[发明专利]一种评价非饱和土渗透系数的电阻率成像固结仪

说明书

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，尤其涉及用于评价非饱和土渗透系数的电阻率成像固结仪。 

背景技术

随着我国经济的发展，城市地下水资源污染问题日益严重。污染物往往由地表浅部非饱和土向饱和土运移，因此，污染物运移规律的研究首先需要确定非饱和土的渗流特征。非饱和土中渗流特征通常可通过直接试验方法和间接方法获得，直接试验方法包括了现场试验和室内试验。现场试验如张力入渗仪试验适用范围局限在地表以上较浅的区域，且测试时间长，工作量大。室内试验方法通常采用固结试验或常水头与变水头试验测定土的渗透系数，这一方法将所有室内试样视为均质、各向同性的单元，忽视了重塑过程对试样各向异性的影响，且试样体积小，尺寸效应使得测得的非饱和土渗流特征可靠性不强。最新的研究趋势为采用间接方法来评价非饱和土的渗透特征，其中最为常用和简便的是数值反演方法。数值反演方法首先假定和渗透系数函数k可以近似采用若干个有限未知参数的解析式来表达，赋予这些未知参数初值，然后把赋予了初值的k代入表征瞬时流的控制方程，并联合试验可控制的边界条件和初始条件，形成可完整描述渗流状态的数学模型，最终求解该数学模型。将渗流方程的解与试验观测值进行对比和分析，改进和优化未知参数的赋值，重复上述步骤，直至模拟值与实测值之间的误差达到最小，从而确定k的表达式。数值反演方法同样需要进行室内模型试验或现场试验，以提供实际观测值作为对比。电阻率成像技术是一种新兴的试验技术，通过测试土体的电阻率值反映土的性质，由于具有快速、可靠、成本低廉等优点而得到快速发展，可用于污染物分布范围监控、污染程度划分、土体各向异性鉴别以及地基处理质量评价等领域。固结试验中随着荷载的作用，孔隙水流出，孔隙体积发生改变，土的电阻率也随之改变，因此可利用电阻率的改变反演得到土体渗透系数。利用数值反演方法和电阻率成像技术，结合室内常规固结仪，本发明提出了一个可利用数值反演方法来评价非饱和土渗流特征的电阻率成像固结仪。 

发明内容

发明目的：为克服上述存在的问题和缺陷，本发明提出了一种可用于评价非饱和土渗透系数的电阻率成像固结仪。 

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种评价非饱和土渗透系数的电阻率成像固结仪，包括顶盖、侧环和底盘，所述侧环设在底盘上，所述顶盖套入侧环内，其中：所述顶盖的上部为不锈钢盖，下部为塑料圆柱体，所述塑料圆柱体内均匀分布有多个铜电极，同时还设有弯曲元和检波仪，所述塑料圆柱体设有排水通道和排水同心圆环，所述排水同心圆环与排水通道连通；所述侧环为内衬有塑料圆环的不锈钢环，同时侧环的侧壁上等间距的设有多个铜电极；所述底盘包括不锈钢桶和设在不锈钢桶内壁的塑料内衬，所述塑料内衬同样设有铜电极、弯曲元、检波仪和排水同心圆环，并分别与塑料圆柱体中的铜电极、弯曲元、检波仪和排水同心圆环相对应；同时所述塑料内衬还设有排水通道，该排水通道与排水同心圆相连通。 

进一步改进，所述铜电极包括铜制电极棒、聚酰胺纤维塑料套、不锈钢柄和导线，所述铜制电极棒尾端与导线相连，所述聚酰胺纤维塑料套套在铜制电极棒上，所述导线埋入不锈钢柄中并留有引线；同时铜制电极棒与聚酰胺塑料套之间设有密封圈。 

进一步的，所述顶盖和底盘分别设有13个铜电极，且其中8个铜电极分别均匀分布在与顶盖和底盘同心的圆周上，另外5个铜电极则分别安装在顶盖和底盘的中心部位。 

进一步的，所述顶盖与侧环的接触面，以及侧环与底盘的接触面上设有密封圈；同时所述铜电极与塑料圆柱体或塑料内衬的接触面设有密封圈。 

作为优选，所述侧环上设有16个铜电极。 

作为优选，所述塑料圆柱体和塑料内衬的材质为聚酰胺纤维，电阻率为1～9×10¹³Ω·m。 

作为优选，所述底盘的外壁设有与排水通道相连的压力阀。 

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：污染物往往由地表浅部非饱和土向饱和土方向运移，因此，污染物运移规律的研究首先需要确定非饱和土的渗流特征。本发明解决了国内现有的固结仪评价非饱和土渗流特征时不能考虑各向异性、非均质性以及试验尺寸小的缺陷，通过测试固结试验中随着孔隙水流出引起土体电阻率的改变，进行廉价、方便、快捷地评价非饱和土 渗透系数。该项技术具有可靠、经济、快速与可重复性的特点。 

附图说明

图1为本发明所述电阻率成像固结仪的结构示意图； 

图2为本发明所述侧环的结构示意图； 

图3为本发明所述底盘的结构示意图； 

图4为本发明所述铜电极的结构示意图。