[发明专利]一种土壤接触角测试装置及方法

说明书

本发明给出了一种土壤接触角测试装置及方法，测试装置包括机架、安装在机架底部的支撑足和安装于机架顶部的横梁，还包括安装于横梁上的吊样组件、安装于机架内侧的测样组件和安装于机架上的拍照组件。本发明还给出了一种土壤接触角测试方法，该方法使用如上所述的土壤接触角测试装置并包括制备试样、测试装置初始化、测试并拍照、接触角标定及计算的步骤。本发明的土壤接触角测试装置及方法通过制备试样，接触水面，然后拉出液桥的方式，避免了水滴浸润土壤导致的接触角测试不准确的问题，提高了测试精度；与传统方法及设备相比，操作简单，设备维护要求低，还可以适用于其他固体‑液体接触角的测量，适用范围广泛，易于推广使用。

技术领域

本发明涉及土壤检测技术领域，涉及土壤接触角的测试，具体涉及一种土壤接触角测试装置及方法。

背景技术

在岩土工程界中，岩石与土的湿润性和毛细作用是两种重要的性质，并且这两种性质在工程界的应用也十分广泛，如湿润性在石油、天然气开采中的应用，毛细作用在边坡防护、地基处理中的应用。因此，测量土壤接触角，对评价土壤的湿润性和毛细作用有着重要的意义。

目前在石油、化工等领域，接触角的直接测量方法如利用液滴直接滴在试样表面进行拍照计算或者间接测量方法如利用已知接触角材料等效计算等。但由于土壤是一种固、液、气组成的三相多孔材料，其空隙较多，容易浸润，现有的测试装置及方法对土壤的接触角测量结果并不准确。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种土壤接触角测试装置及方法，以解决现有技术中的无法准确测量土壤接触角的问题。

为了解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案予以实现：

一种土壤接触角测试装置，包括机架、安装在机架底部的支撑足和安装于机架顶部的横梁，还包括安装于横梁上的吊样组件、安装于机架内侧的测样组件和安装于机架上的拍照组件；

所述的吊样组件包括安装于所述的横梁上的升降电机、安装于所述的升降电机下端的升降杆、安装于所述的升降杆下端的环刀卡槽和安装于所述的环刀卡槽末端的环刀；

所述的测样组件包括放置于机架内侧的测样平台和放置在所述的测样平台上的水皿；

所述的拍摄组件包括安装在机架侧面的摄像平台和安装在摄像平台上的摄像机。

本发明还保护一种土壤接触角测试方法，该方法使用如上所述的土壤接触角测试装置。

本发明还具有如下技术特征：

具体的，所述的所述的吊样组件还包括套接于所述的升降杆外的限位环和限位环固定杆，所述的限位环通过限位环固定杆安装于所述的横梁上；

所述的升降杆和升降电机之间还安装有吊线和万向水平器，所述的吊线一端连接并缠绕在升降电机输出轴上，另一端固接万向水平器，所述的万向水平器安装于所述的升降杆顶端。

具体的，所述的环刀末端开有圆柱形内孔。

具体的，所述的支撑足高度可调。

具体的，所述的摄像平台高度可调，所述的摄像机至少设置一台，摄像机镜头中轴平行并朝向水皿。

具体的，所述的水皿由透明材料制作。

具体的，该方法包括以下步骤：

步骤一，制备土壤试样，将环刀从环刀卡槽取下，并在其内侧涂抹凡士林，将待测接触角的土壤试样压实制备为直径和长度均同环刀内孔直径的圆柱形试样，并在试样侧面涂抹凡士林，将试样安装入环刀内，试样表面与环刀内孔末端平齐；

步骤二，测试装置初始化，调整支撑足高度，使万向水平器中气泡处于中心位置，调节环刀的高度，使环刀底部能高于水皿上沿，向水皿中注入满水，调整摄像摄像平台高度，保证摄像机中轴平行水皿中的水面；