专利名称：一种用于土柱试验的tdr测试装置及使用方法
技术领域：
本发明属于环境岩土工程的技术领域，具体地说，涉及一种用于土柱试验的TDR 测试装置及使用方法。
背景技术：
由于工业污染、生活污水排放以及农业生产化肥过度使用等原因导致土壤和地下水遭受严重污染，随着降雨和地下水的流动，许多污染成份随之在土壤中迁移，并逐步侵蚀建筑物地基和基础，对建筑物的安全造成了巨大威胁。因此，研究污染溶质在土壤中的运移成了环境岩土工程的重要课题，这对于如何采取相应的防渗和防腐措施都具有重要指导意义。土柱试验是开展土壤溶质运移研究的主要方法，是获得穿透曲线的重要手段。所谓土柱法，首先将土壤装入土样筒中，其次用去离子水饱和土样，然后用示踪剂溶液连续恒定注入土样中，最后定量分析示踪剂溶液在土样中运移时通过土样筒出口截面的相对浓度与时间的关系曲线，此曲线即是穿透曲线。根据穿透曲线，可以得出溶质运移的关键参数(如弥散系数、孔隙水平均流速、延迟因子等)，这些参数是表征介质水动力学特征的综合物理量， 是研究可溶性物质在多孔介质中迁移转化规律及预测评价污染物时空分布的基础。因此， 获得穿透曲线的关键就是获得土样筒出口截面的溶质相对浓度，目前广泛使用化学实验的方法得到相对浓度。这具有以下不足(1)化学实验受人为操作的影响较大，因此其精度较差；( 化学试验得到结果的时间明显滞后，不能随着溶质运移的过程同步观测；C3)每个数据点都需要在土样筒出口截面收集足够多的溶液进行浓度分析，而整个实验过程类似的重复性工作会花费很多时间，效率很低，数据点的数量有限，也增加了误差的几率；(4)长期接触化学试剂不利于人体健康。为了解决上述技术问题，本发明提供一种准确、便捷、环保的适用于土柱试验的 TDR测试装置及使用方法，其技术方案如下一种用于土柱试验的TDR测试装置，主要包括TDR传感器土样筒1、通道选择器8、 TDR测试议9和计算机10，所述TDR传感器土样筒1设有示踪剂溶液流入端口 2和示踪剂溶液流出端口 3，示踪剂溶液流入端口 2下方设有示踪剂溶液流入端TDR传感器4，示踪剂溶液流出端口 3上方设有示踪剂溶液流出端TDR传感器5，示踪剂溶液流入端TDR传感器 4、示踪剂溶液流出端TDR传感器5分别通过电缆6、电缆7与通道选择器8连接。进一步优选，所述示踪剂溶液流入端TDR传感器4包括3个探针11、12、13，示踪剂溶液流出端TDR传感器5包括3个探针14、15、16。进一步优选，所述示踪剂溶液流入端TDR传感器4及示踪剂溶液流出端TDR传感器5的个数分别为1。本发明也可以通过以下方式实现，所述示踪剂溶液流入端TDR传感器4及示踪剂溶液流出端TDR传感器5的个数分别为2，2个TDR传感器垂直排列。本发明也可以通过以下方式实现，所述示踪剂溶液流入端TDR传感器4及示踪剂溶液流出端TDR传感器5的个数分别为3，3个TDR传感器互相夹角120度。
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进一步优选，所述探针(11、12、13、14、15、16)的材料均为不锈钢。本发明也可以通过以下方式实现，所述示踪剂溶液流入端口 2和示踪剂溶液流出端口 3之间的TDR传感器大于2层。本发明一种用于土柱试验的TDR测试装置及使用方法，所述TDR传感器土样筒1 的材料为有机玻璃。一种用于土柱试验的TDR测试装置的使用方法，包括以下步骤A. 