專利名稱：一種用于土柱試驗的tdr測試裝置及使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境巖土工程的技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種用于土柱試驗的TDR 測試裝置及使用方法。
背景技術(shù)：
由于工業(yè)污染、生活污水排放以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)化肥過度使用等原因?qū)е峦寥篮偷叵滤馐車?yán)重污染，隨著降雨和地下水的流動，許多污染成份隨之在土壤中遷移，并逐步侵蝕建筑物地基和基礎(chǔ)，對建筑物的安全造成了巨大威脅。因此，研究污染溶質(zhì)在土壤中的運移成了環(huán)境巖土工程的重要課題，這對于如何采取相應(yīng)的防滲和防腐措施都具有重要指導(dǎo)意義。土柱試驗是開展土壤溶質(zhì)運移研究的主要方法，是獲得穿透曲線的重要手段。所謂土柱法，首先將土壤裝入土樣筒中，其次用去離子水飽和土樣，然后用示蹤劑溶液連續(xù)恒定注入土樣中，最后定量分析示蹤劑溶液在土樣中運移時通過土樣筒出口截面的相對濃度與時間的關(guān)系曲線，此曲線即是穿透曲線。根據(jù)穿透曲線，可以得出溶質(zhì)運移的關(guān)鍵參數(shù)(如彌散系數(shù)、孔隙水平均流速、延遲因子等)，這些參數(shù)是表征介質(zhì)水動力學(xué)特征的綜合物理量， 是研究可溶性物質(zhì)在多孔介質(zhì)中遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律及預(yù)測評價污染物時空分布的基礎(chǔ)。因此， 獲得穿透曲線的關(guān)鍵就是獲得土樣筒出口截面的溶質(zhì)相對濃度，目前廣泛使用化學(xué)實驗的方法得到相對濃度。這具有以下不足(1)化學(xué)實驗受人為操作的影響較大，因此其精度較差；( 化學(xué)試驗得到結(jié)果的時間明顯滯后，不能隨著溶質(zhì)運移的過程同步觀測；C3)每個數(shù)據(jù)點都需要在土樣筒出口截面收集足夠多的溶液進(jìn)行濃度分析，而整個實驗過程類似的重復(fù)性工作會花費很多時間，效率很低，數(shù)據(jù)點的數(shù)量有限，也增加了誤差的幾率；(4)長期接觸化學(xué)試劑不利于人體健康。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種準(zhǔn)確、便捷、環(huán)保的適用于土柱試驗的 TDR測試裝置及使用方法，其技術(shù)方案如下一種用于土柱試驗的TDR測試裝置，主要包括TDR傳感器土樣筒1、通道選擇器8、 TDR測試議9和計算機(jī)10，所述TDR傳感器土樣筒1設(shè)有示蹤劑溶液流入端口 2和示蹤劑溶液流出端口 3，示蹤劑溶液流入端口 2下方設(shè)有示蹤劑溶液流入端TDR傳感器4，示蹤劑溶液流出端口 3上方設(shè)有示蹤劑溶液流出端TDR傳感器5，示蹤劑溶液流入端TDR傳感器 4、示蹤劑溶液流出端TDR傳感器5分別通過電纜6、電纜7與通道選擇器8連接。進(jìn)一步優(yōu)選，所述示蹤劑溶液流入端TDR傳感器4包括3個探針11、12、13，示蹤劑溶液流出端TDR傳感器5包括3個探針14、15、16。進(jìn)一步優(yōu)選，所述示蹤劑溶液流入端TDR傳感器4及示蹤劑溶液流出端TDR傳感器5的個數(shù)分別為1。本發(fā)明也可以通過以下方式實現(xiàn)，所述示蹤劑溶液流入端TDR傳感器4及示蹤劑溶液流出端TDR傳感器5的個數(shù)分別為2，2個TDR傳感器垂直排列。本發(fā)明也可以通過以下方式實現(xiàn)，所述示蹤劑溶液流入端TDR傳感器4及示蹤劑溶液流出端TDR傳感器5的個數(shù)分別為3，3個TDR傳感器互相夾角120度。
