[发明专利]一种可控制应力状态的冻土未冻结含水量测试仪器

权利要求书

1.一种可控制应力状态的冻土未冻结含水量测试仪器，其特征在于，包括嵌有无损TDR探头(16)的有机玻璃顶盖(6)，有机玻璃顶盖(6)设置在填充有防冻液(10)的压力室(4)内，位于土样(11)的上方，有机玻璃顶盖(6)通过加载杆(1)与压力室(4)外部的竖向应力加载架(7)连接用于施加竖向荷载，压力室(4)外部的加载杆(1)上分别设置有力传感器(2)和位移传感器(3)，土样(11)与用于热交换的冻融温控系统连接，冻融温控系统用于进行-20～0℃的冻融循环，包括环绕设置在土样(11)外部的螺旋铜管圈(5)，螺旋铜管圈(5)的两端分别与泵(14)连接，泵(14)与恒温控制器(13)连接，螺旋铜管圈(5)内设置有防冻液(10)，压力室(4)内防冻液(10)与液压系统(9)连接用于施加围压加载，无损TDR探头(16)包括三条蛇形铜片(20)，三条蛇形铜片(20)之间的间距为3～5mm，每个蛇形铜片(20)的高度为0.01～0.03mm，宽度为1～2mm，电路板直径为65～72mm，厚度为6～10mm，通过印制电路板制成，蛇形铜片(20)平行设置在电路板上，位于中间的蛇形铜片(20)与同轴电缆内导体(18)连接，剩余两个蛇形铜片(20)与同轴电缆外导体(17)连接，无损TDR探头(16)通过同轴电缆(15)与信号发射器连接，通过脉冲反射信号获得介质的介电常数进而确定未冻结含水量。

2.根据权利要求1所述的一种可控制应力状态的冻土未冻结含水量测试仪器，其特征在于，土样(11)为直径76mm，高20～40mm的圆柱体。

3.根据权利要求1所述的一种可控制应力状态的冻土未冻结含水量测试仪器，其特征在于，压力室(4)外部设置有保温棉(12)。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种可控制应力状态的冻土未冻结含水量测试仪器，其特征在于，未冻结含水量由介电混合模型标定，具体为：

其中，θ_w为测试土样的体积含水量，k为标定参数，ε_s、ε_w、ε_i分别为土颗粒、空气和液态水的介电常数，n为土样的孔隙率，ε_a,soil为土样介电常数。

5.根据权利要求4所述的一种可控制应力状态的冻土未冻结含水量测试仪器，其特征在于，土样介电常数ε_a,soil如下：

其中，a,b为标定参数，c为光速，Δt为仪器测量参数，L为无损TDR探头中三条平行蛇形铜片中中间铜片的长度。