一種土體含水率的快速原位測(cè)試試驗(yàn)裝置和方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種土體含水率的快速原位測(cè)試試驗(yàn)裝置，包括土體含水率速測(cè)儀，土體含水率速測(cè)儀包括稱量裝置，稱量裝置的上方放置盛料套管，盛料套管內(nèi)放置土體，盛料套管設(shè)置在真空干燥腔內(nèi)，真空干燥腔連通真空泵，并通過(guò)真空泵抽出空氣和水蒸氣，真空干燥腔連接微波發(fā)射裝置，微波發(fā)射裝置向真空干燥腔內(nèi)發(fā)射微波干燥土體，真空干燥腔內(nèi)設(shè)有遠(yuǎn)紅外測(cè)溫裝置，遠(yuǎn)紅外測(cè)溫裝置監(jiān)控土體的干燥溫度。本發(fā)明專利技術(shù)還公開了一種土體含水率的快速原位測(cè)試試驗(yàn)方法。本發(fā)明專利技術(shù)利用真空降壓和微波加熱使得干燥過(guò)程的溫度在45℃以下，保證土體內(nèi)熱敏性物質(zhì)如結(jié)合水、有機(jī)質(zhì)的穩(wěn)定，在有效縮短干燥測(cè)量時(shí)間的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了含水率測(cè)試的精確性。

Rapid in-situ test device and method for soil moisture content

The invention discloses a fast in-situ test device of soil water content, including soil moisture quick tester, soil moisture analyzer comprises a weighing device, a weighing device placed above the casing material, the material containing casing is placed in the soil, the material containing casing is arranged in a vacuum drying chamber, vacuum drying chamber vacuum pump, vacuum pump and the air and water vapor, vacuum drying chamber is connected to a microwave transmitting device, microwave emitting device of microwave drying soil to the vacuum drying chamber, vacuum drying chamber is provided with a far infrared temperature measuring device, drying temperature far infrared temperature measurement device for monitoring soil. The invention also discloses a rapid in-situ test method for soil moisture content. The invention uses vacuum pressure and microwave heating makes the temperature in the drying process of 45 DEG C, ensure heat sensitive substances in soil organic matter, such as the combination of water stability, effectively reduce the drying time measurement based on the realization of the accuracy of the moisture content test.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種土體含水率的快速原位測(cè)試試驗(yàn)裝置和方法
本專利技術(shù)涉及土木工程和地質(zhì)工程勘察
，尤其涉及一種土體含水率的快速原位測(cè)試試驗(yàn)裝置和方法。
技術(shù)介紹
土體含水率反映了土的干濕狀態(tài)，是土的基本物理性質(zhì)指標(biāo)之一，一般定義為土壤中自由水的質(zhì)量與剩余固體物質(zhì)質(zhì)量的比值。地質(zhì)工程領(lǐng)域中土體含水率的準(zhǔn)確測(cè)試對(duì)工程的性質(zhì)評(píng)價(jià)、水循環(huán)條件研究、邊坡穩(wěn)定性分析以及路基的壓實(shí)質(zhì)量控制等方面都有非常重要的意義。經(jīng)過(guò)多年的快速發(fā)展，其基于不同方法原理所得到的精度和適用條件差異很大。常用的含水率測(cè)試的方法主要分為直接式和間接式，其中間接式諸如：電阻法、張力計(jì)法和干濕度計(jì)法等，此類裝置原理型號(hào)眾多，但因不是直接的測(cè)量方式而誤差較大。