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進(jìn)一步優(yōu)選，所述探針(11、12、13、14、15、16)的材料均為不銹鋼。本發(fā)明也可以通過以下方式實現(xiàn)，所述示蹤劑溶液流入端口 2和示蹤劑溶液流出端口 3之間的TDR傳感器大于2層。本發(fā)明一種用于土柱試驗的TDR測試裝置及使用方法，所述TDR傳感器土樣筒1 的材料為有機(jī)玻璃。一種用于土柱試驗的TDR測試裝置的使用方法，包括以下步驟A. 土壤按照實驗要求裝入TDR傳感器土樣筒1后，首先從示蹤劑溶液流入端口 2 注入去離子水使土樣飽和，此時示蹤劑溶液流入端TDR傳感器4通過探針11、12、13發(fā)射并接收反射信號，通過電纜6輸入通道選擇器8，通道選擇器8把反射信號傳遞給TDR測試儀9獲得反射波形，然后輸入到計算機(jī)10中，計算機(jī)1)根據(jù)式Zmin = ZT,fflin-Zcable. ZT,min = Z0(l+ P min) / (I" P min) > P fflin = (Vfflin-V0) /V0運算得到土樣的Zfflin值并存儲等待進(jìn)一步運算；B.然后從示蹤劑溶液流入端口 2注入示蹤劑溶液，示蹤劑溶液從上往下流動，逐漸從示蹤劑溶液流出端口 3流出，隨著時刻t的增加，示蹤劑溶液流出端口 3的示蹤劑溶液濃度逐漸增大，此時示蹤劑溶液流出端TDR傳感器5通過探針14、15、16發(fā)射并接收反射信號，通過連接示蹤劑溶液流出端TDR傳感器5的電纜7輸入通道選擇器8，通道選擇器8把反射信號傳遞給TDR測試儀9獲得反射波形，然后輸入到計算機(jī)10中，計算機(jī)10根據(jù)式Zt =ZT,t-Zcable.ZT,t = Z0(l+pt)/(l-pt),pt= (Vt-Vtl)/V。運算得到土樣的 Zt 值并存儲等待進(jìn)一步運算；C.隨著示蹤劑溶液從上往下流動，示蹤劑溶液流出端口 3的示蹤劑溶液濃度達(dá)到最大值并趨于穩(wěn)定，示蹤劑溶液流出端口 3的示蹤劑溶液濃度不斷變化，此時示蹤劑溶液流出端TDR傳感器5通過探針14、15、16發(fā)射并接收反射信號，通過連接傳感器5的電纜7 輸入通道選擇器8，通道選擇器8把反射信號傳遞給TDR測試儀9獲得反射波形，然后輸入到計算機(jī) 10 中，計算機(jī) 10 根據(jù)式 Zmax = ZT,max-Zcable.ZT,max = Z0 (1+Pfflax)/(I-Pfflax)、P max = (Vfflax-V0) /V0運算得到土樣的Zmax值并存儲等待進(jìn)一步運算；D.計算機(jī)10禾Ij用存儲的Zmin、Zmax、Zt， 根據(jù)式
相對濃度
權(quán)利要求
1.一種用于土柱試驗的TDR測試裝置，主要包括TDR傳感器土樣筒(1)、通道選擇器 (8)、TDR測試議(9)和計算機(jī)(10)，其特征在于，所述TDR傳感器土樣筒(1)設(shè)有示蹤劑溶液流入端口( 和示蹤劑溶液流出端口(3)，示蹤劑溶液流入端口( 下方設(shè)有示蹤劑溶液流入端TDR傳感器G)，示蹤劑溶液流入端口( 上方設(shè)有示蹤劑溶液流出端TDR傳感器(5)，示蹤劑溶液流入端TDR傳感器G)、示蹤劑溶液流出端TDR傳感器(5)分別通過電纜(6)、電纜(7)與通道選擇器⑶連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于土柱試驗的TDR測試裝置，其特征在于，所述示蹤劑溶液流入端TDR傳感器(4)包括3個探針(11、12、13)，示蹤劑溶液流出端TDR傳感器TDR傳感器5包括3個探針(14、15、16)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于土柱試驗的TDR測試裝置，其特征在于，所述示蹤劑溶液流入端TDR傳感器(4)及示蹤劑溶液流出端TDR傳感器(5)的個數(shù)分別為1。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于土柱試驗的TDR測試裝置，其特征在于，所述示蹤劑溶液流入端TDR傳感器(4)及示蹤劑溶液流出端TDR傳感器( 的個數(shù)分別為2，2個TDR傳感器垂直排列。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于土柱試驗的TDR測試裝置，其特征在于，所述示蹤劑溶液流入端TDR傳感器(4)及示蹤劑溶液流出端TDR傳感器(5)的個數(shù)分別為3，3個TDR傳感器互相夾角120度。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于土柱試驗的TDR測試裝置，其特征在于，所述探針(11、 12、13、14、15、16)的材料均為不銹鋼。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于土柱試驗的TDR測試裝置，其特征在于，所述示蹤劑溶液流入端口 2和示蹤劑溶液流出端口 3之間的TDR傳感器大于2層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項所述的用于土柱試驗的TDR測試裝置，其特征在于，所述 TDR傳感器土樣筒的材料為有機(jī)玻璃。
