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专利号: 2018109144853
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种垂直分层土壤动态电阻的试验方法,其特征在于,包括以下步骤:

第一步:搭建垂直分层土壤动态电阻试验平台,包括

测试箱(01);一字槽螺钉(02);测试箱(01)左侧壁设置有左铜电极(04),以及控制左铜电极(04)横向移动的操纵机构(03);测试箱(01)右侧壁还设置有右铜电极(05);左铜电极(04)和右铜电极(05)均为竖直圆盘;还包括绝缘隔板(06)、接地模块(11)、冲击电流发生模块(12)、高压分压器模块(13)、电流采集模块(14)、上位机处理模块(15)、高压电缆(16)、电缆接头(17)、铜导线(18);

其中冲击电流发生模块(12)输出端连接到高压分压器模块(13)的高压端,高压分压器模块(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模块(12)的接地端,接地端连接到接地模块(11);高压分压器模块(13)的接地端接地,通信端连接到上位机处理模块(15);电流采集模块(14)通信端连接到上位机处理模块(15),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;还包括一个以上绝缘隔板(06),绝缘隔板(06)可水平插入或抽出测试箱(01);当绝缘隔板(06)插入测试箱(01)时,将测试箱(01)从下至上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,直至各土壤样品的酸碱度在设定试验酸碱度误差允许范围内;打开测试箱(01)的左面板,通过操纵机构(03)控制左铜电极(04)与右铜电极(05)的间距;根据实际工况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宽度及顺序,使用绝缘隔板(06)按设置的分层宽度将测试箱(01)内空间分隔开;向测试箱(01)各空间内依次填充土壤试品后,撤去绝缘隔板(06),使土壤试品贴合在一起,形成垂直分层土壤;盖住左面板;

第三步:测量土壤试品在当前酸碱度时的电压与电流:开启冲击电流发生模块(12),通过高压分压器模块(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处理模块(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处理模块(15);

第四步:评估土壤动态电阻特性:通过上位机处理模块(15)得到的电压和电流,获取土壤电阻全时域R(t)波形曲线,并提取出R(t)min,R(t)max,下降时间Δt1以及有效恢复时间Δt2,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:

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,上式表示计算R(t)波形曲线在下降的时间段内,从ta+0.1时刻,每次间隔0.1μs,计算各个时刻的曲率半径,由此可计算出其中最小的曲率半径;

计算考虑pH与最小曲率半径γ的修正系数k1:

式中,pH为当前的酸碱度,γ为最小曲率半径;

计算评判余项q3:

q3=0.02081log(0.311Δt1+0.393Δt2-40.07)-0.080log(R(t)min+0.870)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动态电阻特性评判因数为:

q=k1(q1+q2)+q3

当q∈(0,0.25]时,表征电阻动态特性较弱;当q∈(0.25,0.65]时,表征电阻动态特性一般;当q∈(0.65,0.9]时,表征电阻动态特性较强;当q∈(0.9,1]时,表征电阻动态特性极强;

第五步:不同酸碱度下垂直分层土壤的动态电阻试验:设定不同试验酸碱度,在不同设定酸碱度下,按照上述第二至四步反复测试,进行不同酸碱度下垂直分层土壤的动态电阻评估。