直接式土體含水率測(cè)試方法主要可以分為五種：1、除水稱重法，例如烘干法、酒精燃燒法、微波法、碳化鈣減量法、炒干法；2、介電常數(shù)法，例如時(shí)域反射技術(shù)(TDR)、頻域反射技術(shù)(FDR)；3、放射性物質(zhì)法，例如：中子法、γ射線法；4、非接觸測(cè)量法，例如紅外遙感法、探地雷達(dá)法等。在上述諸多方法之中，常用的方法為烘干法、電阻法、TDR。其中電阻法因精度差已被淘汰；TDR法操作簡(jiǎn)便，可連續(xù)測(cè)量，最適用于現(xiàn)場(chǎng)，但其電路復(fù)雜，設(shè)備較昂貴，而且介電常數(shù)與含水率之間的關(guān)系需要依照具體情況進(jìn)行標(biāo)定才能得到更高的精度；烘干法的核心思想是除水稱重，作為目前規(guī)范中測(cè)定土體質(zhì)量含水率的標(biāo)準(zhǔn)方法，其測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確，但也存在效率較低、較大土樣內(nèi)部不易烘干、異位實(shí)驗(yàn)誤差等問(wèn)題，不能滿足現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試快速便捷的要求。現(xiàn)有的微波干燥技術(shù)雖也被應(yīng)用于土體的含水率測(cè)試，但其加熱方式迅速，破壞了土體內(nèi)的有機(jī)質(zhì)和結(jié)合水，使其值一般較烘干法偏高。在測(cè)量精度上，除水稱重具有其它方法不可比擬的優(yōu)勢(shì)，因此以它作為設(shè)計(jì)思路，在考慮土壤本身物理化學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)上，研究和設(shè)計(jì)一套適合于工程地質(zhì)勘查領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理、技術(shù)成熟、高精度、快速的土壤含水量原位測(cè)試方法及相關(guān)設(shè)備既為工程必需，也是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
有鑒于此，本專利技術(shù)的實(shí)施例提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理、高精度的土體含水率的快速原位測(cè)試試驗(yàn)裝置和方法。本專利技術(shù)的實(shí)施例提供一種土體含水率的快速原位測(cè)試試驗(yàn)裝置，包括土體含水率速測(cè)儀，所述土體含水率速測(cè)儀包括稱量裝置，所述稱量裝置的上方放置盛料套管，所述盛料套管內(nèi)放置土體，所述盛料套管設(shè)置在真空干燥腔內(nèi)，所述真空干燥腔連通真空泵，并通過(guò)真空泵抽出空氣和水蒸氣降壓，所述真空干燥腔連接微波發(fā)射裝置，所述微波發(fā)射裝置向真空干燥腔內(nèi)發(fā)射微波干燥土體，所述真空干燥腔內(nèi)設(shè)有遠(yuǎn)紅外測(cè)溫裝置，所述遠(yuǎn)紅外測(cè)溫裝置監(jiān)控土體的干燥溫度。進(jìn)一步，所述真空泵通過(guò)抽氣管連通真空干燥腔，所述抽氣管的一端連通真空泵的上方，所述抽氣管的另一端連通真空干燥腔的上方，所述真空泵上設(shè)有出氣口，所述真空泵通過(guò)抽氣管抽出真空干燥腔內(nèi)的空氣和水蒸氣，再通過(guò)出氣口將真空泵內(nèi)的空氣和水蒸氣抽出。進(jìn)一步，所述出氣口上設(shè)有漏能抑制器，所述漏能抑制器防止微波泄漏。進(jìn)一步，所述土體含水率的快速原位測(cè)試試驗(yàn)裝置還包括計(jì)算機(jī)和直流電源，所述直流電源內(nèi)設(shè)有逆變器，所述逆變器將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姽┙o土體含水率速測(cè)儀和計(jì)算機(jī)，所述土體含水率速測(cè)儀連接計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存和處理土體含水率速測(cè)儀的測(cè)定結(jié)果。進(jìn)一步，所述稱重裝置的精度為0.001g，稱量裝置包括底座和稱重盤，所述稱重盤設(shè)在真空干燥腔內(nèi)，所述稱重盤上放置盛料套筒，所述盛料套筒的材料為非金屬材料，所述底座上設(shè)有顯示屏和按鈕，所述底座的底部設(shè)有調(diào)平螺母，所述底座內(nèi)設(shè)有儲(chǔ)存模塊，所述儲(chǔ)存模塊記錄稱量裝置的稱重?cái)?shù)據(jù)。進(jìn)一步，所述微波發(fā)射裝置包括磁控管和波導(dǎo)，所述波導(dǎo)的一側(cè)連接真空干燥腔，所述波導(dǎo)的另一側(cè)連接磁控管，所述磁控管產(chǎn)生的射頻能量沿波導(dǎo)向真空干燥腔內(nèi)發(fā)射微波。進(jìn)一步，所述真空干燥腔包括腔體和密封蓋，所述盛料套筒放置在腔體內(nèi)，所述腔體和密封蓋通過(guò)螺絲固定；所述土體含水率速測(cè)儀設(shè)置在一箱體內(nèi)，所述箱體將真空干燥腔、盛料套筒、真空泵和微波發(fā)射裝置密封，所述真空干燥腔固定焊接在箱體的底部，使土體在密封的環(huán)境內(nèi)進(jìn)行真空降壓和微波干燥，所述箱體的上端通過(guò)外蓋開合裝置連接箱外蓋，所述箱體通過(guò)箱外蓋密封；所述土體含水率速測(cè)儀通過(guò)插頭實(shí)現(xiàn)電源接入。