9.一種權(quán)利要求1-8所述的用于土柱試驗的TDR測試裝置的使用方法，其特征在于，包括以下步驟A.土壤按照實驗要求裝入TDR傳感器土樣筒(1)后，首先從示蹤劑溶液流入端口(2) 注入去離子水使土樣飽和，此時示蹤劑溶液流入端TDR傳感器4通過探針(11、12、13)發(fā)射并接收反射信號，通過電纜(6)輸入通道選擇器(8)，通道選擇器(8)把反射信號傳遞給 TDR測試儀(9)獲得反射波形，然后輸入到計算機(jī)(10)中，計算機(jī)(10)根據(jù)式Zmin = Zt, min-Zcable> ZT,min = Z0 (1+ P min) / (1-P min)、P min = (Vfflin-V0) /V0 運算得到土樣的 Zmin 值并存儲等待進(jìn)一步運算；B.然后從示蹤劑溶液流入端口( 注入示蹤劑溶液，示蹤劑溶液從上往下流動，逐漸從示蹤劑溶液流出端口(3)流出，隨著時刻t的增加，示蹤劑溶液流出端口(3)的示蹤劑溶液濃度逐漸增大，此時示蹤劑溶液流出端TDR傳感器( 通過探針(14、15、16)發(fā)射并接收反射信號，通過連接示蹤劑溶液流出端TDR傳感器(5)的電纜(7)輸入通道選擇器(8)，通道選擇器(8)把反射信號傳遞給TDR測試儀(9)獲得反射波形，然后輸入到計算機(jī)(10)中， 計算機(jī)(10)根據(jù)式 Zt = ZT, t-Zcable, ZT, t = Z0(l+Pt)/(1-Pt), Pt= (Vt-V0) /V0 運算得到土樣的Zt值并存儲等待進(jìn)一步運算；C.隨著示蹤劑溶液從上往下流動，示蹤劑溶液流出端口( 的示蹤劑溶液濃度達(dá)到最大值并趨于穩(wěn)定，示蹤劑溶液流出端口( 的示蹤劑溶液濃度不斷變化，此時示蹤劑溶液流出端TDR傳感器( 通過探針(14、15、16)發(fā)射并接收反射信號，通過連接傳感器5的電纜7輸入通道選擇器(8)，通道選擇器(8)把反射信號傳遞給TDR測試儀(9)獲得反射波形，然后輸入到計算機(jī)(10)中，計算機(jī)(10)根據(jù)式Zmax = ZT,max-Zcable.ZT,max = Z0(1+Pfflax)/(I" P _) > Pmax= (Vfflax-V0) /V0運算得到土樣的Zmax值并存儲等待進(jìn)一步運算；D.計算機(jī)(10)禾Ij用存儲的Zmin、Zmax、Zt， 根據(jù)式-1 一 1相對濃度~_σ,η η = t 便可以計算任意t時刻TDR傳感器土樣筒^O^max ^min ^max ^min(ι)出口截面示蹤劑溶液的相對濃度，進(jìn)一步畫出穿透曲線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于土柱試驗的TDR測試裝置，主要包括TDR傳感器土樣筒(1)、通道選擇器(8)、TDR測試議(9)和計算機(jī)(10)，其特征在于，所述TDR傳感器土樣筒(1)設(shè)有示蹤劑溶液流入端口(2)和示蹤劑溶液流出端口(3)，示蹤劑溶液流入端口(2)下方設(shè)有示蹤劑溶液流入端TDR傳感器(4)，示蹤劑溶液流入端口(3)上方設(shè)有示蹤劑溶液流出端TDR傳感器(5)，示蹤劑溶液流入端TDR傳感器(4)、示蹤劑溶液流出端TDR傳感器(5)分別通過電纜(6)、電纜(7)與通道選擇器(8)連接。同時提供了該裝置的使用方法，其具有準(zhǔn)確、便捷、環(huán)保的特點，廣泛適用于環(huán)境巖土工程的技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號G01N27/04GK102411017SQ201110208289
公開日2012年4月11日 申請日期2011年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月25日
發(fā)明者呂永康, 楊國輝, 董曉強 申請人:太原理工大學(xué)