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专利名称：一种基于时域反射法技术的水分迁移测量装置的制作方法
技术领域：
本发明属于岩土工程中的测量装置，具体来说，涉及一种基于时域反射法技术的水分迁移测量装置。
背景技术：
在高速公路、机场、大坝等工程的地基设计中，如何防水保湿、保持土体水分的相对稳定是非常关键的问题。水分迁移是土中普遍存在的一个现象，是工程设计中着重考虑的一个重要因素。例如在高等级公路路基中，水分迁移会造成路基土吸湿软化，导致路基的强度降低或失稳，进而影响路面结构的耐久性和使用性。水分的迁移使不同深度的土具有不同的含水率，而土的含水率又随着地下水位变化而变化。因此，如何准确测量水分迁移及含水量的变化成为控制设计过程中的一个实质性问题。目前，我国对水分迁移的应用研究，大多集中在农田水利部门，且研究区域多局限于土壤盐渍化地区和季节冻融区，其一般采用较为简单的竖管法进行毛细水上升高度的测量，即用小孔径圆形管埋填土体试样后进行测试，虽然该装置结构简单，但是测定的水分迁移及土体含水量不够准确。

发明内容
技术问题本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于时域反射法技术的水分迁移测量装置，该水分迁移测量装置可以实时、准确的测量土体中的含水量，为高速公路、 机场、大坝等工程地基设计提供基础数据。技术方案为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是一种基于时域反射法技术的水分迁移测量装置，该水分迁移测量装置包括盛土筒、盛水底座、TDR 土壤水分速测仪和供水装置，其中，所述的盛土筒中填充有土体试样，盛土筒的顶端设有密封盖，盛土筒的底端为开口，盛土筒的底端和盛水底座的顶端相配合，盛土筒的筒壁上沿径向设有通孔；所述的盛水底座的顶端为开口，盛水底座的中部为空腔，在盛水底座的空腔中设有透水支撑部件，透水支撑部件的上方设有过滤层，盛水底座的外侧设有进水管和水位观测管，该进水管和水位观测管均与盛水底座的空腔相通；所述的TDR 土壤水分速测仪包括探针、导线和主机，探针埋设于盛土筒的土体试样中，导线的一端与探针相连，另一端穿过盛土筒壁面上的通孔，可与位于盛土筒外侧的主机连接；所述的供水装置包括水箱和底盘，供水箱位于底盘上方，并且供水箱和底盘之间连接有弹性支承装置；供水箱中盛有水，其壁面设有出水口 ；供水箱的出水口和盛水底座的进水管通过导管连接。有益效果与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果1.可以实时、准确的测量土体试样的含水量。在本技术方案中，水分迁移测量装置包括盛土筒、盛水底座、TDR 土壤水分速测仪和供水装置。在盛土筒的下部供给水源，以对盛土筒内的土体试样进行水分渗透，通过盛土筒内土体试样颜色的深浅变化，可以获取较为准确的不同时间内水分上升高度，并利用埋设于土体试样中的TDR 土壤水分速测仪的探针，通过TDR 土壤水分速测仪的主机可以准确的、实时的测量土体试样各位置的含水量及其变化情况，为高速公路、机场、大坝等工程的地基设计提供基础数据。与现有技术将盛土筒中各位置的土体试样取出后再在进行测量相比，本技术方案测量土体试样的含水量更加及时、准确。2.为土体试样提供恒定的水压。在本技术方案中，供水装置包括水箱和底盘，供水箱和底盘之间连接有弹性支承装置。当供水箱向盛土筒供给水时，供水箱内的水减少，弹性支承装置会向上移动，供水箱也随之上升，从而保证供水装置向盛土筒内的土体试样提供恒定的水压，即盛土筒内的水位恒定。