一種土體含水率的快速原位測(cè)試試驗(yàn)方法，包括以下步驟：(1)將土體含水率速測(cè)儀連接電源和計(jì)算機(jī)；(2)對(duì)土體含水率速測(cè)儀的稱量裝置進(jìn)行校準(zhǔn)和調(diào)零；(3)采集土體，并裝入土體含水率速測(cè)儀的盛料套筒中，將盛料套筒放入真空干燥腔內(nèi)，并將真空干燥腔密封，通過(guò)稱量裝置稱量土體初質(zhì)量m1，并將數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)；(4)將真空干燥腔內(nèi)的空氣和水蒸氣抽出降壓，待真空干燥腔體內(nèi)的壓強(qiáng)降低至一預(yù)設(shè)值時(shí)，通過(guò)微波發(fā)射裝置向真空干燥腔發(fā)射微波干燥土體，干燥土體過(guò)程中通過(guò)稱量裝置觀察土體的質(zhì)量變化，待稱量裝置稱量的土體質(zhì)量穩(wěn)定時(shí)，記錄土體終質(zhì)量m2，并將數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)；(5)計(jì)算機(jī)通過(guò)步驟(3)的土體初質(zhì)量m1和步驟(4)的土體終質(zhì)量m2計(jì)算土體含水率；(6)取出土體，重復(fù)步驟(3)至步驟(5)，計(jì)算土體含水率的平均值。進(jìn)一步，所述步驟(4)中，土體內(nèi)水的沸點(diǎn)隨真空干燥腔內(nèi)壓強(qiáng)的變化而變化，水的沸點(diǎn)T隨壓強(qiáng)P的變化公式為：T＝100+0.0367*(P-1.013*105)-0.000023*(P-1.013*105)2；干燥土體過(guò)程中通過(guò)遠(yuǎn)紅外測(cè)溫裝置監(jiān)控干燥溫度，干燥溫度控制在25～45℃，使干燥后土體中結(jié)合水與有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定存在。進(jìn)一步，所述步驟(5)中，土體含水率的計(jì)算公式為：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下有益效果：1、本專利技術(shù)利用真空泵降低壓強(qiáng)達(dá)到降低自由水沸點(diǎn)的目的，結(jié)合微波加熱技術(shù)使得干燥過(guò)程的溫度在45℃以下，保證土體內(nèi)熱敏性物質(zhì)如結(jié)合水、有機(jī)質(zhì)的穩(wěn)定，在有效縮短干燥測(cè)量時(shí)間的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了含水率測(cè)試的精確性；2、本專利技術(shù)的測(cè)量方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理、可靠性好、維護(hù)量小，大大提升了土體含水率測(cè)試的精確性；3、本專利技術(shù)的測(cè)量方法相比傳統(tǒng)土體微波含水率測(cè)試方法，不需要反復(fù)拿出來(lái)稱重，在判斷其質(zhì)量無(wú)變化后再確定、計(jì)算，整個(gè)操作過(guò)程包括測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)的計(jì)算、儲(chǔ)存過(guò)程更加方便，降低了對(duì)操作人員的要求；4、本專利技術(shù)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了土體含水率的原位測(cè)試，避免了取樣、運(yùn)輸過(guò)程中造成的異位實(shí)驗(yàn)誤差、低效率的問(wèn)題，采用遠(yuǎn)紅外測(cè)溫裝置，使其既可感溫又不至于引起微波放電，保證了對(duì)土體溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。附圖說(shuō)明圖1是本專利技術(shù)一種土體含水率的快速原位測(cè)試試驗(yàn)裝置的組成示意圖。圖2是圖1中土體含水率速測(cè)儀的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本專利技術(shù)一種土體含水率的快速原位測(cè)試試驗(yàn)方法的流程圖。具體實(shí)施方式為使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)實(shí)施方式作進(jìn)一步地描述。請(qǐng)參考圖1，本專利技術(shù)的實(shí)施例提供了一種土體含水率的快速原位測(cè)試試驗(yàn)裝置，包括土體含水率速測(cè)儀1、計(jì)算機(jī)2和直流電源3，直流電源3內(nèi)設(shè)有逆變器(圖中未示出)，逆變器將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姽┙o土體含水率速測(cè)儀1和計(jì)算機(jī)2，土體含水率速測(cè)儀1連接計(jì)算機(jī)2，計(jì)算機(jī)2儲(chǔ)存和處理土體含水率速測(cè)儀1的測(cè)定結(jié)果，在一實(shí)施例中，土體含水率速測(cè)儀1通過(guò)插頭10實(shí)現(xiàn)電源接入。