不同初始含水率的配置以保證孔隙水自身電阻率相同，根據(jù)土工試驗手冊的壓實要求結(jié)合土樣盒1尺寸大小做到對孔隙率進行控制。實驗所采用的土的主要物理指標如表1所示：表1實驗用土的主要物理指標名稱質(zhì)地容重/g·cm-3粒徑/mm干密度/g·cm-3均勻細數(shù)曲率系數(shù)黃土粘土1.50.011.63.50.94實驗中的交流調(diào)壓電源2的型號為STG-500W，調(diào)節(jié)交流調(diào)壓電源2的輸出為100V交流電；導電片5為銅片，電子天平的量程為1千克；步驟二之前進行烘干條件實驗，測得正溫段土樣電阻率與溫度的關(guān)系時，步驟B中多個不同初始含水率的土樣的含水率分別為25％、20％、14％、10％和5％，ΔT1的取值為4℃，L的取值為0.15m，S的取值為0.0025m2；選取步驟C中形成的正溫段不同初始含水率下土樣電阻率(單位為Ω·m)與溫度(單位為℃)的對應(yīng)關(guān)系表中的部分數(shù)據(jù)如表2所示：表2正溫段不同初始含水率下土樣電阻率與溫度的對應(yīng)關(guān)系表步驟D中繪制出的正溫段不同初始含水率下土樣電阻率與溫度關(guān)系曲線圖如圖3所示。步驟二中進行烘干條件實驗，測得正溫段土樣電阻率與瞬時含水率的關(guān)系時，步驟202中多個不同初始含水率的土樣的含水率分別為25％、20％、14％、10％和5％，m的取值為0.5克，L的取值為0.15m，S的取值為0.0025m2；選取步驟203中形成的正溫段不同初始含水率下土樣電阻率(單位為Ω·m)與土樣含水率(單位為％)的對應(yīng)關(guān)系表中的部分數(shù)據(jù)如表3所示：表3正溫段不同初始含水率下土樣電阻率與土樣含水率的對應(yīng)關(guān)系表步驟204中繪制出的正溫段不同初始含水率下土樣電阻率與土樣含水率關(guān)系曲線圖如圖4所示。步驟205中確定出的正溫段不同初始含水率下土樣電阻率與土樣含水率關(guān)系曲線的擬合方程如表4所示：表4不同初始含水率下土樣電阻率與土樣含水率關(guān)系曲線的擬合方程表土樣擬合方程擬合度R2初始含水率25％ρ＝5557.4θ-1.4760.9281初始含水率20％ρ＝4181.7θ-1.2960.8825初始含水率14％ρ＝4751.9θ-1.2160.8967初始含水率10％ρ＝5176.1θ-0.9910.9123初始含水率5％ρ＝6361.2θ-0.8020.9421步驟三中進行冷凍條件實驗，測得負溫段土樣電阻率與溫度的關(guān)系時，步驟302中多個不同初始含水率的土樣的含水率分別為25％、20％、14％、10％和5％，ΔT2的取值為2℃，S的取值為0.0025m2；選取步驟303中形成的負溫段不同初始含水率下土樣電阻率(單位為Ω·m)與溫度(單位為℃)的對應(yīng)關(guān)系表中的部分數(shù)據(jù)如表5所示：表5負溫段不同初始含水率下土樣電阻率與溫度的對應(yīng)關(guān)系表步驟304中繪制出的負溫段不同初始含水率下土樣電阻率與溫度關(guān)系曲線圖如圖5所示。步驟305中確定出的負溫段不同初始含水率下土樣電阻率與溫度關(guān)系曲線的擬合方程如表6所示：表6負溫段不同初始含水率下土樣電阻率與溫度關(guān)系曲線的擬合方程表試樣擬合方程擬合度R2初始含水率5％ρ＝2376.2e-0.127T0.9763初始含水率10％ρ＝1818.6e-0.134T0.9798初始含水率14％ρ＝1532.6e-0.138T0.9788初始含水率20％ρ＝1254.1e-0.139T0.9733初始含水率25％ρ＝1154.2e-0.143T0.9743步驟四中求解出的負溫段不同初始含水率下凍土未凍水含量與溫度關(guān)系方程如表7所示：表7負溫段不同初始含水率下凍土未凍水含量與溫度關(guān)系方程表試樣擬合方程擬合度R2初始含水率5％θ＝4.096e0.1568T0.9421初始含水率10％θ＝6.663e0.1695T0.9266初始含水率14％θ＝6.869e0.1569T0.8904初始含水率20％θ＝8.858e0.1683T0.8772初始含水率25％θ＝9.570e0.1675T0.8587步驟五中建立凍土電阻率和溫度與凍土未凍水含量的關(guān)系模型時，選取步驟501中形成的負溫段不同初始含水率下溫度(單位為℃)和凍土未凍水含量(單位為％)的對應(yīng)關(guān)系表中的部分數(shù)據(jù)如表8所示：表8負溫段不同初始含水率下溫度和凍土未凍水含量的對應(yīng)關(guān)系表步驟501中繪制出的負溫段不同初始含水率下溫度和凍土未凍水含量關(guān)系曲線圖如圖6所示。