图1是本发明的结构示意图。图2是本发明中探针另一种摆放位置的结构示意图。其中，盛土筒1、盛土筒节101、盛水底座2、TDR 土壤水分速测仪3、探针301、导线 302、主机303、供水装置4、水箱401、底盘402、土体试样5、密封盖6、透水支撑部件7、过滤层8、进水管9、水位观测管10、弹性支承装置11、法兰盘12。
具体实施例方式以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。如图1所示，本发明的一种基于时域反射法技术的水分迁移测量装置，包括盛土筒1、盛水底座2、TDR 土壤水分速测仪3和供水装置4。盛土筒1中填充有土体试样5。本发明就是对填充在盛土筒1中土体试样5的含水量进行测量。盛土筒1的顶端设有密封盖 6。设置密封盖6可以防止毛细水渗透过程中水分蒸发，以免造成土体试样5渗透参数测定不准确。盛土筒1的底端为开口，盛土筒1的底端和盛水底座2的顶端相配合。盛土筒1的筒壁上沿径向设有通孔。盛水底座2的顶端为开口，盛水底座2的中部为空腔。在盛水底座2的空腔中设有透水支撑部件7。在土木工程中，透水支撑部件7优选透水石。透水石的直径小于盛土筒1的内径，以便于盛水底座2内的水可以透过透水石，从而对土体试样5产生毛细渗透。透水支撑部件7的上方设有过滤层8。设置过滤层8可以防止土体试样5堵塞透水支撑部件7，造成水分不能正常渗透入土体试样5中。在土木工程中，优选滤纸为过滤层8。盛水底座2的外侧设有进水管9和水位观测管10。进水管9和水位观测管10均与盛水底座2的空腔相通。水位观测管10可以对不同的土体试样5设定不同水位的供水。 TDR土壤水分速测仪3 (TDR英文全称Time-Domain Ref Iecometry,中文全称为时域反射法， 在文中统一简称为TDR。)TDR土壤水分速测仪3包括探针301、导线302和主机303。探针 301埋设于盛土筒1的土体试样5中。导线302的一端与探针301相连，另一端穿过盛土筒 1壁面上的通孔，可与位于盛土筒1外侧的主机303连接。供水装置4包括水箱401和底盘 402。供水箱401位于底盘402上方，并且供水箱401和底盘402之间连接有弹性支承装置 11。供水箱401中盛有水，其壁面设有出水口。供水箱401的出水口和盛水底座2的进水管9通过导管连接。安装该结构的水分迁移测量装置时，首先，将透水石填充在盛水底座2的内腔中， 并在透水石的上方放置滤纸；然后，将盛土筒1的底端和盛水底座2的顶端通过法兰盘连接；接着，在盛土筒1中填充土体试样5，用捣锤均勻、逐层地压实，且各层之间要凿毛，并在预定的高度埋入TDR 土壤水分速测仪3的探针301，导线302的一端与探针301相连，另一端穿过盛土筒1壁面上的通孔，与主机303连接；在土体试样5埋填完成后，在盛土筒1的顶端设置密封盖6，防止土体试样5中的水分蒸发；随后，在供水箱401中盛水，供水箱401 和底盘402之间通过弹性支承装置11连接，将供水箱401的出水口和盛水底座2的进水管 9通过导管连接。使用该结构的水分迁移测量装置时，根据要求设置水位观测管10的水位高度，通过水位观测管10进行调节供水箱401里的水位高度，供水箱401中的水通过导管流入盛水底座2中的透水石中，水又从透水石中透过滤纸，进入盛土筒1的土体试样5中，并且从土体试样5的下部向上部渗透。根据TDR 土壤水分速测仪3中的探针301在土体试样5的分布，可以用TDR 土壤水分速测仪3测量不同时间和不同高度处的土体试样5的含水量及其变化情况，为工程建设提供准确的数据。