1.不同酸碱度下分层土壤电阻非线性特性的试验方法,其特征在于,包括以下步骤:
第一步:搭建不同酸碱度下分层土壤电阻非线性特性的试验平台,试验平台包括实验箱(01);实验箱(01)上面板设有一字槽螺钉(02);实验箱(01)左侧壁设置有左铜电极(04);
实验箱(01)右侧壁设置有右铜电极(05);左铜电极(04)和右铜电极(05)均为竖直圆盘,且紧贴左右侧壁;实验箱(01)内部含有一块以上绝缘隔板(06),绝缘隔板(06)平行于左铜电极(04)和右铜电极(05)表面;实验箱(01)以外的装置包括接地装置(11)、冲击电流发生器(12)、分压器(13)、电流采集模块(14)、上位机(15)、高压电缆(16)、电缆接头(17)、铜导线(18);
其中:冲击电流发生器(12)输出端连接到分压器(13)的高压端,分压器(13)的高压端通过高压电缆(16)和电缆接头(17)连接到左铜电极(04);右铜电极(05)通过铜导线(18)连接到冲击电流发生器(12)的接地端,接地端连接到接地装置(11);分压器(13)的接地端也连接到接地装置(11),分压器(13)的通信端连接到上位机(15);电流采集模块(14)通信端连接到上位机(15),电流采集模块(14)测试端连接到铜导线(18),用于测量流经左铜电极(04)和右铜电极(05)的电流;还包括一块以上绝缘隔板(06),绝缘隔板(06)可竖直插入或抽出实验箱(01),当绝缘隔板(06)插入实验箱(01)时,将实验箱(01)从左至右分割为两个以上的空间;
第二步:设定土壤试品酸碱度并进行土壤填充:设定试验酸碱度,测试各土壤试品的酸碱度,并根据设定酸碱度向试品中加入适量的pH调节剂,期间充分搅拌土壤试品使土壤试品的酸碱度分布均匀,直至各土壤试品的酸碱度在设定试验酸碱度误差允许范围内;拧松一字槽螺钉(02),打开实验箱(01)的上面板,根据待测试分层土壤的实际厚度比,确定需要分层的层数以及各层分层比,通过分层比设置各分层顺序及宽度,使用绝缘隔板(06)按设置的分层宽度将实验箱(01)内空间分隔开;向实验箱(01)各空间内依次填充各土壤试品,使土壤试品充满整个土壤箱(01)后,撤去绝缘隔板(06),使各土壤试品贴合在一起,形成水平分层土壤;盖住上面板,拧紧一字槽螺钉(02);
第三步:测量土壤试品在当前酸碱度下的电压与电流:开启冲击电流发生器(12),通过分压器(13)测量左铜电极(04)和右铜电极(05)间的电压并传输给上位机(15);通过电流采集模块(14)测量流经左铜电极(04)和右铜电极(05)的电流并传输给上位机(15);
第四步:评估土壤电阻非线性特性:通过上位机(15)得到的电压和电流,获取土壤电阻非线性特性全时域R(t)波形曲线,并提取出电阻最小值R(t)min、电阻最大值R(t)max、下降时间Δt1以及有效恢复时间Δt2,上位机(15)根据R(t)波形曲线与当前试验酸碱度对土壤进行电阻非线性特性评估;
计算土壤电阻在冲击电流下的平均下降速率k:
式中,R(t)min为R(t)波形曲线中电阻最小值,R(t)max为R(t)波形曲线中电阻最大值,Δt1表示R(t)从最大值R(t)max下降到最小值R(t)min的时间间隔;
计算R(t)min与k的复合评判因子q1:
计算R(t)min与Δt1的复合评判因子q2:
近似计算最小曲率半径γ:
其中,
式中,tm∈[ta+0.1,tb),ta为R(t)max对应时刻,tb为R(t)min对应时刻,上式表示在R(t)波形曲线下降的时间段内,从ta+0.1时刻开始,每次间隔0.1μs,计算一次该时刻所对应的曲率半径,直到tm大于等于tb时结束,由此可计算出最小曲率半径γ;
计算考虑pH与最小曲率半径γ的修正系数k1:
式中,pH为当前试验酸碱度,γ为最小曲率半径;
计算评判余项q3:
q3=0.0358log(0.29Δt1+0.371Δt2-15.03)-0.03881log(R(t)min+1.05)式中,Δt2表示R(t)从R(t)min上升至有效恢复电阻R(t)eff的时间;其中R(t)eff=R(t)min+0.8(R(t)max-R(t)min),R(t)eff表示R(t)从电阻最小值R(t)min逐渐恢复,当恢复量为80%最大下降差值(R(t)max-R(t)min)时所对应的电阻值;
计算土壤在该冲击电流与酸碱度下的电阻非线性特性评判因数为q:
q=k1(q1+q2)+q3
根据q的取值范围进行土壤电阻非线性特性的表征;
第五步:不同酸碱度下分层土壤电阻非线性特性试验:设定不同试验酸碱度,在不同设定酸碱度下,按照上述第二步、第三步和第四步反复试验,进行不同酸碱度下分层土壤电阻非线性特性评估。