選取步驟501中形成的負溫段不同初始含水率下土樣電阻率(單位為Ω·m)和溫度(單位為℃)與凍土未凍水含量(單位為％)的對應(yīng)關(guān)系表中的部分數(shù)據(jù)如表9所示：表9負溫段不同初始含水率下土樣電阻率和溫度與凍土未凍水含量的對應(yīng)關(guān)系表步驟502中在計算機的MATLAB軟件中，繪制出土樣電阻率和溫度與凍土未凍水含量的三維曲面圖所采用的MATLAB程序為：θ＝[2512.265.282.302.841.861.76209.014.912.481.951.701.50148.993.772.391.831.571.37106.732.371.731.531.461.2653.941.601.611.211.291.09]T＝[0-1-5-8-10-15-200-1-5-8-10-15-200-1-5-8-10-15-200-1-5-8-10-15-200-1-5-8-10-15-20]ρ＝[8871550375451688985134541941798416713862536191941252120436119723664325568510675165212526514532874467862171294718611273921973397751657213156752232131292][X,Y]＝meshgrid(0:0.01:0.3,-20:1:0)Z＝griddata(θ,T,ρ,X,Y)surf(X,Y,Z)步驟502中繪制出土樣電阻率和溫度與凍土未凍水含量的三維曲面圖如圖7所示。為了評定本發(fā)明的方法的可靠性，采用NMR法對上述實驗得到的結(jié)論進行驗證。具體過程為：采用配置有溫度測控系統(tǒng)的MacroMR12-150H-1核磁共振分析與成像系統(tǒng)進行與上述實驗同樣初始含水率梯度下凍土未凍水含量隨溫度變化關(guān)系的測定，具體來說，預(yù)先配置好5組初始含水率分別為5％、10％、14％、20％、25％的土樣在冷凍箱中凍結(jié)，調(diào)節(jié)冷凍箱溫度，使土樣在每個測定溫度段溫度保持30分鐘，使其充分凍結(jié)。對土樣進行測定時，通過核磁共振分析與成像系統(tǒng)記錄氫元素的強度，通過溫度測控系統(tǒng)記錄溫度，并將記錄的溫度和氫元素的強度相對應(yīng)輸入計算機的EXCEL軟件中，形成不同初始含水率下土樣溫度和氫元素的強度的對應(yīng)關(guān)系表；再在計算機的EXCEL軟件中，以溫度為橫坐標，氫元素的強度為縱坐標，對不同初始含水率下土樣溫度和氫元素的強度的對應(yīng)關(guān)系表的數(shù)據(jù)進行描點畫圖，繪制出NMR法不同初始含水率下土樣氫元素的強度隨溫度變化的關(guān)系曲線圖如圖8所示；再在計算機的EXCEL軟件中，對不同初始含水率下土樣氫元素的強度隨溫度變化的關(guān)系曲線圖中的正溫段進行線性函數(shù)擬合，得到正溫段不同初始含水率下土樣氫元素的強度隨溫度變化的關(guān)系曲線的擬合方程如表10所示：表10正溫段不同初始含水率下土樣氫元素的強度(Ys)隨溫度(T)變化的關(guān)系曲線的擬合方程表試樣擬合方程擬合度R2初始含水率5％Ys＝-1.563T+2569.50.1381初始含水率10％Ys＝-1.037T+4635.70.0284初始含水率14％Ys＝-136.28T+8304.30.8369初始含水率20％Ys＝-146.3T+8921.90.9746初始含水率25％Ys＝-263.27T+151410.9386根據(jù)公式將正溫段不同初始含水率下土樣氫元素的強度隨溫度變化的關(guān)系曲線的擬合方程轉(zhuǎn)換為不同初始含水率下凍土未凍水含量與溫度關(guān)系方程；其中，w為土樣的初始含水率，θ為凍土未凍水含量，Ys為將某溫度值帶入擬合方程得到的土樣氫元素的強度，Yn為某溫度下采用核磁共振分析與成像系統(tǒng)記錄的氫元素的強度；再將溫度帶入不同初始含水率下凍土未凍水含量與溫度關(guān)系方程中，求解出各個溫度數(shù)據(jù)對應(yīng)的凍土未凍水含量，并將溫度和凍土未凍水含量與土樣的初始含水率相對應(yīng)輸入計算機的EXCEL軟件中，形成負溫段不同初始含水率下溫度和凍土未凍水含量的對應(yīng)關(guān)系表；并在計算機的EXCEL軟件中，以溫度為橫坐標，凍土未凍水含量為縱坐標，對負溫段不同初始含水率下溫度和凍土未凍水含量的對應(yīng)關(guān)系表的數(shù)據(jù)進行描點畫圖，繪制出NMR法負溫段不同初始含水率下溫度和凍土未凍水含量關(guān)系曲線圖如圖9所示。對比圖9和圖6可以看出，通過本發(fā)明的方法繪制出的負溫段不同初始含水率下溫度和凍土未凍水含量關(guān)系曲線圖與采用NMR法繪制出的負溫段不同初始含水率下溫度和凍土未凍水含量關(guān)系曲線圖曲線基本一致，說明本發(fā)明方法的精確度能夠滿足實際使用需求。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。