当供水箱401中的水流出后，盛水的供水箱401整体重量减轻，连接在供水箱401和底盘402之间的弹性支承装置11会逐渐松弛，使得供水箱401的高度逐渐升高，从而保证供水装置4向盛水底座2提供恒定的水压。进一步，所述的盛土筒1由盛土筒节101组成，且相邻的盛土筒节101之间由法兰盘12连接。其中，盛土筒节101的长度优选在50厘米至100厘米之间，例如可以是50厘米、70厘米、100厘米。盛土筒节101的长度选择在合理的范围内，既可便于盛土筒1的安装和拆卸，保证盛土筒1最大程度的连续性，同时便于在测量结束后清除盛土筒1内土体试样5。盛土筒节101的直径优选在15厘米至30cm之间，例如可以是15厘米、22厘米、30厘米。这既可保证在盛土筒节101内压填土体试样5操作方便，又可忽略盛土筒节101内土体试样5发生水分渗透时的边界效应。盛土筒节101的壁厚在8厘米至10厘米之间，例如可以是8厘米、9厘米、10厘米。这可保证盛土筒节101的强度，防止在测量过程中发生破坏。盛土筒节101的直径、高度及通孔的间距可根据TDR 土壤水分速测仪3的探针301的长度来设置，而探针301长度、埋设方式及数量可通过所需数据的精度来设置。进一步，所述的盛土筒1的内壁面上设有润滑层。盛土筒1内壁面上设置有润滑层，一方面可方便脱模，另一方面还可以有效地防止在盛土筒1筒壁发生集中渗流，影响测量数据的准确性。进一步，盛土筒1的通孔均勻布置在盛土筒1的筒壁上，且相邻通孔之间的距离是 10厘米至15厘米。相邻通孔之间的距离可根据探针301和导线302的直径来设置。TDR土壤水分速测仪3的探针301的数量和导线302的数量分别与盛土筒1的通孔的数量相等， 且TDR 土壤水分速测仪3的主机303为一个。当需要测量某个位置的土体试样5的含水量时，只需要将填埋在该位置的探针301的导线302与主机303连接即可。进一步，所述的弹性支承装置11由采用矩阵形式分布的压簧组成。压簧成矩阵形式分布，可以使供水装置4中的供水箱401和底盘402之间的连接稳固，避免供水箱401发生倾斜，影响供水装置4提供恒定水压之功效。例如采用四个压簧，呈两排布置，每排两个； 或者6个压簧，呈两排布置，每排三个。
进一步，所述的水位观测管10和盛土筒1均由可透视的玻璃管制成。盛土筒1优选由可透视的玻璃制成，便于对水分上升引起的土体试样5颜色变化进行观察。水位观测管10优选由可透视的玻璃制成，便于对水位进行观测。进一步，所述的TDR 土壤水分速测仪3的探针301呈水平布设，或者竖直布设。根据试验要求的精度，探针301呈水平布设，或者竖直布设。如在图1中，探针301呈水平布设。在图2中，探针301呈竖直布设。本专利的保护核心在于，通过将TDR 土壤水分速测仪与盛土筒、盛水底座、供水装置结合起来，对土体试样的含水量进行实时、准确的测量。同时通过弹性支承装置，得供水装置对盛土筒提供恒定的水压。本领域的技术人员对本技术方案进行的常规的、无创造性的改进，皆属于本专利的保护范围。
权利要求
