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基于TDR测试技术的岩土工程论文
RSS 打印 复制链接 发布时间:2017-01-10 08:59:54

1.TDR测试技术概述

TDR技术其实是在雷达的基础上发展起来的,首先,雷达的工作原理是由无线电发射机来发射能量脉冲,并通过一定的技术来测定该脉冲能量在被测对象上反射的回波时间来定位的。与雷达相似,TDR系统的工作原理也是这样的,因此常被理解为一种闭合回路的雷达。主要是由信号发生器激发出以电磁波的行驶在同轴传输线以及测试探头中传播的电脉冲,如果在传播的途中遇到抗阻不连续面时,势必会发生反射现象,反射波形被数据采集器进行采集,最后再通过反射波形分析得到介电常数、电导率反射系数等等信息与数据。TDR主要由电源、数据采集器、信号发生器、同轴传输线与路由器以及测试需要的探头等基本部件构成。TDR系统中的信号发生器所产生的电池脉冲,就是在同轴传输线中进行传播的,其传播符合麦克斯程。
 
2.TDR测试技术在岩土工程中的主要应用
2.1土体含水量测试
2.1.1含水量测试的理论
对于岩土工程中的土体含水量测试,TDR测试技术主要是通过分析反射波形的方式来确定被测土体的介电常数的情况来确定。通常情况下,水的介电常数为81,而相对于土体颗粒的介电常数而言要大得多,因此,我们常常通过判断土体的含水量来确定土体的介电常数,这样一来就使得介电常数的测试成为了获得含水量的有效工具。在这方面,使用最为广泛的土体介电常数与含水量的经验公式为Topp,具体公式情况如下:苓=4.3x10-6Ka3-5.5x10-4Ka2+2.92x10-2Ka-5.3x10-2这其中苓代表的就是土体体积积水量,Ka就是介电常数,这样的经验公式就是在土体介电常数与土体体积含水量之间建立起来的一定联系。而就近几年来使用的规范的公式主要是来自美国purdue大学研究提出,如下面公式所示,该方式主要也是以土体介电常数为基础,主要体现的就是介电常数与质量含水量以及土体干密度之间的联系。
 
2.1.2含水量的测试方法
但随着进一步不断的研究,我们发现了电磁波在相对更高含水量的粘土或者污染土等高电导率中传播的时候,会因部分电导损失而导致电磁波的严重衰减现象,造成探头末端的反射消失,最终导致难以确认波在探头中的时间而无法计算介电常数。通常来说,测试土体含水量的方式有两种,分别是利用土体介电常数测试含水量也称两步法,以及根据介电常数与电导率来测试土体含水量的一步法。土本身的介电特征与土体的电磁场的极化性质密切相关,而且极化类型的产生还与外加电场的频率有很大的关系,因此,TDR测试仪运行在频率范围内会发生电子位移极化、离子极化等等现象。所以在利用TDR测试技术是应充分考虑各个影响因素。
 
2.2地下水土污染勘察
2.2.1采用TDR测试技术的必要性
随着我国国民经济水平的不断提升,工业生产与化工产品事业几乎已经达到了一个巅峰状态。而伴随而来的还有非水相流体、重金属离子等含有严重污染物的对土壤与地下水造成破坏的污染等问题,此类型的污染区域较大、离散性较高、迁移深度也比较强,因此这也成为当前急需治理的问题。对于前面提到的污染情况,一般的治理方式就是采取现场钻孔取样带回化学分析的方式,从而来确定污染的分布区域与污染程度。虽然这种方法比较准确、可靠,但花费的时间太长,取样困难,因此TDR技术准确、快速、经济等优点已被用在治理污染场地上了。
 
2.2.2TDR测试技术的具体应用
针对水下的水土污染测试来讲,一般主要对离子型的污染土和NAPLs污染土进行电学性质上的研究,与前面提到过的原理相同。主要也是通过测定介电常数与电导率来获得土介质的孔隙率,利用这种方式就能很好的测试离子型的污染物勘察,还能保证其准确度与快捷性。另外,针对NAPLs污染土的污染物测试得出,在一定含水量的状态下,NAPLs污染土体积的含量逐渐增加时,介电常数是有变化的,但电导率几乎是不变的;而当NAPLs污染土体积一定时,介电常数与电导率会随着体积含水量和NAPLs污染土体积的比例增大而增加。这两种方式都是验证TDR技术用于地下水污染勘察发挥的主要作用。
 
3.结语
总而言之,TDR测试技术以其方便、快捷、准确的优点在岩土工程中发挥着不可替代的作用,相信未来,TDR技术还能不断发展,在其他各项领域中不断发挥其强大作用。
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