土壤按照实验要求装入TDR传感器土样筒1后，首先从示踪剂溶液流入端口 2 注入去离子水使土样饱和，此时示踪剂溶液流入端TDR传感器4通过探针11、12、13发射并接收反射信号，通过电缆6输入通道选择器8，通道选择器8把反射信号传递给TDR测试仪9获得反射波形，然后输入到计算机10中，计算机1)根据式Zmin = ZT,fflin-Zcable. ZT,min = Z0(l+ P min) / (I" P min) > P fflin = (Vfflin-V0) /V0运算得到土样的Zfflin值并存储等待进一步运算；B.然后从示踪剂溶液流入端口 2注入示踪剂溶液，示踪剂溶液从上往下流动，逐渐从示踪剂溶液流出端口 3流出，随着时刻t的增加，示踪剂溶液流出端口 3的示踪剂溶液浓度逐渐增大，此时示踪剂溶液流出端TDR传感器5通过探针14、15、16发射并接收反射信号，通过连接示踪剂溶液流出端TDR传感器5的电缆7输入通道选择器8，通道选择器8把反射信号传递给TDR测试仪9获得反射波形，然后输入到计算机10中，计算机10根据式Zt =ZT,t-Zcable.ZT,t = Z0(l+pt)/(l-pt),pt= (Vt-Vtl)/V。运算得到土样的 Zt 值并存储等待进一步运算；C.随着示踪剂溶液从上往下流动，示踪剂溶液流出端口 3的示踪剂溶液浓度达到最大值并趋于稳定，示踪剂溶液流出端口 3的示踪剂溶液浓度不断变化，此时示踪剂溶液流出端TDR传感器5通过探针14、15、16发射并接收反射信号，通过连接传感器5的电缆7 输入通道选择器8，通道选择器8把反射信号传递给TDR测试仪9获得反射波形，然后输入到计算机 10 中，计算机 10 根据式 Zmax = ZT,max-Zcable.ZT,max = Z0 (1+Pfflax)/(I-Pfflax)、P max = (Vfflax-V0) /V0运算得到土样的Zmax值并存储等待进一步运算；D.计算机10禾Ij用存储的Zmin、Zmax、Zt， 根据式
相对浓度
权利要求
1.一种用于土柱试验的TDR测试装置，主要包括TDR传感器土样筒(1)、通道选择器 (8)、TDR测试议(9)和计算机(10)，其特征在于，所述TDR传感器土样筒(1)设有示踪剂溶液流入端口( 和示踪剂溶液流出端口(3)，示踪剂溶液流入端口( 下方设有示踪剂溶液流入端TDR传感器G)，示踪剂溶液流入端口( 上方设有示踪剂溶液流出端TDR传感器(5)，示踪剂溶液流入端TDR传感器G)、示踪剂溶液流出端TDR传感器(5)分别通过电缆(6)、电缆(7)与通道选择器⑶连接。
2.根据权利要求1所述的用于土柱试验的TDR测试装置，其特征在于，所述示踪剂溶液流入端TDR传感器(4)包括3个探针(11、12、13)，示踪剂溶液流出端TDR传感器TDR传感器5包括3个探针(14、15、16)。
3.根据权利要求2所述的用于土柱试验的TDR测试装置，其特征在于，所述示踪剂溶液流入端TDR传感器(4)及示踪剂溶液流出端TDR传感器(5)的个数分别为1。
4.根据权利要求2所述的用于土柱试验的TDR测试装置，其特征在于，所述示踪剂溶液流入端TDR传感器(4)及示踪剂溶液流出端TDR传感器( 的个数分别为2，2个TDR传感器垂直排列。
5.根据权利要求2所述的用于土柱试验的TDR测试装置，其特征在于，所述示踪剂溶液流入端TDR传感器(4)及示踪剂溶液流出端TDR传感器(5)的个数分别为3，3个TDR传感器互相夹角120度。
6.根据权利要求2所述的用于土柱试验的TDR测试装置，其特征在于，所述探针(11、 12、13、14、15、16)的材料均为不锈钢。
7.根据权利要求1所述的用于土柱试验的TDR测试装置，其特征在于，所述示踪剂溶液流入端口 2和示踪剂溶液流出端口 3之间的TDR传感器大于2层。