請(qǐng)參考圖2，土體含水率速測(cè)儀1包括稱量裝置12，稱量裝置12的上方放置盛料套本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種土體含水率的快速原位測(cè)試試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括土體含水率速測(cè)儀，所述土體含水率速測(cè)儀包括稱量裝置，所述稱量裝置的上方放置盛料套管，所述盛料套管內(nèi)放置土體，所述盛料套管設(shè)置在真空干燥腔內(nèi)，所述真空干燥腔連通真空泵，并通過(guò)真空泵抽出空氣和水蒸氣降壓，所述真空干燥腔連接微波發(fā)射裝置，所述微波發(fā)射裝置向真空干燥腔內(nèi)發(fā)射微波干燥土體，所述真空干燥腔內(nèi)設(shè)有遠(yuǎn)紅外測(cè)溫裝置，所述遠(yuǎn)紅外測(cè)溫裝置監(jiān)控土體的干燥溫度。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種土體含水率的快速原位測(cè)試試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括土體含水率速測(cè)儀，所述土體含水率速測(cè)儀包括稱量裝置，所述稱量裝置的上方放置盛料套管，所述盛料套管內(nèi)放置土體，所述盛料套管設(shè)置在真空干燥腔內(nèi)，所述真空干燥腔連通真空泵，并通過(guò)真空泵抽出空氣和水蒸氣降壓，所述真空干燥腔連接微波發(fā)射裝置，所述微波發(fā)射裝置向真空干燥腔內(nèi)發(fā)射微波干燥土體，所述真空干燥腔內(nèi)設(shè)有遠(yuǎn)紅外測(cè)溫裝置，所述遠(yuǎn)紅外測(cè)溫裝置監(jiān)控土體的干燥溫度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體含水率的快速原位測(cè)試試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述真空泵通過(guò)抽氣管連通真空干燥腔，所述抽氣管的一端連通真空泵的上方，所述抽氣管的另一端連通真空干燥腔的上方，所述真空泵上設(shè)有出氣口，所述真空泵通過(guò)抽氣管抽出真空干燥腔內(nèi)的空氣和水蒸氣，再通過(guò)出氣口將真空泵內(nèi)的空氣和水蒸氣抽出。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的土體含水率的快速原位測(cè)試試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述出氣口上設(shè)有漏能抑制器，所述漏能抑制器防止微波泄漏。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體含水率的快速原位測(cè)試試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述土體含水率的快速原位測(cè)試試驗(yàn)裝置還包括計(jì)算機(jī)和直流電源，所述直流電源內(nèi)設(shè)有逆變器，所述逆變器將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姽┙o土體含水率速測(cè)儀和計(jì)算機(jī)，所述土體含水率速測(cè)儀連接計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存和處理土體含水率速測(cè)儀的測(cè)定結(jié)果。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體含水率的快速原位測(cè)試試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述稱重裝置的精度為0.001g，稱量裝置包括底座和稱重盤，所述稱重盤設(shè)在真空干燥腔內(nèi)，所述稱重盤上放置盛料套筒，所述盛料套筒的材料為非金屬材料，所述底座上設(shè)有顯示屏和按鈕，所述底座的底部設(shè)有調(diào)平螺母，所述底座內(nèi)設(shè)有儲(chǔ)存模塊，所述儲(chǔ)存模塊記錄稱量裝置的稱重?cái)?shù)據(jù)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土體含水率的快速原位測(cè)試試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述微波發(fā)射裝置包括磁控管和波導(dǎo)，所述波導(dǎo)的一側(cè)連接真空干燥腔，所述波導(dǎo)的另一側(cè)連接磁控管，所述磁控管產(chǎn)生的射頻能量沿波導(dǎo)向真空干燥腔內(nèi)發(fā)射微波。7.根據(jù)權(quán)利要求1所...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃磊，唐輝明，劉曉，張俊榮，李順合，溫韜，汪丁健，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)武漢，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：湖北,42