1.一种基于时域反射法技术的水分迁移测量装置，其特征在于，该水分迁移测量装置包括盛土筒(1)、盛水底座(2)、TDR 土壤水分速测仪(3)和供水装置G)，其中，所述的盛土筒(1)中填充有土体试样(5)，盛土筒(1)的顶端设有密封盖(6)，盛土筒 (1)的底端为开口，盛土筒(1)的底端和盛水底座O)的顶端相配合，盛土筒(1)的筒壁上沿径向设有通孔；所述的盛水底座( 的顶端为开口，盛水底座( 的中部为空腔，在盛水底座( 的空腔中设有透水支撑部件(7)，透水支撑部件(7)的上方设有过滤层(8)，盛水底座O)的外侧设有进水管(9)和水位观测管(10)，该进水管(9)和水位观测管(10)均与盛水底座(2) 的空腔相通；所述的TDR土壤水分速测仪C3)包括探针(301)、导线(30 和主机(303)，探针(301) 埋设于盛土筒(1)的土体试样(5)中，导线(302)的一端与探针(301)相连，另一端穿过盛土筒(1)壁面上的通孔，可与位于盛土筒(1)外侧的主机(30 连接；所述的供水装置(4)包括水箱(401)和底盘002)，供水箱(401)位于底盘(402)上方，并且供水箱(401)和底盘(40 之间连接有弹性支承装置(11)；供水箱G01)中盛有水，其壁面设有出水口 ；供水箱G01)的出水口和盛水底座O)的进水管(9)通过导管连接。
2.按照权利要求1所述的基于时域反射法技术的水分迁移测量装置，其特征在于，所述的盛土筒(1)由盛土筒节(101)组成，且相邻的盛土筒节(101)之间由法兰盘(1 连接。
3.按照权利要求2所述的基于时域反射法技术的水分迁移测量装置，其特征在于，所述的盛土筒节(101)的长度在50厘米至100厘米之间，盛土筒节(101)的直径在15厘米至30cm之间；盛土筒节(101)的壁厚在8厘米至10厘米之间。
4.按照权利要求1所述的基于时域反射法技术的水分迁移测量装置，其特征在于，所述的盛土筒(1)的内壁面上设有润滑层。
5.按照权利要求1所述的基于时域反射法技术的水分迁移测量装置，其特征在于，所述的透水支撑部件(7)是透水石，该透水石的直径小于盛土筒(1)的内径。
6.按照权利要求1所述的基于时域反射法技术的水分迁移测量装置，其特征在于，所述的盛土筒(1)的通孔均勻布置在盛土筒(1)的筒壁上，且相邻通孔之间的距离是10厘米至15厘米。
7.按照权利要求1或6所述的基于时域反射法技术的水分迁移测量装置，其特征在于， 所述的TDR 土壤水分速测仪(3)的探针(301)的数量和导线(302)的数量分别与盛土筒 ⑴的通孔的数量相等，且TDR 土壤水分速测仪(3)的主机(303)为一个。
8.按照权利要求1所述的基于时域反射法技术的水分迁移测量装置，其特征在于，所述的弹性支承装置(11)由采用矩阵形式分布的压簧组成。
9.按照权利要求1所述的基于时域反射法技术的水分迁移测量装置，其特征在于，所述的水位观测管(10)和盛土筒(1)均由可透视的玻璃管制成。
10.按照权利要求1所述的基于时域反射法技术的水分迁移测量装置，其特征在于，所述的TDR 土壤水分速测仪(3)的探针(301)呈水平布设，或者竖直布设。
全文摘要
本发明公开了一种基于时域反射法技术的水分迁移测量装置，包括盛土筒、盛水底座、TDR土壤水分速测仪和供水装置，盛土筒中填充有土体试样，盛土筒的底端和盛水底座的顶端相配合；盛水底座的中部为空腔，在该空腔中设有透水支撑部件，盛水底座的外侧设有进水管和水位观测管；TDR土壤水分速测仪包括探针、导线和主机，探针埋设于盛土筒的土体试样中，导线的一端与探针相连，另一端穿过盛土筒壁面上的通孔，可与主机连接；供水装置包括水箱和底盘，供水箱位于底盘上方，并且供水箱和底盘之间连接有弹性支承装置；供水箱的出水口和盛水底座的进水管通过导管连接。该水分迁移测量装置可以实时、准确的测量土体中的含水量。
文档编号G01N15/08GK102435541SQ201110356550
公开日2012年5月2日 申请日期2011年11月11日 优先权日2011年11月11日
发明者朱志铎, 魏仁杰 申请人:东南大学