8.根据权利要求1-7任一项所述的用于土柱试验的TDR测试装置，其特征在于，所述 TDR传感器土样筒的材料为有机玻璃。
9.一种权利要求1-8所述的用于土柱试验的TDR测试装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤A.土壤按照实验要求装入TDR传感器土样筒(1)后，首先从示踪剂溶液流入端口(2) 注入去离子水使土样饱和，此时示踪剂溶液流入端TDR传感器4通过探针(11、12、13)发射并接收反射信号，通过电缆(6)输入通道选择器(8)，通道选择器(8)把反射信号传递给 TDR测试仪(9)获得反射波形，然后输入到计算机(10)中，计算机(10)根据式Zmin = Zt, min-Zcable> ZT,min = Z0 (1+ P min) / (1-P min)、P min = (Vfflin-V0) /V0 运算得到土样的 Zmin 值并存储等待进一步运算；B.然后从示踪剂溶液流入端口( 注入示踪剂溶液，示踪剂溶液从上往下流动，逐渐从示踪剂溶液流出端口(3)流出，随着时刻t的增加，示踪剂溶液流出端口(3)的示踪剂溶液浓度逐渐增大，此时示踪剂溶液流出端TDR传感器( 通过探针(14、15、16)发射并接收反射信号，通过连接示踪剂溶液流出端TDR传感器(5)的电缆(7)输入通道选择器(8)，通道选择器(8)把反射信号传递给TDR测试仪(9)获得反射波形，然后输入到计算机(10)中， 计算机(10)根据式 Zt = ZT, t-Zcable, ZT, t = Z0(l+Pt)/(1-Pt), Pt= (Vt-V0) /V0 运算得到土样的Zt值并存储等待进一步运算；C.随着示踪剂溶液从上往下流动，示踪剂溶液流出端口( 的示踪剂溶液浓度达到最大值并趋于稳定，示踪剂溶液流出端口( 的示踪剂溶液浓度不断变化，此时示踪剂溶液流出端TDR传感器( 通过探针(14、15、16)发射并接收反射信号，通过连接传感器5的电缆7输入通道选择器(8)，通道选择器(8)把反射信号传递给TDR测试仪(9)获得反射波形，然后输入到计算机(10)中，计算机(10)根据式Zmax = ZT,max-Zcable.ZT,max = Z0(1+Pfflax)/(I" P _) > Pmax= (Vfflax-V0) /V0运算得到土样的Zmax值并存储等待进一步运算；D.计算机(10)禾Ij用存储的Zmin、Zmax、Zt， 根据式-1 一 1相对浓度~_σ,η η = t 便可以计算任意t时刻TDR传感器土样筒^O^max ^min ^max ^min(ι)出口截面示踪剂溶液的相对浓度，进一步画出穿透曲线。
全文摘要
本发明公开了一种用于土柱试验的TDR测试装置，主要包括TDR传感器土样筒(1)、通道选择器(8)、TDR测试议(9)和计算机(10)，其特征在于，所述TDR传感器土样筒(1)设有示踪剂溶液流入端口(2)和示踪剂溶液流出端口(3)，示踪剂溶液流入端口(2)下方设有示踪剂溶液流入端TDR传感器(4)，示踪剂溶液流入端口(3)上方设有示踪剂溶液流出端TDR传感器(5)，示踪剂溶液流入端TDR传感器(4)、示踪剂溶液流出端TDR传感器(5)分别通过电缆(6)、电缆(7)与通道选择器(8)连接。同时提供了该装置的使用方法，其具有准确、便捷、环保的特点，广泛适用于环境岩土工程的技术领域。
文档编号G01N27/04GK102411017SQ201110208289
公开日2012年4月11日 申请日期2011年7月25日 优先权日2011年7月25日
发明者吕永康, 杨国辉, 董晓强 申请人:太原理工大学