TDR探頭設(shè)計(jì)及含水量和干密度的聯(lián)合監(jiān)測(cè)技術(shù).pdf

1、含水量和干密度是巖土工程中兩個(gè)重要的物理參數(shù),常常被用于路基、邊坡、堤壩及地基處理等施工過程的質(zhì)量控制。常規(guī)的測(cè)試方法及裝置需對(duì)含水量及干密度分別進(jìn)行測(cè)試,并且無法進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。由于TDR(時(shí)域反射法)能快速、方便、準(zhǔn)確地測(cè)試含水量和干密度,已經(jīng)被越來越多的工程實(shí)際應(yīng)用。ASTM標(biāo)準(zhǔn)提供了測(cè)試的方法和探頭。但是,該標(biāo)準(zhǔn)中的探頭只能測(cè)試地表土體的含水量和干密度,而無法埋置于深層土體中進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。傳統(tǒng)的TDR探頭無法滿足多尺度含水量與千密

2、度的要求,故需設(shè)計(jì)新的探頭。
　　 土體在外加電磁場(chǎng)作用下會(huì)表現(xiàn)出電化學(xué)特性,該特性與土體中各組分的體積比、土體類型以及土中水有很多大關(guān)系。介電常數(shù)是反映介質(zhì)在交變電場(chǎng)作用下極化程度的物理量,反映儲(chǔ)存于材料中能量的程度。土體的介電常數(shù)受含水量的影響。電導(dǎo)率是反映了電荷在電場(chǎng)作用下的活動(dòng)能的一個(gè)物理量。土體的電導(dǎo)率主要受到固體顆粒的電導(dǎo)率、土體的孔隙率、飽和度和孔隙液體的電導(dǎo)率影響。時(shí)域反射法(TDR)技術(shù)可以測(cè)試土體的介電常數(shù)和

3、電導(dǎo)率。
　　 從TDR系統(tǒng)的組成出發(fā),對(duì)探頭的構(gòu)造形式、探針的間距、直徑和探頭的影響區(qū)域等進(jìn)行系統(tǒng)的分析,利用有限元軟件HFSS和Matlab程序進(jìn)行計(jì)算,并提出了合理設(shè)計(jì)TDR探頭的方案。當(dāng)探針長(zhǎng)度大于20cm時(shí),可以將儀器造成的測(cè)試誤差控制在1％以內(nèi),比較理想。探針的間距和探針的直徑之比不應(yīng)該大于10,以降低探針附近的能量集中。研制出了模型試驗(yàn)探頭和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)探頭。
　　 介紹了幾種土體介電常數(shù)和含水量關(guān)系的模型。可

4、以建立土體介電常數(shù)和含水量的關(guān)系,通過TDR測(cè)試得到的介電常數(shù)來計(jì)算土體的含水量。含水量和干密度的聯(lián)合測(cè)定方法主要有兩種:兩步法和一步法。兩步法和一步法測(cè)試之前都需要進(jìn)行參數(shù)的標(biāo)定。本文對(duì)4類不同的土進(jìn)行了參數(shù)標(biāo)定,并建立了參數(shù)標(biāo)定的數(shù)據(jù)庫(kù)。
　　 利用模型試驗(yàn)探頭來監(jiān)測(cè)模型地基制備和飽和過程。地基制備過程中不同深度各層填土含水量和干密度的測(cè)試結(jié)果表明:含水量測(cè)試絕對(duì)誤差在3％之內(nèi),干密度測(cè)試相對(duì)誤差在3％之內(nèi),測(cè)試結(jié)果有很高的